2021-2022学年高二物理竞赛课件：非惯性系中的惯性力.pptx

非惯性系中的惯性非惯性系中的惯性力力0地面参考系：地面参考系：(小球静止小球静止)车厢参考系：车厢参考系：（小球加速度为（小球加速度为 ）一、一、问题的提出问题的提出 非惯性系中的惯性非惯性系中的惯性力力 非非惯性系惯性系中牛顿第二定律不成立；中牛顿第二定律不成立；但有些实际问题只能在但有些实际问题只能在非惯性系非惯性系中解决，中解决，怎么能怎么能方便方便地仍用牛顿第二定律（地仍用牛顿第二定律（形式上形式上）？）？在分析受力时加一项在分析受力时加一项“假想假想”的的力（力（惯性力惯性力）二、平动的非惯性系中的二、平动的非惯性系中的(平移平移)惯性力惯性力地面地面火车火车设：地面参考系为惯性系设：地面参考系为惯性系 火车参考系相对地面参考系以加速度火车参考系相对地面参考系以加速度 平动平动 质点在火车参考系中运动的加速度为质点在火车参考系中运动的加速度为在在地面参考系地面参考系中中可可使用牛顿第二定律使用牛顿第二定律（1）在在火车参考系火车参考系中中形式形式上上使用牛顿第二定律使用牛顿第二定律（2）变形变形则则非惯性系非惯性系中中 “合力合力”=相互作用力之和相互作用力之和+惯性力惯性力牛顿第二定律牛顿第二定律形形式式上成立。上成立。叫做惯性力叫做惯性力(平动的非惯性系中平动的非惯性系中)引入引入惯性力惯性力是参考系加速运动是参考系加速运动的的反映反映，本质上本质上是物体惯性的体现。是物体惯性的体现。它不是物体间的相互它不是物体间的相互作用，没有反作用力，作用，没有反作用力，但但有真实的效果。有真实的效果。例例 如图如图 m与与M保持接触保持接触 各接触面处处光滑各接触面处处光滑求：求：m下滑过程中，相对下滑过程中，相对M的加速度的加速度 amM解：解：以地面为参考系以地面为参考系 M相对地面加速运动相对地面加速运动,加速度设为加速度设为 画隔离体受力图画隔离体受力图m 的受力图的受力图M的受力图的受力图对对M列方程列方程对对m 列方程列方程结果为：结果为：匀速转动参考系匀速转动参考系 惯性离心力惯性离心力 科里奥利力科里奥利力地面观测：地面观测：转动非惯性系中转动非惯性系中质点受质点受到到惯性离心力惯性离心力作用作用：转动圆盘中观测：转动圆盘中观测：F惯离=m2 r 物体受力物体受力T却却静止静止,所以有所以有惯性力惯性力1.惯性离心力惯性离心力 研究：匀角速研究：匀角速转动转动参考系中参考系中静止静止物体所受物体所受的的惯惯性力性力 科里奥利力科里奥利力 相对转动参考系相对转动参考系运动运动的物体，的物体，除受到惯性离心力外，除受到惯性离心力外，还受到另外一个力，称还受到另外一个力，称科里奥利力科里奥利力,。表达式为：表达式为：1、科里奥利力的特征、科里奥利力的特征:1）与）与相对速度相对速度成正比成正比 只有只有在在转动参考系中转动参考系中运动运动时才出现。时才出现。2）与）与转动角速度一次方转动角速度一次方成正比成正比 当角速度当角速度较小较小时时，它，它比惯性离心力比惯性离心力更重要。更重要。3）科氏力方向）科氏力方向垂直于垂直于相对速度相对速度 该力不会改变相对速度的大小。该力不会改变相对速度的大小。讨论讨论科氏力：科氏力：北半球的河流北半球的河流 水流的右侧被冲刷较重水流的右侧被冲刷较重落体向东偏斜落体向东偏斜傅科摆摆动平面偏转傅科摆摆动平面偏转证明地球的自转证明地球的自转北半球的科氏力北半球的科氏力赤道附近的信风赤道附近的信风 (北半球东北，北半球东北，南半球东南南半球东南)科氏力在科氏力在地球地球上的表现上的表现惯性力：惯性力：则有：则有：在非惯性系中，只要在受力分析时加上在非惯性系中，只要在受力分析时加上惯性力后，就可形式上使用牛顿定律。惯性力后，就可形式上使用牛顿定律。在转动的非惯性系中，质点运动的在转动的非惯性系中，质点运动的一般表示式：一般表示式：例例 设设电电梯梯中中有有一一质质量量可可以以忽忽略略的的滑滑轮轮，在在滑滑轮轮两两侧侧用用轻轻绳绳悬悬挂挂着着质质量量分分别别为为m1和和m2的的重重物物A和和B。已已知知m1m2，当当电电梯梯（1）匀匀速速上上升升；（2）匀匀加加速速上上升升时时，求求绳绳中中的的张张力力和和物物体体A相相对于电梯的加速度对于电梯的加速度ar。解解 （1）取地）取地面为参考系面为参考系,如如图图a 所示所示,分别分别画出隔离物体画出隔离物体A与与B的示力图的示力图如图如图b。ABm1m2ararxyO(a)Am1a1Tm1ga2Tm2gm2(b)B 当电梯匀速上升时，物体对电梯的加速度等当电梯匀速上升时，物体对电梯的加速度等于它们对地面的加速度。选取于它们对地面的加速度。选取y轴的正方向向上，轴的正方向向上，则则B以以ar向上运动，而向上运动，而A以以ar向下运动。因绳子的向下运动。因绳子的质量可忽略，所以轮子两侧绳的向上拉力相等。质量可忽略，所以轮子两侧绳的向上拉力相等。由牛顿第二定律得由牛顿第二定律得（1）（2）由上列两式解得由上列两式解得（3）把把ar代入式代入式(1)，得，得（4）由此解得由此解得（5）（6）（7）（8）（2）当电梯以加速度）当电梯以加速度 上升时，上升时，A相对于地相对于地面的加速度为面的加速度为a1=aar,B相对于地面的加速度为相对于地面的加速度为a2=a+ar,因此因此 由此可以看出，当由此可以看出，当a=g时，时，ar与与T都等于都等于0，亦即滑轮、质点都成为自由落体，两个物体之亦即滑轮、质点都成为自由落体，两个物体之间没有相对加速度。间没有相对加速度。（9）（10）显然，如果显然，如果a=0，上两式就归结为式（，上两式就归结为式（3）与式（与式（4）。）。如果在式（如果在式（7）与式（）与式（8）中用）中用a代替代替a，可得电梯以加速度可得电梯以加速度a下降时的结果下降时的结果小小 结结1、用牛顿运动定律解题的基本要诀2、注意牛顿定律只适用于惯性系。3、质点受变力作用而运动时，在列出牛顿定律分量式后，要通过分离变量再积分的方法求解相应的运动问题。隔离物体隔离物体具体分析具体分析建立坐标建立坐标联合求解联合求解