牛顿定律1011学习教案.pptx

会计学1牛顿定律牛顿定律1011第一页，共49页。恩格斯说：恩格斯说：恩格斯说：恩格斯说：“牛顿由于发现了万有引牛顿由于发现了万有引牛顿由于发现了万有引牛顿由于发现了万有引力定律而创立了天文学，由于进行光力定律而创立了天文学，由于进行光力定律而创立了天文学，由于进行光力定律而创立了天文学，由于进行光的分解而创立了科学的光学，由于创的分解而创立了科学的光学，由于创的分解而创立了科学的光学，由于创的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限立了二项式定理和无限立了二项式定理和无限立了二项式定理和无限(wxin)(wxin)理论理论理论理论而创立了科学的数学，由于认识了力而创立了科学的数学，由于认识了力而创立了科学的数学，由于认识了力而创立了科学的数学，由于认识了力学的本性而创立了科学的力学。学的本性而创立了科学的力学。学的本性而创立了科学的力学。学的本性而创立了科学的力学。”牛顿牛顿(IsaacNewton,16421727)英国物理学家、数英国物理学家、数英国物理学家、数英国物理学家、数学家、天文学家，学家、天文学家，学家、天文学家，学家、天文学家，经典物理学的奠基经典物理学的奠基经典物理学的奠基经典物理学的奠基人。人。人。人。第1页/共49页第二页，共49页。2-1牛顿牛顿(nidn)运动定运动定律律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(zhdo)其其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。一一.牛顿第一定律牛顿第一定律(dngl)(惯性定惯性定律律(dngl)三个重要概念三个重要概念v惯惯性性质点不受力时保持静止或匀速直线运质点不受力时保持静止或匀速直线运动状态的性质动状态的性质,其大小用质量量度。其大小用质量量度。v力力改变质点运动状态的原因。改变质点运动状态的原因。v惯性系惯性系惯性定律在其中成立的参考系。惯性定律在其中成立的参考系。实验指出，地面是一个较精确的惯性系，太阳是一个较高实验指出，地面是一个较精确的惯性系，太阳是一个较高精确的惯性系精确的惯性系静止或匀速直线运动状态静止或匀速直线运动状态(平衡状态平衡状态)第2页/共49页第三页，共49页。某时刻质点某时刻质点(zhdin)动量对时间的变化率等于该时动量对时间的变化率等于该时刻作用在质点刻作用在质点(zhdin)上所有力的合力。上所有力的合力。二二.牛顿牛顿(nidn)第二第二定律定律质量质量(zhling)不随时不随时间变化时间变化时牛顿第二定律的分牛顿第二定律的分量形式量形式（自自然然坐坐标标系系（直直角角坐坐标标系系适用范围：适用范围：1）质点）质点2）惯性系）惯性系第3页/共49页第四页，共49页。三三.牛顿牛顿(nidn)第三第三定律定律一对作用力反作用力总是一对作用力反作用力总是(znsh)大小相等、方向相反、作用大小相等、方向相反、作用在同一直线上不同物体上。在同一直线上不同物体上。数学数学(shxu)表达式表达式适用范围，质点，平动，惯性参考系，低速，宏观第4页/共49页第五页，共49页。量的量的量的量的名称名称名称名称单位单位单位单位符号符号符号符号单位单位单位单位名称名称名称名称单单单单 位位位位 的的的的 定定定定 义义义义2-22-2物理量的单位物理量的单位物理量的单位物理量的单位(dnwi)(dnwi)和和和和量纲量纲量纲量纲单位制：现在常用单位制：现在常用单位制：现在常用单位制：现在常用(chnyn)(chnyn)的是国际单位制的是国际单位制的是国际单位制的是国际单位制SI(systemofSI(systemofinternationalunits)internationalunits)质量质量质量质量(zhli(zhling)ng)91926317709192631770倍倍倍倍时间时间时间时间秒秒秒秒s s138138CsCs原子某特征频率光波周期的原子某特征频率光波周期的原子某特征频率光波周期的原子某特征频率光波周期的长度长度长度长度米米米米mm光在真空中在（光在真空中在（光在真空中在（光在真空中在（1/2997924581/299792458）s s内所经内所经内所经内所经过的距离过的距离过的距离过的距离千克千克千克千克kgkg保存在巴黎度量衡局的保存在巴黎度量衡局的保存在巴黎度量衡局的保存在巴黎度量衡局的“kgkg标准原器标准原器标准原器标准原器”的的的的质量质量质量质量力学的基本量和基本单位力学的基本量和基本单位第5页/共49页第六页，共49页。速率速率(sl)导出量及导出单位导出量及导出单位力力功功表示一个物理量如何表示一个物理量如何(rh)由基本量的组合所形成的式子由基本量的组合所形成的式子.量量纲纲某物理量某物理量某物理量某物理量QQ的量纲的量纲的量纲的量纲(linn)(linn)通常表示为通常表示为通常表示为通常表示为 QQ或或或或dimQdimQ。分别以分别以L（length）、）、M(mass)、T(time)表示长度、质量表示长度、质量和时间的量纲，则其它力学量和时间的量纲，则其它力学量Q可通过基本量的量纲表示出来：可通过基本量的量纲表示出来：力学量力学量力学量力学量QQ的量纲表示的量纲表示的量纲表示的量纲表示或或量纲定义量纲定义第6页/共49页第七页，共49页。如速度如速度如速度如速度(sd)(sd)的量纲为的量纲为的量纲为的量纲为v=LT-1v=LT-1，加速度加速度加速度加速度(sd)(sd)的量纲为的量纲为的量纲为的量纲为a=LT-2a=LT-2，力的量纲为力的量纲为力的量纲为力的量纲为F=MLT-2F=MLT-2等。等。等。等。故可以用等式两边的量纲是否相同来初步判断一个故可以用等式两边的量纲是否相同来初步判断一个故可以用等式两边的量纲是否相同来初步判断一个故可以用等式两边的量纲是否相同来初步判断一个物理物理物理物理(wl)(wl)式是否正确。式是否正确。式是否正确。式是否正确。1.1.初步初步初步初步(chb)(chb)检验公式的正确检验公式的正确检验公式的正确检验公式的正确性性性性2.2.判断公式中某些物理量的性质判断公式中某些物理量的性质判断公式中某些物理量的性质判断公式中某些物理量的性质只有量纲相同的项才能进行加减或用等式联接。只有量纲相同的项才能进行加减或用等式联接。只有量纲相同的项才能进行加减或用等式联接。只有量纲相同的项才能进行加减或用等式联接。量纲作用量纲作用力学量力学量力学量力学量QQ的量纲表示的量纲表示的量纲表示的量纲表示或或第7页/共49页第八页，共49页。说明说明(shumng)用矢量用矢量(shling)表示为表示为一一.重力重力(zhngl)2-32-3几种常见的力几种常见的力几种常见的力几种常见的力p公式中的质量为公式中的质量为引力质量引力质量，是物体间引力强度的量度。，是物体间引力强度的量度。与惯性质量意义不同。与惯性质量意义不同。实验证明：同一物体的这实验证明：同一物体的这两个质量是相等两个质量是相等的，可以不必加以的，可以不必加以区分。区分。1.万有引力万有引力第8页/共49页第九页，共49页。p万有引力定律只直接适用万有引力定律只直接适用(shyng)于两质点间的相互作用于两质点间的相互作用2.重力重力(zhngl)为物体为物体(wt)所处的地理纬度所处的地理纬度设地球半经为设地球半经为R，质量为，质量为M，物体质量为，物体质量为m，考虑地球自考虑地球自转后物体重力为转后物体重力为忽略地球自转的影响忽略地球自转的影响，（误差不超过，（误差不超过0.4),物体所受的物体所受的重力重力就等于它所受的万有引力就等于它所受的万有引力。是地球对其表面附近物体万有引力的分力是地球对其表面附近物体万有引力的分力第9页/共49页第十页，共49页。忽略地球自转的影响忽略地球自转的影响，（误差不超过，（误差不超过0.4),物体所受的物体所受的重力重力就等于它所受的万有引力就等于它所受的万有引力。在重力作用下，物体产生的加速度叫重力加速度在重力作用下，物体产生的加速度叫重力加速度。第10页/共49页第十一页，共49页。二二二二.弹性力（接触力）弹性力（接触力）弹性力（接触力）弹性力（接触力）三种三种(snzhn)常见的表现形式是：常见的表现形式是：（i）正压力(yl)或支持力（ii）弹性）弹性(tnxng)绳或线间的张力（绳或线间的张力（tension)（iii）弹簧的弹力）弹簧的弹力当两宏观物体有接触且发生微小当两宏观物体有接触且发生微小形变形变时，形变的物体对时，形变的物体对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹性力弹性力。F1F2T1T2张力张力r讨论：讨论：v大小大小v方向方向第11页/共49页第十二页，共49页。三三.摩擦力摩擦力（接触力）（接触力）（接触力）（接触力）1)静摩擦力静摩擦力(jnmcl)2)滑动摩擦滑动摩擦(hudnmc)力力(为滑动摩擦为滑动摩擦(hudnmc)系数系数)大小可变大小可变最大静摩擦力最大静摩擦力与相对运动或相对运动趋势方向相反与相对运动或相对运动趋势方向相反3)流体阻力流体阻力相对速率较小时相对速率较小时（与相对运动方向相反）（与相对运动方向相反）相对速率较大时相对速率较大时k与物体的大小，形状和流体的性质有关与物体的大小，形状和流体的性质有关在空气中时在空气中时C:阻力系数阻力系数:空气密度空气密度A:物体有效横截面积物体有效横截面积第12页/共49页第十三页，共49页。四四.应用应用(yngyng)牛顿定律牛顿定律解题解题（1 1）认物体认物体认物体认物体(wt)(wt)（2 2）看运动看运动看运动看运动(yndn(yndng)g)（3 3）分析力分析力分析力分析力（4 4）列方程列方程列方程列方程（5 5）解方程，讨论解方程，讨论解方程，讨论解方程，讨论研究的是研究的是研究的是研究的是单个质点单个质点单个质点单个质点，只在，只在，只在，只在惯性系惯性系惯性系惯性系成立成立成立成立，多体多体多体多体问题，用问题，用问题，用问题，用隔离法隔离法隔离法隔离法（常采用直角坐标分量式）（常采用直角坐标分量式）（常采用直角坐标分量式）（常采用直角坐标分量式）概括为：概括为：“四个什么四个什么”什么物体，在什么力作用下，什么物体，在什么力作用下，对什么参考系，作什么运动。对什么参考系，作什么运动。两类问题：已知运动求力两类问题：已知运动求力已知力求运动已知力求运动关键是加速度关键是加速度解题步骤：解题步骤：第13页/共49页第十四页，共49页。例例例例2-1.2-1.在水平在水平在水平在水平(shupng)(shupng)面上有一半径为面上有一半径为面上有一半径为面上有一半径为RR的圆弧形挡板的圆弧形挡板的圆弧形挡板的圆弧形挡板 S S。质量为。质量为。质量为。质量为mm的小滑块从挡板的一端以初速度的小滑块从挡板的一端以初速度的小滑块从挡板的一端以初速度的小滑块从挡板的一端以初速度贴着贴着(tizhe)挡板内侧射入，挡板内侧射入，然后沿挡板作圆周运动。小滑块与水平面之间是光滑接触，而与挡然后沿挡板作圆周运动。小滑块与水平面之间是光滑接触，而与挡板侧面间的滑动摩擦系数为板侧面间的滑动摩擦系数为。试求小滑块的运动速度。试求小滑块的运动速度(sd)，路，路程，并证明摩擦力是个变力，其计算公式程，并证明摩擦力是个变力，其计算公式ms解解解解：侧向压力侧向压力-向心力；向心力；切向摩擦力切向摩擦力-它使小滑块作减速运动。它使小滑块作减速运动。选用自然坐标系列出动力学方程选用自然坐标系列出动力学方程:小滑块在水平方向上受力分析：小滑块在水平方向上受力分析：法向：法向：切向：切向：第14页/共49页第十五页，共49页。法向：法向：切向：切向：两式联立，分离两式联立，分离(fnl)变量，得：变量，得：解得解得沿切线沿切线方向方向tvv0小滑块运动小滑块运动(yndng)路程：由路程：由等式等式(dngsh)两两边积分：边积分：得得ts第15页/共49页第十六页，共49页。由摩擦力公式由摩擦力公式(gngsh)将将v代入，得代入，得沿切线方向沿切线方向,与速度与速度(sd)方向相反。方向相反。写成矢量写成矢量(shling)式：式：第16页/共49页第十七页，共49页。例例2-2直升飞机的螺旋桨由两个对称的叶片组成直升飞机的螺旋桨由两个对称的叶片组成(zchn).每一叶片的质量每一叶片的质量m=136kg,长长l=3.66m,求当它的求当它的转速转速n=320r/min时时,两个叶片根部的张力两个叶片根部的张力.(设叶片是宽度设叶片是宽度一定、厚度均匀的薄片）一定、厚度均匀的薄片）解：叶片旋转时，上面各点的加速度不同解：叶片旋转时，上面各点的加速度不同(btn)，其上各部分两侧的张力也不同，其上各部分两侧的张力也不同(btn)；选取叶片上一小段，分析其受力，列出动力学；选取叶片上一小段，分析其受力，列出动力学方程，然后采用积分的方法求解。方程，然后采用积分的方法求解。ordr第17页/共49页第十八页，共49页。由于由于时外侧时外侧,所以有所以有:上式中取上式中取,即得叶片根部的张力即得叶片根部的张力负号表示张力方向负号表示张力方向(fngxing)与坐标方与坐标方向向(fngxing)相反相反.ordr第18页/共49页第十九页，共49页。例例例例2-3.2-3.有一根匀质的软绳盘堆在光滑水平有一根匀质的软绳盘堆在光滑水平有一根匀质的软绳盘堆在光滑水平有一根匀质的软绳盘堆在光滑水平(shupng)(shupng)板圆孔板圆孔板圆孔板圆孔AA的周围，的周围，的周围，的周围，其端部从小孔伸出很小的一段，然后让其拖着盘堆的绳子下落，求其运其端部从小孔伸出很小的一段，然后让其拖着盘堆的绳子下落，求其运其端部从小孔伸出很小的一段，然后让其拖着盘堆的绳子下落，求其运其端部从小孔伸出很小的一段，然后让其拖着盘堆的绳子下落，求其运动方程。动方程。动方程。动方程。Ao解：解：解：解：变质量变质量(zhling)问题。问题。设设t时刻下垂时刻下垂(xichu)部分的质量部分的质量为为m，端点处的坐标为端点处的坐标为x。x若绳质量线密度为若绳质量线密度为，则有，则有m=x。忽略所有摩擦力，则下垂部分软绳忽略所有摩擦力，则下垂部分软绳只受只受本身重力作用，有本身重力作用，有将将m=x代入，得代入，得第19页/共49页第二十页，共49页。等式等式(dngsh)两边乘两边乘xdx，约去，约去，整理得：，整理得：等式等式(dngsh)两边积分，有两边积分，有即即求运动求运动(yndng)方程：方程：由由分离变量，积分：分离变量，积分：第20页/共49页第二十一页，共49页。请问：请问：有一艘有一艘m=2000t的船正在下水，沿着的船正在下水，沿着(ynzhe)坡度为坡度为1/20的光滑轨道由静止开始向下滑行，由于紧急原因，需要制的光滑轨道由静止开始向下滑行，由于紧急原因，需要制动，如何实现？动，如何实现？绞盘绞盘(jiopn)可以使人通过绳子用很小的力拉住很大张力可以使人通过绳子用很小的力拉住很大张力作用下的物体作用下的物体在座在座(zizu)的哪个人的哪个人行？行？在座的哪个人不能做到？在座的哪个人不能做到？若：若：第21页/共49页第二十二页，共49页。例例2-4如图绳索绕圆柱上，绳如图绳索绕圆柱上，绳绕圆柱张角为绕圆柱张角为，绳与圆柱间的静，绳与圆柱间的静摩擦因数摩擦因数(ynsh)为为，求绳处于求绳处于滑动边缘时滑动边缘时,绳两端的张力绳两端的张力和和间关系间关系.（绳的质量忽略）（绳的质量忽略）圆柱对圆柱对的摩擦力的摩擦力圆柱对圆柱对的支持力的支持力解解:取一小取一小(yxio)段绕圆柱段绕圆柱上的绳上的绳取坐标取坐标(zubio)如图如图两端的张力，两端的张力，的张的张角角第22页/共49页第二十三页，共49页。第23页/共49页第二十四页，共49页。若若0.460.460.20.21 10.000390.00039第24页/共49页第二十五页，共49页。一一一一.惯性惯性惯性惯性(gunxng)(gunxng)系系系系惯性定律惯性定律(unxndnl)成立的参考系成立的参考系相对相对(xingdu)于某惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯于某惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系；性系；2-5 2-5 2-5 2-5 惯性系与力学相对性原理惯性系与力学相对性原理惯性系与力学相对性原理惯性系与力学相对性原理OZXYSOZ(X)YSuP(x,y,z)(x,y,z)在在t 时刻，质点运动到时刻，质点运动到P 点点 在在t=t=0时时,两系坐标两系坐标原点原点O、O重合。重合。坐标变换坐标变换:系沿系沿x轴方向以轴方向以匀速运动匀速运动第25页/共49页第二十六页，共49页。速度速度(sd)变换变换:加速度变换加速度变换(binhun):由变换可见经典力学由变换可见经典力学(jndinlxu)建立在绝对的时空观的基础之上建立在绝对的时空观的基础之上.S系中：系中：S系中：系中：S系中牛顿定律也适用系中牛顿定律也适用所以所以S系也是惯性系系也是惯性系（假定为惯性系）（假定为惯性系）力学相对性原理力学相对性原理（伽利略相对性原理）（伽利略相对性原理）：对于不同的：对于不同的惯性系惯性系，牛顿力学规律牛顿力学规律都具有都具有相同相同 的形式。的形式。-所有惯性系中，牛顿运动方程的所有惯性系中，牛顿运动方程的形式不变形式不变。在一惯性系内所做的任何力学试验，都不能确定该惯性系在一惯性系内所做的任何力学试验，都不能确定该惯性系相对于其它惯性系是否运动。相对于其它惯性系是否运动。第26页/共49页第二十七页，共49页。第27页/共49页第二十八页，共49页。则则S系中：系中：S系中：系中：S系中牛顿定律不适用系中牛顿定律不适用(shyng)，所以所以(suy)S系是非惯性系系是非惯性系即相对已知惯性系做加速运动即相对已知惯性系做加速运动(jisyndn)的参考系都是非惯性参考的参考系都是非惯性参考系。系。S系相对系相对S系以加速系以加速度度运动运动2-62-6非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力u一个参考系是否是惯性系可通过实验来检验。一个参考系是否是惯性系可通过实验来检验。若若（假定为惯性系）（假定为惯性系）哪些参考系可视为是惯性系呢？哪些参考系可视为是惯性系呢？严格而言，地球和太阳都不是精确的惯性系。严格而言，地球和太阳都不是精确的惯性系。一一一一.非惯性系非惯性系非惯性系非惯性系设参考系设参考系设参考系设参考系 S S 相对参考系相对参考系相对参考系相对参考系 S S 以速度以速度以速度以速度平动平动平动平动第28页/共49页第二十九页，共49页。地球公转的向心加速度地球公转的向心加速度约为约为5.910-3m/s2；地球表面赤道处由地球自转地球表面赤道处由地球自转(zzhun)造成的向心加速度为造成的向心加速度为3.410-2m/s2;太阳系以约太阳系以约310-10m/s2的向心的向心(xinxn)加速度随银河系旋转。加速度随银河系旋转。目前目前(mqin)最好的惯性系：最好的惯性系：FK4系系是由是由1535个恒星平均静止位形个恒星平均静止位形作为基准的参考系作为基准的参考系稍好点的惯性系：稍好点的惯性系：太阳太阳一般工程上可用的惯性系一般工程上可用的惯性系地球地球(地心或地面地心或地面)第29页/共49页第三十页，共49页。二二.非惯性系中的非惯性系中的惯性力惯性力牛顿定律仅适用牛顿定律仅适用(shyng)于惯性系，于惯性系，但是但是(dnsh):有些问题必须要在非惯性系中研究；有些问题必须要在非惯性系中研究；（比如（比如:在加速的车厢参考系中作实验在加速的车厢参考系中作实验在加速的电梯参考系中作实验）在加速的电梯参考系中作实验）有时非惯性系中研究有时非惯性系中研究(ynji)问题较为简单。问题较为简单。能否作些修改能否作些修改,在非惯性系中在非惯性系中形式上形式上 应用牛顿定律应用牛顿定律?地面上看行进着的车，地面上看行进着的车，车轮边缘一点的运动车轮边缘一点的运动-摆线；摆线；行进着的车厢里看，行进着的车厢里看，车轮边缘一点的运动车轮边缘一点的运动-圆。圆。办法是：在分析受力时，只需办法是：在分析受力时，只需加上加上某种某种 “虚拟虚拟”的力的力（称为（称为惯性力惯性力）第30页/共49页第三十一页，共49页。GFN(一一).平动平动(pngdng)加速参考系中的加速参考系中的惯性力惯性力1.选地面选地面(dmin)作参考系作参考系小球小球(xioqi)保保持静止持静止,符合牛顿定律；符合牛顿定律；2.选车厢作参考系选车厢作参考系小球向观察者运动小球向观察者运动,加速度为加速度为如下图所示如下图所示,有质量为有质量为m的小球放在车厢内光滑桌面上，的小球放在车厢内光滑桌面上，小车由静止开始加速运动。小车由静止开始加速运动。甲乙乙牛顿定律在该参考系中不适用牛顿定律在该参考系中不适用非惯性系非惯性系牛顿定律在该参考系中适用牛顿定律在该参考系中适用惯性系惯性系第31页/共49页第三十二页，共49页。GFN乙乙大小大小(dxio)为为方向与方向与相反相反平动平动(pngdng)加速参考系中加速参考系中:形式形式(xngsh)上牛顿第二定律仍成立上牛顿第二定律仍成立式中式中:是物体受的真实合外力；是物体受的真实合外力；是惯性力；是惯性力；是物体相对于非惯性系的加速度。是物体相对于非惯性系的加速度。是非惯性系本身的加速度是非惯性系本身的加速度在非惯性系中列牛顿方程时，在非惯性系中列牛顿方程时，应在受力一侧加上惯性力！应在受力一侧加上惯性力！在非惯性系中在非惯性系中即即惯性力惯性力:在非惯性系中在非惯性系中:人为引入人为引入的一种的一种虚拟力虚拟力称为惯性力称为惯性力。第32页/共49页第三十三页，共49页。(二二).转动转动(zhundng)参考系参考系中的惯性力中的惯性力12拉力拉力(ll)T为向心力，为向心力，对地面对地面(dmin)观观察者察者1：对圆盘上的观察者对圆盘上的观察者2：物体物体m还须受一附加的惯性力，才能保持对圆盘相对静止，还须受一附加的惯性力，才能保持对圆盘相对静止，称此惯性力为惯性离心力。称此惯性力为惯性离心力。物体物体m以角速度以角速度随圆盘匀速转动，台面随圆盘匀速转动，台面光滑。光滑。惯性离心力惯性离心力第33页/共49页第三十四页，共49页。例例2-5旋转旋转(xunzhun)液面的形状液面的形状解解:取取桶为参考系桶为参考系,建立直角坐标系建立直角坐标系,在液面上取一质在液面上取一质元元，受力分析如图所示。它处于平衡状态时的动力学方，受力分析如图所示。它处于平衡状态时的动力学方程为程为（1）（2）（3）由上面三式可得由上面三式可得两边积分得两边积分得（水面为旋转抛物面）（水面为旋转抛物面）一桶水以角速度一桶水以角速度绕自身的铅直轴旋转绕自身的铅直轴旋转,求水面的形状。求水面的形状。第34页/共49页第三十五页，共49页。严格严格(yng)地说，重力并非物体所受的地球的地说，重力并非物体所受的地球的引力引力重力重力(zhngl)(zhngl)和纬度的关系：和纬度的关系：重力（称为视重）并非地球引力重力（称为视重）并非地球引力(ynl)，而是引力，而是引力(ynl)和惯性离心力和惯性离心力的合力的合力由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。将有关常量代入将有关常量代入,可得可得其其中中此比值较小，所以常常不考虑此比值较小，所以常常不考虑第35页/共49页第三十六页，共49页。惯性力是虚拟力，没有惯性力是虚拟力，没有(miyu)施力者，也没有施力者，也没有(miyu)反作反作用力。不满足牛顿第三定律。用力。不满足牛顿第三定律。说明说明(shu(shumng)mng)(1)它只是它只是(zhsh)非惯性系的加速度的反映非惯性系的加速度的反映,或是物体的惯性在非惯性或是物体的惯性在非惯性系中的表现。系中的表现。例如，公共汽车突然启动时你的感觉。例如，公共汽车突然启动时你的感觉。“失重失重”和和“惯性定律惯性定律惯性定律惯性定律”的验证的验证的验证的验证在自由降落的在自由降落的电梯参考系电梯参考系中中,苹果受到苹果受到重力的作用重力的作用,也受到惯性力的作用。也受到惯性力的作用。它们的合力为零它们的合力为零,说苹果的说苹果的视重为零视重为零,或说它处或说它处于完全于完全“失重失重”状态。状态。在绕地球旋转的飞船中在绕地球旋转的飞船中,地球对物体的引力地球对物体的引力和惯性离心力抵消和惯性离心力抵消,也出现完全失重状态。也出现完全失重状态。*(2)-在非惯性系中可以在非惯性系中可以在非惯性系中可以在非惯性系中可以 验证验证验证验证“惯性定律惯性定律惯性定律惯性定律”！第36页/共49页第三十七页，共49页。宇航员将水果摆宇航员将水果摆放在立圆的圆周放在立圆的圆周上，上，不受力，维持不受力，维持(wich)(wich)图形不图形不变变在飞船在飞船(fi chun)(fi chun)中中 可验证可验证惯性定律惯性定律第37页/共49页第三十八页，共49页。飞船中验证了惯性定律飞船中验证了惯性定律（真正验证惯性定律的参考系恰恰是相对（真正验证惯性定律的参考系恰恰是相对(xingdu)牛顿惯性系的加速系，认识上的飞跃）牛顿惯性系的加速系，认识上的飞跃）第38页/共49页第三十九页，共49页。m解法解法(jif)1以地以地面参考系面参考系例例2-6一光滑斜面固定一光滑斜面固定(gdng)(gdng)在升降机的底板上，如图所示，当升降机在升降机的底板上，如图所示，当升降机以匀加速度以匀加速度 a 0 a 0 上升时，质量为上升时，质量为m m 的物体从斜面顶端开始下滑的物体从斜面顶端开始下滑.yxx 方向方向(fngxing)y 方向方向物体对斜面的压力和物体相对斜面的加速度。物体对斜面的压力和物体相对斜面的加速度。求：求：解：解：解得解得第39页/共49页第四十页，共49页。m解法解法解法解法22：以作加速以作加速以作加速以作加速(jis)(jis)平动的升降机为参考系，是非惯性系。平动的升降机为参考系，是非惯性系。平动的升降机为参考系，是非惯性系。平动的升降机为参考系，是非惯性系。物体物体(wt)受力：受力：重力重力斜面斜面(ximin)对它对它的正压力的正压力惯性力惯性力动力学方程为：动力学方程为：沿斜面向下方向和垂直斜面向上方向的分量式为：沿斜面向下方向和垂直斜面向上方向的分量式为：解得解得所得结果与解法所得结果与解法1相同。相同。xy第40页/共49页第四十一页，共49页。三三.科里奥利力（科里奥利，法国人科里奥利力（科里奥利，法国人1835年提出年提出(tch)）总惯性力：总惯性力：-科里奥利力科里奥利力（Coriolisforce）：）：如果物体相对于转动参考系是运动的，除受惯性离心力外，还如果物体相对于转动参考系是运动的，除受惯性离心力外，还必须再对物体附加一个必须再对物体附加一个(y)与速度有关的惯性力与速度有关的惯性力图1图2（约束力）（约束力）（约束力）（约束力）第41页/共49页第四十二页，共49页。在惯性系中有一圆盘绕通过其中心的轴以恒定角速度在惯性系中有一圆盘绕通过其中心的轴以恒定角速度旋转，圆盘上沿半径方向有旋转，圆盘上沿半径方向有一沟槽，小球一沟槽，小球m沿着沟槽以恒定速度沿着沟槽以恒定速度v离开离开O点运动点运动(yndng)。现在讨论。现在讨论m速度、速度、加速度及受力。加速度及受力。真实力真实力(shl)槽壁真实力槽壁真实力(shl)离心力离心力科里奥利力科里奥利力在惯性参考系中选择平面极坐标，则在惯性参考系中选择平面极坐标，则m位置为位置为利用利用第42页/共49页第四十三页，共49页。在惯性在惯性(gunxng)参考系中选择平面极坐标，则参考系中选择平面极坐标，则m位置为位置为利用利用(lyng)得到得到(ddo)科里奥利加速度（只要有科里奥利加速度（只要有）向心加速度向心加速度施力物体？施力物体？第43页/共49页第四十四页，共49页。离心力离心力科里奥利力：科里奥利力：现在从非惯性系上考虑现在从非惯性系上考虑m的运动。在的运动。在圆盘圆盘(yunpn)参考系上看，参考系上看，m做匀速直线做匀速直线运动运动，所受合外力为零。，所受合外力为零。科里奥利加速度科里奥利加速度向心向心(xinxn)加速度加速度施力物体施力物体(wt)？图2（约束力）（约束力）（约束力）（约束力）第44页/共49页第四十五页，共49页。p 河岸冲刷，铁轨磨损河岸冲刷，铁轨磨损(北半球右侧北半球右侧(yu c)(yu c)，南半球左侧严重，南半球左侧严重)。科氏力在地球科氏力在地球(dqi)上的表上的表现现p落体落体(lut)偏东偏东p傅科摆傅科摆摆平面的偏转摆平面的偏转证明了地球的自转证明了地球的自转p 赤道附近的信风赤道附近的信风(北半球东北风，北半球东北风，南半球东南风南半球东南风)p旋风的形成。旋风的形成。北半球的科氏力北半球的科氏力信风的形成信风的形成旋风的形成旋风的形成第45页/共49页第四十六页，共49页。在旋转平台上装一个斜坡，在旋转平台上装一个斜坡，让小球从斜坡的上方自由滚下，让小球从斜坡的上方自由滚下，小球的运动将向旋转的前方偏斜，小球的运动将向旋转的前方偏斜，-落体落体(lut)(lut)偏东的演示。偏东的演示。北半球的一次强热带北半球的一次强热带风暴的卫星风暴的卫星(wixng)(wixng)照片。照片。第46页/共49页第四十七页，共49页。傅傅科科摆摆傅科摆傅科摆摆锤摆锤28kg，摆平面，摆平面(pngmin)转动）转动）顶视顶视11 22 3摆平面转动周期摆平面转动周期北京，北京，巴黎，巴黎，这是在地球上验证地球转动的著名这是在地球上验证地球转动的著名(zhmng)的实验。的实验。（傅科，（傅科，1851，巴黎，巴黎(bl)伟人祠，摆长伟人祠，摆长67m，地球地球摆摆北京天文馆的傅科摆北京天文馆的傅科摆摆长摆长10m第47页/共49页第四十八页，共49页。第48页/共49页第四十九页，共49页。