牛顿运动定律PPT精选课件.ppt

关于牛顿运动定律PPT第一页，本课件共有55页三百年前，牛顿站在巨人的肩膀上，建立了三百年前，牛顿站在巨人的肩膀上，建立了动力学三大定律和万有引力定律。其实，没有动力学三大定律和万有引力定律。其实，没有后者，就不能充分显示前者的光辉。海王星的后者，就不能充分显示前者的光辉。海王星的发现，把牛顿力学推上荣耀的顶峰。发现，把牛顿力学推上荣耀的顶峰。魔鬼的乌云并没有把牛顿力学魔鬼的乌云并没有把牛顿力学推跨，他在更加坚实的基础上确推跨，他在更加坚实的基础上确立了自己的使用范围。宇宙时代，立了自己的使用范围。宇宙时代，给牛顿力学带来了又一个繁花似给牛顿力学带来了又一个繁花似锦的春天。锦的春天。第二页，本课件共有55页第三页，本课件共有55页一、惯性定律一、惯性定律(牛顿第一定律牛顿第一定律)惯性参考系惯性参考系 1 1、惯性定律、惯性定律（Newton first law）任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到受到力的作用迫使它改变这种状态为止。受到力的作用迫使它改变这种状态为止。(2)(2)定义了定义了惯性参照系惯性参照系 (1)(1)包含两个重要概念包含两个重要概念：惯性惯性和和力力 2.1 牛顿运动定律牛顿运动定律保持静止或匀速直线运动状态保持静止或匀速直线运动状态是任何物体所具有的特性，称是任何物体所具有的特性，称为物体的惯性。为物体的惯性。物体之间的相互作物体之间的相互作用用惯性定律在其中成立的参照系称为惯性参照系，惯性定律在其中成立的参照系称为惯性参照系，简称惯性系。简称惯性系。第四页，本课件共有55页惯性参照系惯性参照系牛顿定律严格成立的参照系。牛顿定律严格成立的参照系。一个参照系是不是惯性系要依据观测和实验来判断。一个参照系是不是惯性系要依据观测和实验来判断。惯性参照系：惯性参照系：地面参照系，地面参照系，用于一般的力学现象用于一般的力学现象地球参照系，地球参照系，用于分析地面上物体的运动用于分析地面上物体的运动太阳参照系，太阳参照系，用于分析与地球自转有关的现象用于分析与地球自转有关的现象银河参照系，银河参照系，近似程度很高的惯性系近似程度很高的惯性系 2、惯性参照系、惯性参照系第五页，本课件共有55页例例如如a=0时人和小球的状态符合牛顿定律，小车是惯性系时人和小球的状态符合牛顿定律，小车是惯性系惯性系惯性系:牛顿定律成立的参考系。牛顿定律成立的参考系。非惯性系非惯性系:牛顿定律不成立的参考系。牛顿定律不成立的参考系。a0时人和小球的状态不符合牛顿定律，小车不是惯性系时人和小球的状态不符合牛顿定律，小车不是惯性系3 3、惯性系与非惯性系、惯性系与非惯性系第六页，本课件共有55页二、牛顿二、牛顿第二定律第二定律（Newton second law）在受到外力作用时，物体所获得的加速在受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小与外力成正比，与物体的质量成度的大小与外力成正比，与物体的质量成反比；加速度的方向与外力的矢量和的方反比；加速度的方向与外力的矢量和的方向相同。向相同。第七页，本课件共有55页特点特点：瞬时性；迭加性；矢量性；瞬时性；迭加性；矢量性；定量地量度了惯性定量地量度了惯性 1 1、瞬时性：、瞬时性：之间一一对应之间一一对应2 2、叠加性：、叠加性：质质点点加加速速度度只只在在它它受受力力作作用用时时产产生生，若若某某一一瞬瞬间间质质点点失失去去了了力力的的作作用用，则则就就在在这这一一瞬瞬间间质质点点也也失失去了加速度。去了加速度。第八页，本课件共有55页3 3、矢量性：、矢量性：具体运算时应写成分量式具体运算时应写成分量式直角坐标系中：直角坐标系中：自然坐标系中：自然坐标系中：第九页，本课件共有55页问问题题a=0时人和小球的状态符合牛顿定律时人和小球的状态符合牛顿定律结论结论：在有些参照系中牛顿定律成立，这些系称为惯性系。在有些参照系中牛顿定律成立，这些系称为惯性系。相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系。而相对惯性系相对惯性系作加速运动的参照系是非惯性系。而相对惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。作匀速直线运动的参照系也是惯性系。a0时人和小球的状态为什麽不符合牛顿定律？时人和小球的状态为什麽不符合牛顿定律？3 3、惯性系与非惯性系、惯性系与非惯性系第十页，本课件共有55页惯性质量惯性质量：牛顿第二定律中的质量常被称为惯性质量牛顿第二定律中的质量常被称为惯性质量引力质量引力质量：经典力学中经典力学中不区分不区分引力质量和惯性质量引力质量和惯性质量式中式中m1和和m2称做引力质量称做引力质量第十一页，本课件共有55页三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律（Newton third law）物体物体A以力以力FAB作用在物体作用在物体B上，物体上，物体B必定同必定同时以力时以力 FBA 作用在作用在A上上,两个作用力作用在同一直两个作用力作用在同一直线上，且大小相等，方向相反。线上，且大小相等，方向相反。作用力与反作用力作用力与反作用力：1 1、它们总是成对出现。它们之间一一对应。、它们总是成对出现。它们之间一一对应。2 2、它们分别作用在两个物体上。绝不是平衡力。、它们分别作用在两个物体上。绝不是平衡力。3 3、它们一定是属于同一性质的力。、它们一定是属于同一性质的力。第十二页，本课件共有55页-mg地心地心mg几个例子：几个例子：第十三页，本课件共有55页1、牛顿三大定律和万有引力定律构成了力学、牛顿三大定律和万有引力定律构成了力学体系。但为什么牛顿只有三大定律，而不将体系。但为什么牛顿只有三大定律，而不将万有引力定律也纳入，成为牛顿四大定律？万有引力定律也纳入，成为牛顿四大定律？2、根据牛顿第二定律，、根据牛顿第二定律，F=ma。当。当F=0 时，得到物时，得到物体在没外力作用下，将保持静止或匀速直线运动的状体在没外力作用下，将保持静止或匀速直线运动的状态。而这正是牛顿第一定律所描述的。能不能说牛顿态。而这正是牛顿第一定律所描述的。能不能说牛顿第一定律是第二定律的一个特例？第一定律是第二定律的一个特例？3、牛顿三大定律的顺序能否互换，三大定律间有何联、牛顿三大定律的顺序能否互换，三大定律间有何联系？系？4、运动学揭示了一个哲学观点、运动学揭示了一个哲学观点因果观，该因果因果观，该因果观在牛顿定律中是如何体现的？观在牛顿定律中是如何体现的？第十四页，本课件共有55页2.2 常见的几种力常见的几种力应应用用牛牛顿顿定定律律解解题题，首首先先必必须须能能正正确确分分析析物物体体的的受受力力情情况况。在在日日常常生生活活和和工工程程技技术术中中经经常常遇遇到到的的力力有有重重力力、弹力、摩擦力等。弹力、摩擦力等。1 1、万有引力与重力、万有引力与重力万有引力定律：万有引力定律：两两个个有有一一定定质质量量的的质质点点沿沿它它们们的的连连线线相相互互吸吸引引，吸吸引引力力的的大大小小与与两两质质点点的的质质量量的的乘乘积积成成正正比比，与与它它们们之间的距离的平方成反比。之间的距离的平方成反比。第十五页，本课件共有55页m1对对m2的引力的引力m1和和m2为引为引力质量力质量m1与与m2之间之间的距离的距离由由m1 指向指向m2的的单位矢量单位矢量重重力力：地地球球对对地地球球表表面面附附近近物物体体的引力称为重力。的引力称为重力。第十六页，本课件共有55页2 2、弹力、弹力当当两两个个物物体体直直接接接接触触时时，只只要要物物体体发发生生形形变变，物物体体之之间间就就产产生生一一种种相相互互作作用用力力，并并且且在在一一定定限限度度内内，形形变变越越大大，力力也也越越大大；形形变变消消失失，力力也也随随之之消消失失。这这种种与与物物体形变量有关的力就称之为弹力。体形变量有关的力就称之为弹力。指指物物体体的的弹弹性性形形变变，即即当当力力撤撤除除后后，物物体体能能完完全全恢恢复复到到原原来来的的形形状状。作作用用于于物物体体的的力力的的大大小小有有一一定定的的限限度度，称称之之为为弹弹性性限限度度，超超过过该该限限度度，物物体体就就不不能能完完全全恢恢复复原原状状了（产生了塑性变形）。了（产生了塑性变形）。第十七页，本课件共有55页常见的弹力常见的弹力 弹簧的弹力：弹簧的弹力：F=-kx 正压力：正压力：拉力拉力:两两个个物物体体通通过过一一定定面面积积相相接接触触，互互相相紧紧压压产产生生弹弹性性变变形形，因因而而产产生生对对对对方方的的弹弹力力作作用用，称称之之为为正正压压力力或或支支持持力力。它它们们的的大大小小取取决决于于压压紧紧程程度度，方方向向总总是垂直于接触面指向对方。是垂直于接触面指向对方。物体悬挂在绳子末端，绳子发生形变，因而产生作用于物体物体悬挂在绳子末端，绳子发生形变，因而产生作用于物体的弹力，其方向沿绳的弹力，其方向沿绳 子向上，称为拉力。子向上，称为拉力。第十八页，本课件共有55页3 3、摩擦力、摩擦力当当一一个个物物体体在在另另一一个个物物体体表表面面上上滑滑动动或或有有滑滑动动趋趋势势时时，在在这这两两个个物物体体的的接接触触面面上上就就会会产产生生阻阻碍碍物物体体间间作作相相对对滑滑动的力，这种力就是摩擦力。动的力，这种力就是摩擦力。静摩擦力静摩擦力 滑动摩擦力滑动摩擦力当有接触面的两个物体相对静止但有滑动的趋当有接触面的两个物体相对静止但有滑动的趋势时，它们之间产生的摩擦力叫静摩擦力。势时，它们之间产生的摩擦力叫静摩擦力。Ff一个物体在另一个物体的表面上滑动时，一个物体在另一个物体的表面上滑动时，在接触面上所产生的摩擦力叫滑动摩擦在接触面上所产生的摩擦力叫滑动摩擦力。力。第十九页，本课件共有55页4 4、流体阻力、流体阻力物体在流体物体在流体(液体或气体液体或气体)中，和流体有相对运动时，中，和流体有相对运动时，物体会受到流体的阻力。该阻力的方向和物体相对于物体会受到流体的阻力。该阻力的方向和物体相对于流体的速度方向相反，其大小和相对速度的大小有关。流体的速度方向相反，其大小和相对速度的大小有关。流体可以从物体周围平顺地流过，流体可以从物体周围平顺地流过，此时流体阻力此时流体阻力 fd 的大小为：的大小为：相对速率较小时：相对速率较小时：取决于物体的大小和形状取决于物体的大小和形状以及流体的性质以及流体的性质第二十页，本课件共有55页在物体后方出现流体漩涡在物体后方出现流体漩涡(占多数情况占多数情况)，此时流体阻力，此时流体阻力 fd 的大小为：的大小为：终极速率：终极速率：流体阻力随速度增大而增大，与重流体阻力随速度增大而增大，与重力平衡时物体将以匀速下落。该速力平衡时物体将以匀速下落。该速率称做终极速率。率称做终极速率。相对速率较大时：相对速率较大时：第二十一页，本课件共有55页2.4 应用牛顿运动定律解题应用牛顿运动定律解题演算力学题目的大体步骤如下：演算力学题目的大体步骤如下：2、明确研究对象，适当隔离物体、明确研究对象，适当隔离物体不同的力学规律适用于不同的对象，牛顿定律只适用于质不同的力学规律适用于不同的对象，牛顿定律只适用于质点。若研究的力学系统的各个部分有不同的运动时，可以点。若研究的力学系统的各个部分有不同的运动时，可以把系统各部分隔离开来，分别应用牛顿第二定律建立运动把系统各部分隔离开来，分别应用牛顿第二定律建立运动方程，再联立求解。方程，再联立求解。1、先对题目的性质作个总的分析和估计、先对题目的性质作个总的分析和估计例如，确定问题的性质，是运动学还是动力学；对象是例如，确定问题的性质，是运动学还是动力学；对象是质点还是质点组；用牛顿定律求解呢还是用功能关系；质点还是质点组；用牛顿定律求解呢还是用功能关系；难点在哪儿；参照系和坐标系的选取等。难点在哪儿；参照系和坐标系的选取等。第二十二页，本课件共有55页3、分析各质元的受力，画出隔离图、分析各质元的受力，画出隔离图(受力分析受力分析)把有相互作用的各部分隔离开时，必须代之以一对待定把有相互作用的各部分隔离开时，必须代之以一对待定的相互作用力。另外，不仅要研究各个对象的受力和运的相互作用力。另外，不仅要研究各个对象的受力和运动，而且还要分析不同对象之间的相互联系。动，而且还要分析不同对象之间的相互联系。4、选定参照系和建立坐标系、选定参照系和建立坐标系牛顿第二定律及其导出规律只适用于惯性系。但有些问题在牛顿第二定律及其导出规律只适用于惯性系。但有些问题在非惯性系中处理会更简捷。选取特殊参照系时应予以指明。非惯性系中处理会更简捷。选取特殊参照系时应予以指明。在选定的参照系上建立相应的坐标系在选定的参照系上建立相应的坐标系(通常为直角坐标系通常为直角坐标系)，把矢量式表示成分量式，以便求解。把矢量式表示成分量式，以便求解。第二十三页，本课件共有55页5、分析运动条件、分析运动条件当物体运动受到限制时，隔离体的运动方程中将出现待定的约当物体运动受到限制时，隔离体的运动方程中将出现待定的约束力，要确定约束力，则应加上相应条件。例如，物体的运动束力，要确定约束力，则应加上相应条件。例如，物体的运动限制在斜面或限制在光滑的圆环上等。限制在斜面或限制在光滑的圆环上等。6、确定运动的起始条件、确定运动的起始条件如果问题涉及对运动方程进行积分，则需根据运动的分析判如果问题涉及对运动方程进行积分，则需根据运动的分析判断在某一时刻物体的运动状态，用以确定积分常数。断在某一时刻物体的运动状态，用以确定积分常数。7、对结果作必要的分析和讨论、对结果作必要的分析和讨论第二十四页，本课件共有55页查查运动运动正确解正确解列列方程方程分析分析力力认认物体物体第二十五页，本课件共有55页例例1 1、用一与水平方向成、用一与水平方向成 a a 角的力角的力 F F 拉动质量拉动质量为为mA 和和mB 物体，已知地面与物体间的滑动摩擦物体，已知地面与物体间的滑动摩擦系数为系数为，绳子质量不计。求物体的加速度和绳子，绳子质量不计。求物体的加速度和绳子的张力。的张力。总体分析总体分析是一道动力学问题，利是一道动力学问题，利用直角坐标系将力分解用直角坐标系将力分解后进行求解比较简单，后进行求解比较简单，难点在受力分析。难点在受力分析。研究对象研究对象物体物体 mA 和和 mBAB第二十六页，本课件共有55页 受力分析受力分析BAAB第二十七页，本课件共有55页 运动条件运动条件A与与B以相同的加速度沿水平方向运动以相同的加速度沿水平方向运动 选参照系并建立坐标系选参照系并建立坐标系地面参照系，平面直角坐标系。地面参照系，平面直角坐标系。oyx 列方程列方程物体物体A的牛的牛顿方程：顿方程：X X方向方向Y Y方向方向物体物体B的牛的牛顿方程：顿方程：X X方向方向Y Y方向方向其它相关方程其它相关方程:BA第二十八页，本课件共有55页7个未知量个未知量(T,T,fA,fB,NA,NB,a),7个方程，联立个方程，联立求解可得：求解可得：第二十九页，本课件共有55页例例2 2、一个质量为、一个质量为 m 的珠子系在线的一端，线的的珠子系在线的一端，线的另一端绑在墙上的钉子上，线长为另一端绑在墙上的钉子上，线长为 l。先拉动绳。先拉动绳子使线保持水平静止，然后松手使珠子下落。子使线保持水平静止，然后松手使珠子下落。求线摆下求线摆下q q 时这个珠子的速率和线的张力。时这个珠子的速率和线的张力。总体分析总体分析这是一个质点问题，研究的是这是一个质点问题，研究的是珠子，是一个圆弧运动，难点在珠子，是一个圆弧运动，难点在于珠子的速率和线的张力都随下于珠子的速率和线的张力都随下落角度落角度q q 而变化。采用自然坐标而变化。采用自然坐标系求解比较好。系求解比较好。研究对象研究对象珠子，可看作质点珠子，可看作质点q q第三十页，本课件共有55页mga aT 受力分析受力分析q qOxya a在任意角位置处，珠子的受力如图所示在任意角位置处，珠子的受力如图所示选参照系并建立选参照系并建立坐标系坐标系地球参照系，自地球参照系，自然坐标系将重力然坐标系将重力分解成切向力和分解成切向力和法向力两部分。法向力两部分。切向：切向：法向：法向：第三十一页，本课件共有55页 列方程求解列方程求解切向的速率：切向的速率：任意时刻，当摆角为任意时刻，当摆角为 a a 时，牛顿第时，牛顿第二定律的切向分量式为：二定律的切向分量式为：等式两端均乘以等式两端均乘以dsds，以消除以消除dt dt这个变量这个变量ds=lda a,ds/dt=v两边同时积分两边同时积分mga aTq qOxya a第三十二页，本课件共有55页法向的绳子张力：法向的绳子张力：对珠子，在摆下角度为对珠子，在摆下角度为 q q 时，牛顿第二定律的法时，牛顿第二定律的法向分量式为：向分量式为：线摆下线摆下q q角时这个珠子的速率为角时这个珠子的速率为线的张力为线的张力为第三十三页，本课件共有55页q q例例3 3、在光滑的水平地面上放一质量为、在光滑的水平地面上放一质量为M的楔块的楔块,楔块底角为楔块底角为q q,斜边光滑。今在其斜边上放一质量斜边光滑。今在其斜边上放一质量为为m的的物体，求物体沿楔块下滑时相对楔块和物体，求物体沿楔块下滑时相对楔块和地面的加速度。地面的加速度。楔块楔块4yxO第三十四页，本课件共有55页q qmgNmgNN0a0aaa0yxO 总体分析总体分析求物块下滑时相对导体和地面的加速度，说明涉及两个不同求物块下滑时相对导体和地面的加速度，说明涉及两个不同的参照系：地面参照系和楔块参照系，要用到伽利略变换。的参照系：地面参照系和楔块参照系，要用到伽利略变换。地面为地面为S S系，楔块为系，楔块为S S 系。使楔导体作加速运动的力来自物系。使楔导体作加速运动的力来自物体与楔块之间的相互作用。先求出楔块的加速度体与楔块之间的相互作用。先求出楔块的加速度a0和物体和物体相对于地面的加速度相对于地面的加速度a，再利用伽利略变换，即可求出物，再利用伽利略变换，即可求出物块相对于楔块的加速度块相对于楔块的加速度a 。研究对象研究对象物体物体和楔块和楔块 受力分析受力分析第三十五页，本课件共有55页选参照系并建立坐标系选参照系并建立坐标系参照系：地面参照系参照系：地面参照系(S系系)和楔块参照系和楔块参照系(S系系)。坐标系：直角坐标系，水平向右为坐标系：直角坐标系，水平向右为x轴。竖直向下为轴。竖直向下为y轴。轴。mgNN0mgNa0aa第三十六页，本课件共有55页 列方程求解列方程求解设：设：物体相对于物体相对于地面地面的加速度为的加速度为a，方向待求，方向待求物体相对于物体相对于楔块楔块的加速度为的加速度为a，沿楔块斜面向下，沿楔块斜面向下楔块相对于楔块相对于地面地面的加速度为的加速度为a0，沿，沿X轴正向轴正向地面参考系，根据牛顿第二定律：地面参考系，根据牛顿第二定律：用该式可求得用该式可求得N0但对本题无用但对本题无用这里这里N=N,a0 x 即为即为a0根据伽利略变换：根据伽利略变换：即即5 5个未知数个未知数ax,ay,a.a0,5,5个方程，联立个方程，联立求解即可求解即可第三十七页，本课件共有55页解得：解得：a的方向为：的方向为：a0aa第三十八页，本课件共有55页例例4、如图所示，在悬挂的、如图所示，在悬挂的弹簧（劲度系数为弹簧（劲度系数为k）的下）的下端挂一质量为端挂一质量为m的小球，小的小球，小球静止时，弹簧伸长球静止时，弹簧伸长l0。今用手抓住小球向上移动今用手抓住小球向上移动一段距离一段距离A，然后松手，然后松手，从松手时开始计时，求此从松手时开始计时，求此后小球的位置和速度随时后小球的位置和速度随时间变化的关系。间变化的关系。x0 x第三十九页，本课件共有55页x0 xmgf 总体分析总体分析涉及弹力问题。小球作变加速直线运动。涉及弹力问题。小球作变加速直线运动。是一道已知物体受力及运动初始条件，来是一道已知物体受力及运动初始条件，来求物体任意时刻的运动的题目。求物体任意时刻的运动的题目。研究对象研究对象小球小球 受力分析受力分析小球受重力和弹力作用小球受重力和弹力作用选参照系并建立坐标系选参照系并建立坐标系参照系：地面参照系参照系：地面参照系坐标系：一维直角坐标系，以坐标系：一维直角坐标系，以竖直向上为竖直向上为x轴，以轴，以小球静止时球心处为坐标原点。小球静止时球心处为坐标原点。第四十页，本课件共有55页 列方程求解列方程求解x0 xmgf式代入式代入式可得：式可得：小球静止时为坐标零点，故：小球静止时为坐标零点，故：设任意时刻设任意时刻t，小球位于，小球位于x处，此时加速度为处，此时加速度为a，由重力和弹力的合力提供。根据牛顿第由重力和弹力的合力提供。根据牛顿第二定律：二定律：解得小球的位置随时间的解得小球的位置随时间的变化关系为：变化关系为：C C与与j j为积分常量，需根据初始条件求出为积分常量，需根据初始条件求出小球的速度随时间小球的速度随时间的变化关系为：的变化关系为：第四十一页，本课件共有55页解得：解得：C=A，j j=0根据初始条件根据初始条件代入可得：代入可得：故此解得：故此解得：第四十二页，本课件共有55页2.5 非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力一、惯性系与非惯性系一、惯性系与非惯性系应用牛顿解题是时需要选取参照系和应用牛顿解题是时需要选取参照系和建立坐标系，是否可以任意选取参照建立坐标系，是否可以任意选取参照系呢？系呢？第四十三页，本课件共有55页实例分析实例分析1 1：观察站台上停着的一辆小车观察站台上停着的一辆小车（1 1）地面参照系（惯性系）地面参照系（惯性系）作用在小车上的合外力为零，小车保持静止状态，符作用在小车上的合外力为零，小车保持静止状态，符合牛顿定律合牛顿定律F=ma。（2 2）以做匀速直线运动的火车为参照系（惯性系）以做匀速直线运动的火车为参照系（惯性系）作用在小车上的合外力为零，小车做匀速直线运作用在小车上的合外力为零，小车做匀速直线运动，符合牛顿定律动，符合牛顿定律F=ma。（3 3）以做加速运动的火车为参照系（非惯性系）以做加速运动的火车为参照系（非惯性系）作用在小车上的合外力为零，但小车做加速运动，作用在小车上的合外力为零，但小车做加速运动，具有加速度具有加速度a，不符合牛顿定律，不符合牛顿定律F=ma。第四十四页，本课件共有55页实例分析实例分析2 2：静止在水平转盘上的物体静止在水平转盘上的物体（1 1）地面参照系（惯性系）地面参照系（惯性系）物体作圆周运动，具有法向加速度物体作圆周运动，具有法向加速度an；产生向心加速度的力由物体和；产生向心加速度的力由物体和转盘之间的静摩擦力提供，符合牛转盘之间的静摩擦力提供，符合牛顿定律顿定律F=ma。（2 2）转盘参照系（非惯性系）转盘参照系（非惯性系）相对于转盘参照系而言，物块总保持静止，因而加相对于转盘参照系而言，物块总保持静止，因而加速度为零。此时它依然受到静摩擦力的作用，显然速度为零。此时它依然受到静摩擦力的作用，显然不符合牛顿定律不符合牛顿定律F=ma。结论：牛顿定律在惯性系中成立，非惯性系中不成立。结论：牛顿定律在惯性系中成立，非惯性系中不成立。第四十五页，本课件共有55页惯性参照系：惯性参照系：用牛顿第一定律定义的参照系，该此参照系中，一个不用牛顿第一定律定义的参照系，该此参照系中，一个不受力的物体将保持静止或匀速直线运动。受力的物体将保持静止或匀速直线运动。地面参照系以及相对于地面做匀速直线运动地面参照系以及相对于地面做匀速直线运动的参照系的参照系地心参照系，太阳参照系，地心参照系，太阳参照系，银河参照系银河参照系非惯性参照系：非惯性参照系：一切做加速运动（即具有加速度）的参照系。一切做加速运动（即具有加速度）的参照系。第四十六页，本课件共有55页二、惯性力二、惯性力问题：在非惯性系中能否应用牛顿定律？问题：在非惯性系中能否应用牛顿定律？有些问题需要在非惯性系中处理或从非惯性系中有些问题需要在非惯性系中处理或从非惯性系中处理较为简便。处理较为简便。回答：回答：在非惯性系中也可以应用牛顿定律处理问题，在非惯性系中也可以应用牛顿定律处理问题，但必须引入一种作用于物体上的力，叫惯性但必须引入一种作用于物体上的力，叫惯性力。力。惯性力：惯性力：一种不同于重力、弹力、压力和张力等的力，一种不同于重力、弹力、压力和张力等的力，它没有施力物体，也不存在它的反作用力，它没有施力物体，也不存在它的反作用力，是一种虚拟力。是一种虚拟力。第四十七页，本课件共有55页1、在平动加速参照系中的惯性力：在平动加速参照系中的惯性力：质点相对于惯性系质点相对于惯性系S，在外，在外力力F 的作用下产生加速度的作用下产生加速度a。相对于相对于S系以加速度系以加速度a0 平动的平动的S系中系中该质点的加速度为该质点的加速度为a。则有：。则有：（1）代入（）代入（2）：）：或写成：或写成：S系系S系系第四十八页，本课件共有55页为了在平动加速参照系（非惯性系）中形式地应用牛顿为了在平动加速参照系（非惯性系）中形式地应用牛顿第二定律，引入一个力第二定律，引入一个力惯性力惯性力非惯性系相对于非惯性系相对于惯性系的加速度惯性系的加速度非惯惯性系中牛顿第二定律的形式：非惯惯性系中牛顿第二定律的形式：实际存在的各种力，即真实际存在的各种力，即真实力，是物体间相互作用实力，是物体间相互作用的表现的表现惯性力，即虚拟力，是物体的惯性在惯性力，即虚拟力，是物体的惯性在非惯性系中的表现，不是物体间的相非惯性系中的表现，不是物体间的相互作用力，无反作用力互作用力，无反作用力物体在非惯性系中物体在非惯性系中的加速度的加速度第四十九页，本课件共有55页O2、匀速转动参照系中的惯性力：匀速转动参照系中的惯性力：yzwxNmgTFi相对于惯性系作匀角速度转动的参相对于惯性系作匀角速度转动的参照系是非惯性系，需考虑惯性力。照系是非惯性系，需考虑惯性力。分析：分析：长度为长度为R的细绳一端系一质的细绳一端系一质量为量为m的小球，另一端固定于圆盘的小球，另一端固定于圆盘的中心。当圆盘的中心。当圆盘(盘面光滑盘面光滑)以匀角速以匀角速度度w w 绕盘心竖直轴旋转时，小球也随圆绕盘心竖直轴旋转时，小球也随圆盘一起旋转。盘一起旋转。圆盘参照系：圆盘参照系：由细绳的张力由细绳的张力T提供向心力使小球作圆提供向心力使小球作圆周运动，符合牛顿定律。周运动，符合牛顿定律。小球受到细绳的拉力作用，却是静止的，小球受到细绳的拉力作用，却是静止的，不符合牛顿定律。不符合牛顿定律。地面参照系：地面参照系：第五十页，本课件共有55页为了应用牛顿定律，可设想小球除了受细绳的张力为了应用牛顿定律，可设想小球除了受细绳的张力T外，还受到惯性力外，还受到惯性力Fi的作用。的作用。从转轴引向质点的从转轴引向质点的有向线段，与转轴有向线段，与转轴垂直。垂直。该惯性力的方向总是背向轴心，称为惯性离心力。该惯性力的方向总是背向轴心，称为惯性离心力。引入惯性离心力后，小球受力满足下面的关系：引入惯性离心力后，小球受力满足下面的关系：所以小球静止，牛顿定律成立。所以小球静止，牛顿定律成立。第五十一页，本课件共有55页这里讨论的是在匀速转动的非惯性这里讨论的是在匀速转动的非惯性系保持静止的物体，要受到惯性离心力系保持静止的物体，要受到惯性离心力的作用。的作用。如果物体相对于该匀速转动参照系在如果物体相对于该匀速转动参照系在运动，情况又将如何？运动，情况又将如何？回答：回答：作用于物体的除了惯性离心力外，还有一种惯作用于物体的除了惯性离心力外，还有一种惯性力，称作科里奥利力。性力，称作科里奥利力。第五十二页，本课件共有55页3、科里奥利力科里奥利力在转动的非惯性系，还须引入科里奥利力，在转动的非惯性系，还须引入科里奥利力，才可沿用牛顿定律的形式才可沿用牛顿定律的形式地球是个匀角速转动的参考系，但由于自转角速度很小，地球是个匀角速转动的参考系，但由于自转角速度很小，地球上运动的物体往往察觉不到科里奥利力的存在。地球上运动的物体往往察觉不到科里奥利力的存在。第五十三页，本课件共有55页例、在光滑的水平地面上放一质量为例、在光滑的水平地面上放一质量为M的楔块的楔块,楔块底角楔块底角为为q q,斜边光滑。今在其斜边上放一质量为斜边光滑。今在其斜边上放一质量为m的的物体，求物体，求物体沿楔块下滑时相对楔块和地面的加速度。物体沿楔块下滑时相对楔块和地面的加速度。总体分析：总体分析：（略）（略）研究对象：研究对象：物体和楔块物体和楔块 选取参照系和坐标系：选取参照系和坐标系：以楔块为参照系，建立直角坐标系以楔块为参照系，建立直角坐标系oxy 受力分析：受力分析：（见图）（见图）y yxOq qa0aaa0 xmgNFiy mgNy mgNy mgNy mgNy mgNy mgNOFimgNN0第五十四页，本课件共有55页感谢大家观看第五十五页，本课件共有55页