第2章牛頓力學.ppt

1、第二章 牛頓定律,主講教師：喻秋山,20102011年第一學期,2020/9/21,2,一 掌握牛頓定律的基本內容及其適用條件,二 熟練掌握用隔離體法分析物體的受力情況，能用微積分方法求解變力作用下的簡單質點動力學問題,教學基本要求,三 理解慣性系與非慣性系的概念，了解慣性力的概念,2020/9/21,3,第二章,牛頓定律,2.1 牛頓運動定律,2020/9/21,4,杰出的英國物理學家，經典物理學的奠基人他的不朽巨著自然哲學的數(shù)學原理總結了前人和自己關于力學以及微積分學方面的研究成果，其中含有三條牛頓運動定律和萬有引力定律,以及質量、動量、力和加速度等概念在光學方面，他說明了色散的起因，發(fā)現(xiàn)

2、了色差及牛頓環(huán)，他還提出了光的微粒說是經典力學的第一部經典著作。,牛頓 Issac Newton （16431727）,2020/9/21,5,一 牛頓第一定律(Newton first law),任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止 .,時， 恒矢量,“自由粒子”總保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)。,慣性物體保持靜止或勻速直線運動不變的屬性。,2020/9/21,6,二 牛頓第二定律(Newton second law),運動的“變化”與所加動力成正比，并發(fā)生在力的方向上,“動量”的概念：,用動量描述運動比用速度更普遍和深刻,2020/9/21,7,即,2020

3、/9/21,8,慣性質量：牛頓第二定律中的質量常被稱為慣性質量。 (成立條件：物體運動速度vC）,經典力學中不區(qū)分引力質量和慣性質量,2020/9/21,9,(1) 瞬時關系,(2) 牛頓第二定律只適用于質點,注意,(3) 力的疊加原理（平行四邊形法則）,2020/9/21,10,例1,質量為m的物體自空中落下，它除受重力外，還受到一個與速度平方成正比的阻力的作用，比例系數(shù)為k，k為正值常量。求該物體下落的收尾速度？（收尾速度指最后物體作勻速運動時的速度）,解：,質點受力為豎直方向：,收尾速度時，,2020/9/21,11,兩個物體之間對各自對方的相互作用總是相等的，而且指向相反的方向。,作用

4、力與反作用力：,三 牛頓第三定律(Newton third law),2020/9/21,12,例 分析物體間的相互作用力,2020/9/21,13,拔河比賽只是比力氣嗎？,2020/9/21,14,四 力學相對性原理,為常量,2020/9/21,15,(2) 對于不同慣性系，牛頓力學的規(guī)律都具有相同的形式，與慣性系的運動無關,(1) 凡相對于慣性系作勻速直線運動的一切參考系都是慣性系,注意,2020/9/21,16,第二章,牛頓定律,2.2 物理量的單位和量綱,2020/9/21,17,物理量的單位制,基本量的主單位稱為基本單位.,由基本單位以相乘、相除的形式構成的單位稱為導出單位 ., 長

5、度 米 m,光在真空中于1299,792,458 s時間間隔內所經路徑的長度, 質量 千克 kg,“千克標準原器” 是用鉑銥合金制造的一個金屬圓柱體，保存在巴黎度量衡局中, 時間 秒 s,銫133原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9,192,631,770個周期的持續(xù)時間為1 s,1984年2月27日，我國國務院頒布實行以國際單位制（SI）為基礎的法定單位制,2020/9/21,18, 電流 安培 A,在兩條置于真空中的,相互平行,相距1米的無限長而圓截面可以忽略的導線中,通以強度相同的恒定電流,若導線每米長所受的力為0.0000002 N,則導線中的電流強度為1 A, 熱力學溫度

6、 開爾文 K,水的三相點熱力學溫度的為1/273.15, 物質的量 摩爾 mol,12g C12原子的數(shù)目, 發(fā)光強度 坎德拉 cd,一光源發(fā)出的頻率為5401012Hz的單色輻射,且在此方向上的輻射強度為1/683W/Sr,2020/9/21,19,速率,導出量,力,功,2020/9/21,20,1）可定出同一物理量不同單位間的換算關系 .,3）從量綱分析中定出方程中比例系數(shù)的量綱和單位 .,2）量綱可檢驗文字結果的正誤 .,某一物理量 的量綱,量綱,2020/9/21,21,第二章,牛頓定律,2.3 幾種常見的力,2020/9/21,22,一萬有引力,引力常數(shù),m1,m2,r,重力,地表附

7、近,2020/9/21,23,四種相互作用的力程和強度的比較,表中強度是以兩質子間相距為 時的相互作用強度為1給出的,種 類,相互作用粒子,強度,力程/m,引力作用,所有粒子、質點,弱相互作用,帶電粒子,電磁作用,核子、介子等強子,強相互作用,強子等大多數(shù)粒子,2020/9/21,24,溫伯格 薩拉姆 格拉肖,弱相互作用 電磁相互作用,電弱相互 作用理論,三人于1979年榮獲諾貝爾物理學獎,魯比亞, 范德米爾實驗證明電弱相互作用，1984年獲諾貝爾獎,2020/9/21,25,二彈性力,常見彈性力有：正壓力、張力、彈簧彈性力等,由物體形變而產生的,2020/9/21,26,例1質量為 、長為

8、的柔軟細繩，一端系著放在光滑桌面上質量為 的物體，在繩的另一端加力 設繩的長度不變，質量分布是均勻的求： (1)繩作用在物體上的力； (2)繩上任意點的張力,2020/9/21,27,解 想在點 將繩分為兩段，其間張力 和 大小相等, 方向相反,(1),2020/9/21,28,（2）,2020/9/21,29,2020/9/21,30,三摩擦力,一般情況,滑動摩擦力,最大靜摩擦力,2020/9/21,31,例2如圖繩索繞在圓柱上，繩繞圓柱張角為 ，繩與圓柱間的靜摩擦因數(shù)為 ，求繩處于滑動邊緣時,繩兩端的張力 和 間的關系(繩的質量忽略),2020/9/21,32,圓柱對 的摩擦力 圓柱對 的

9、支持力,解取一小段繞在圓柱上的繩,取坐標如圖,2020/9/21,33,2020/9/21,34,若,2020/9/21,35,第二章,牛頓定律,2.4 牛頓定律的應用舉例,2020/9/21,36,1）確定研究對象進行受力分析；（隔離物體，畫受力圖） 2）取坐標系； 3）列方程（一般用分量式）； 4）利用其它的約束條件列補充方程； 5）先用文字符號求解，后代入數(shù)據計算結果. 6) 討論結果，分析此類問題的特點。,解題的基本思路,兩類問題：,已知力求運動方程 已知運動方程求力,2020/9/21,37,(1) 如圖所示滑輪和繩子的質量均不計，滑輪與繩間的摩擦力以及滑輪與軸間的摩擦力均不計且 求

10、重物釋放后，物體的加速度和繩的張力,例1阿特伍德機,2020/9/21,38,解(1) 以地面為參考系,畫受力圖、選取坐標如右圖,2020/9/21,39,（2）若將此裝置置于電梯頂部，當電梯以加速度 相對地面向上運動時，求兩物體相對電梯的加速度和繩的張力,解 以地面為參考系,設兩物體相對于地面的加速度分別為 ，且相對電梯的加速度為,2020/9/21,40,2020/9/21,41,例2 如圖，長為 的輕繩，一端系質量為 的小球,另一端系于定點 ， 時小球位于最低位置，并具有水平速度 ，求小球在任意位置的速率及繩的張力,2020/9/21,42,2020/9/21,43,問繩和鉛直方向所成的角度 為多少？