2022年第二章牛顿运动定律教案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载第 二章 牛顿运动定律教学要求 ：* 懂得 力、质量、惯性参考系 等概念； * 把握 牛顿三大定律 ,能娴熟用 牛顿二定律 解力学两大类问题；* 明白 自然力 与常见力 ；明白物理量的 量纲；教学内容（ 学时： 2 学时）： 2-1 牛顿运动定律 2-2 物理量的单位和量纲 2-3 自然力与常见力 2-4 牛顿运动定律的应用 2-5 非惯性系中的力学问题 * 教学重点：* 把握牛顿三定律及其适用条件；* 牛顿运动定律的应用 （难点：牛顿二定律 微分形式 ）；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 38 页精选学

2、习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载作业：203）、206）、208）、213）、215）、217）；- 21 牛顿运动定律一 牛顿运动定律1 牛顿第肯定律 （惯性定律）每个物体连续保持其静止或沿始终线作匀速运动的状态,除非有力加于其上迫使它转变这种 状态 ； 指出： 惯性、力 的概念 2牛顿其次定律 运动变化和所加的力成正比,且发名师归纳总结 生在所加力的直线方向上；第 2 页,共 38 页2-1 Fdpdmvdtdt* 在低速运动情形下（质量 m可视为常量）为：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备F欢迎下载mdvmd

3、2rdtdt2 质 点 运 动微分方程（质点动力学方程）或：Fma2-3 * 在高速 运动情形下,质量m 明显发生变化,为：m1m0c2（式中：v2m0 静质量）3牛顿第三定律 （作用力与反作用力定律）F F 说明 ：物体间的作用力与反作用力同时产生,同时消逝,大小相等, 方向相反, 在同一直线上,性质相同；二 懂得牛顿运动定律应留意的几个问题名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载ai ,1 运动迭加原理 当力 Fi 单独作用物体,加速度为有：F i m a i当物体受两个以上 i =1,2 , ,n力

4、作用时,试验说明：合力作用成效与各分力作用成效的矢量和相等；有：可得：Finmai 2-4i1FnFi1 力的迭加原理2. 第二定律Fma或Fmdvmd2r是矢量方程；dtdt2* 笛卡儿坐标系重量式为：名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - Fx学习必备x欢迎下载maFymayFzmaz2-5或：Fxmdvxmd2xdt2dtFymdvymd2ydtdt2Fzmdvzmd2zdt2dt* 自然坐标系FnmanFtmat2-6 切线方向重量式方程可为：F tmdvmd2s 2-6 dtdt23. 其次定律是瞬时关系式名师

5、归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - Ft学习必备欢迎下载mat（物体在 t 具有的加速度与同时刻所受力大小成 正比,方向相同,且为时间 t 的函数）恒力 变力 （加速度与力在时间上 表现为一一对应的关系）4 牛顿力学适用的范畴 质点 质点系宏观物体（物体线度大于10 10m数量级）低速 运动（物体运动速度远小于光 在真空中传播速度）惯性参照系 附：惯性系的 确定原就 （依据牛顿 第肯定律由试验结果判定）试验说明 ：以银河系中心为坐标原点,固定 于银河系参照系是好惯性系；以太阳中心为坐标原点太阳参照 系也是较好惯性系；一般

6、争论常采纳坐标原点固定于名师归纳总结 地球中心的参照系地心系 地面第 6 页,共 38 页或固定于地球表面上参照系- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载系精度不算高的惯性系；- 2-2 单位和量纲一 SI 单位物理量的国际单位制 SI的构成为：SI 基本单位SI 单位国际单位制（SI）SI 导出单位SI 单位的倍数单位表 2.1 SI 基本单位名师归纳总结 量的名称单位名称单位符号第 7 页,共 38 页长度米m 质量千克 公斤 kg 时间秒s 电流安培 A 热力学温度开尔文 K - - - - - - -精选学习资料 - - - - -

7、 - - - - 物质的量学习必备欢迎下载mol 摩尔 发光强度坎德拉 cd 二量纲dimension（导出量和基本量之间相关的物理规律性）力学中 SI 基本量：长度 m L质量 kg M时间 s T某 一 物 理 量 Q 的 量 纲 就 为 ：dim Q L M T 式中: 、 、称为量纲指数 例 如 : 速 度 的 单 位m/s, 量 纲 为名师归纳总结 dimvLT1第 8 页,共 38 页1,F量纲指数0 , 1 力的单位 N m kg/s2 ,量纲为dimLMT2量纲指数- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1,1学习必备2欢迎下载, - 2-3

8、 与常见力自 然 力一 基本自然力 （两物体间的 相互作用称为力）* 按表现形式分为 : 重力、正压力、弹力、摩擦力、电力、磁力、核力 等等；* 按本质分为四种基本自然力: 万有引力、电磁力、强力、弱力；2.3 四种基本自然力的特点名师归纳总结 力的种类相互作用的物体力程力的强度万有引力全部粒子1015m 1017m 1034N 102N 10 4N 第 9 页,共 38 页 102N 电磁力带电粒子强力夸克弱力大多数 基本 粒子- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载争论 万有引力式中：量；相反引力；FGm 1m2er2rer为 r方向的

9、单位矢负号表示F 与 r 方向6.6710 11m 3/kg sG 为 引 力 常 量G = 2；m1、m2 物体的引 力质量 电磁力 （两个静止点电荷间的电 磁力遵从库仑定律）F410q1q2er（0为r2真空介电常量）名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载10 34N,3强力核子间的万有引力很柔弱,约库仑力表现为排斥力,约为102N,但原子核相当稳固,体积微小,密度极大存在着强大得多的作用力 强力 （短程力 ,比电磁力大两个数量级） ；粒子间距为0.410 15m10 15m时表现为吸 引,粒子间

10、距小于0.410 15m时表现为排 斥,粒子间距大于10 15m 后快速衰减,可 忽视不计 ；4弱力弱力也是各种粒子间的一种相 互作用；它支配着某些放射性现象（在衰变等过程）；弱力的作用力程比强力更短, 仅为 10 17m,强度很弱；二 技术中常见的力1重力名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载当物体距离地球表面 处时,所受地球引力为：h h 0；求：物体落地前其速率随时间变化的函数关系；物体的运动方程；名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页,共 38 页精选学习资料 - - - -

11、- - - - - 学习必备 欢迎下载c vm G 解 ：牛 顿 第 二 定 律 方 程 为 ：mgcvmamgggcv即c,得：mdv dtdv令k：mkvdtv积dv分dt：gkvt dt 0dv0k v得名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - lnggkv学习必备kt欢迎下载vyg解ktektdt出1ektk由上式得：dydyg1e分dtk积gt10k0得：ygtg 1ektmgtm2g 1ektkk2cc2例 2.5长为 l 的细线一端固定于天花板,另一端连接质量m小球,初始时细线与水平方向的夹角0,小球静止,

12、然后释放；不计空气阻力；求：细线与水平方向角时小球名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载的速率 v,并表为v的形式；F l n m G 解 ： 以小球为争论对象,受重力 G,拉力 F（如图）,由于小球在竖直面内作圆周运动,可挑选自然坐标系,此题也是已知物体的受力情形求解运动状态v,可建立牛顿其次定律的微分形式方程,在切线方向上：mgcosma tmdvdt名师归纳总结 化简为：g cosdv第 30 页,共 38 页dt- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必

13、备 欢迎下载为了将上式完全表示为 v 与 的关系,再作变换：g cosdvdvddvvdvdtddtdRd分别变量：gRc osdv dv将 上 式 积 分 并 将 初 始 条 件00时,v 00代入：gRcos0vvdvdv2解sin得0：gRsin- 2-5 力学问题非惯性系中的 * 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载牛顿运动定律只在惯性参照系中成立；凡是相对于地面作匀速直线运动的参照 系都是惯性参照系 凡是相对于地面作加速运动的参照系都 不是惯性参照系,在非惯性参照系中牛顿运动定律不适 用

14、；* 简例m 小车参照系kv m 地面参照系kka a 小车参照系为惯性参照系小车参照系地面参照系 k b 小车参照系为非惯性参照系以地面为惯性参照系 K 加速运动小车参 照系 K 非惯性参照系石块运动 * 惯 性 力 （ 假 想 力 ） ：F * m a 引入惯性力,牛顿二定律在非惯性参 照系中形式上可应用了；名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载例如 : 图 b 中的小车非惯性参照 系,如假设石块在水平方向受到惯性力F*m a的作用,就石块以 a 的加速度向车尾方向加速运动；真实力 合外力 为

15、F,惯性力 F *,总的有效力 F , 物体对非惯性参照系 K 的加速度 a,那么 : F F F * m a 牛顿其次定律在 形式上仍旧保持不变 留意 ：惯性力 - 假想力 - 虚拟力 ,与真 实力区分：在于它不是因物体间相互作用 产生,没有施力者,不存在反作用力, 牛顿第三定律 对于惯性力并不适用；惯性力只是非惯性系相对惯性名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载系加速运动而表达在物体上 一种力,事实上惯性力可用测力 器测量,因此它仍是 有效力 ；- 例 2.6 在小车上固定有一长度为 L,倾角为

16、 的光滑斜面（如图） ；当小车恒定的加速度 a 向右 0 运行时,有一质量为 m的物体从斜面的 顶端由静止开头下滑,求：物体滑至斜面底部时所需 要的时间；名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载m a 0aF N y F* m x a Gba 为物体相对斜面 小车 的加速度,FN为斜面对物体正压力,沿斜面对下为 x 轴正方向,车相对地面加速运动为非惯性参照系,加上惯性力：F*ma0（沿水平方向向左,与小车的加速度反方向）名师归纳总结 由牛顿第0二定律可得：第 35 页,共 38 页mgsinmacos

17、ma- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载故 物 体 对 斜 面 的 加 速 度 ：agsina0cos0Sv0t1 at 22及由 匀 加 速 直 线 运 动v00条件,可得：t2Sgsin2Laacos- 内容提要一 牛顿运动定律* 第肯定律：性系定义；* 其次定律：惯性和力的概念 , 惯名师归纳总结 Fd P dtFmm amd2 r第 36 页,共 38 页常用形式为：或：Fd vdtdt2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载笛卡尔坐标系重量式Fxmaxmdvxmd2xdt

18、2dtFymaymdvymd2ydtdt2Fzmazmdvzmd2zdtdt2Fn自然坐标系重量式manmv2dvF t ma t mdt* 第三定律：F 12 F 21二 牛顿运动定律应用两类问题名师归纳总结 - - - - - - -第 37 页,共 38 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备欢迎下载v,r求力、* 已知质点运动状态 a,加速度以及有关的量；主要运用的公式为 相应的重量式；F = ma 以及* 已知质点受力情形F求运动状态；主 要 运 用 的 公 式 为F m ddt v m ddt 22 r 以 及 相 应 的 分量式；三 非惯性系中力学问题引入惯性力 F * m a 牛顿其次定律形式上成立名师归纳总结 F有效力F真实力F*m a第 38 页,共 38 页- - - - - - -