第2章质点动力学 (4)精选PPT.ppt

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1、第第2章质点动力学章质点动力学第1页，此课件共62页哦第第 2 2 章章 质点动力学质点动力学q动力学研究对象动力学研究对象 q牛顿运动定律牛顿运动定律 q国际单位和量纲国际单位和量纲q常见的几种力常见的几种力q牛顿运动定律应用牛顿运动定律应用q惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力第2页，此课件共62页哦动力学研究对象动力学研究对象q以以牛牛顿顿运运动动定定律律为为基基础础，研研究究物物体体运运动动状状态态发生改变所遵守规律的科学，称为动力学。发生改变所遵守规律的科学，称为动力学。q动力学着重研究物体间的互作用对物体运动的影响。动力学着重研究物体间的互作用对物

2、体运动的影响。第3页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律1.牛顿第一定律牛顿第一定律 q物物体体不不受受其其他他物物体体的的作作用用，则则将将保保持持静静止止或或匀速直线运动状态。匀速直线运动状态。q物物体体保保持持静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动状状态态的的性性质质，称称为为物物体的惯性体的惯性，故第一定律又称为，故第一定律又称为惯性定律惯性定律。q物体惯性大小的量度称为物体的物体惯性大小的量度称为物体的惯性质量惯性质量。第4页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律物物体体间间的的相相互互作作用用称称为为力力，力力是是产产生生加加速速度度的原因，而不是维持速度的原因。的原因，而

3、不是维持速度的原因。M第5页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律Mq力力 随随 的的减减小小而而减小。减小。施施加加力力 使使物物体体M 在在光光滑滑斜斜面面上上保保持持静静止止或匀速运动。或匀速运动。第6页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律2.牛顿第二定律牛顿第二定律 q质质点点受受到到外外力力作作用用时时，质质点点所所获获得得的的加加速速度度的的大大小小与与外外力力成成正正比比，与与质质点点的的质质量量成成反反比比，加速度的方向与外力的方向相同。加速度的方向与外力的方向相同。q牛顿第二定律是一个牛顿第二定律是一个实验规律实验规律:第7页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定

4、律q实验规律实验规律采用国际单位制时采用国际单位制时第8页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律q分量式分量式第9页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律q力的叠加原理力的叠加原理第10页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律q动量动量令令称为物体运动的动量称为物体运动的动量,则则动量单位：动量单位：kgm/skgm/s对变质量的物体也成立对变质量的物体也成立第11页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律3.牛顿第三定律牛顿第三定律 q当当物物体体 A A 以以力力F F1 1作作用用在在物物体体 B B 上上时时，物物体体 B B也也必必定定同同时时以以力力F F2 2作作用

5、用在在物物体体 A A 上上；F F1 1和和F F2 2大大小小相相等等，方向相反，并处在同一直线上。方向相反，并处在同一直线上。A AB B第12页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律F1 1与与F2 2处处于于同同一一直直线线上上，但但作作用用于于不不同同物物体体上，故不能互相抵消，既牛顿定律不能写成：上，故不能互相抵消，既牛顿定律不能写成：qF1 1与与F2 2互为作用力和反作用力，同时存在，同时消失。互为作用力和反作用力，同时存在，同时消失。A AB B第13页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律4.例题例题m m地球地球用用隔离法隔离法分析受力如下：分析受力如下：m m

6、地球地球q 与与 是是互互作作用用力力，同同为为棒棒的的张张力力。与与 是是互互作作用用力力，同同为为万万有有引引力力。物物 m m 受受力力 、而而平平衡衡，,与与 不是互作用力。不是互作用力。第14页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律5.问题问题1 1：人为什么能向前走？：人为什么能向前走？q脚蹬地面，相对地脚蹬地面，相对地面有向后移动的趋势。面有向后移动的趋势。第15页，此课件共62页哦牛顿运动定律牛顿运动定律5.问题问题2 2：q甲甲打打了了乙乙一一拳拳。由由第第三三定定律律可可知知,甲甲、乙乙受受力力都都一一样。为什么不能说成是乙打了甲一拳？样。为什么不能说成是乙打了甲一拳？

7、第16页，此课件共62页哦国际单位和量纲国际单位和量纲q请自学请自学第17页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力1.万有引力万有引力q18671867年年，牛牛顿顿提提出出万万有有引引力力定定律律：任任何何两两个个质质 点点都都相相互互吸吸引引，引引力力的的大大小小 F 与与两两质质点点质质量量 m1 和和 m2 的的乘乘积积成成正正比比，与与两两质质点点间间距距离离 r r 的的平平方方成成正正比比；引力的方向在两质点的连线上。引力的方向在两质点的连线上。q其中比例系数其中比例系数 G 称为万称为万有引力系数有引力系数G=6.67259=6.67259 10 10-11-11N N m

8、 m2 2kgkg-2-2(或或m m3 3kgkg-1-1s s-2-2)第18页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力2.重力与重量重力与重量m赤道赤道RM为物体与地为物体与地球之间的万球之间的万有引力有引力为物体随地为物体随地球旋转时随球旋转时随需要的向心需要的向心力力第19页，此课件共62页哦q重力是万有引力的一个分力重力是万有引力的一个分力常见的几种力常见的几种力 为为物物体体在在重重力力作作用用下下具具有有的的加加速速度度，称称为为重力加速度。重力加速度。第20页，此课件共62页哦q忽略地球的自转效应时忽略地球的自转效应时常见的几种力常见的几种力q重重力力就就是是地地球球对对其

9、其表表面面上上的的物物体体产产生生的的引引力力，其方向指向地心。其方向指向地心。q忽略地球的自转效应引起的误差不超过忽略地球的自转效应引起的误差不超过4第21页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q忽略地球的自转效应时忽略地球的自转效应时第22页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q重量与重力的区别：重量与重力的区别：物体作用于支持物上的力的大小称为物体的物体作用于支持物上的力的大小称为物体的重量重量。它是物体所施加的力，而重力则是物。它是物体所施加的力，而重力则是物体所承受的力。体所承受的力。当物体静止在地面或支持物上时，重量和重当物体静止在地面或支持物上时，重量和重力大小相等。

10、力大小相等。q请请思思考考：赤赤道道的的重重力力加加速速度度大大还还是是两两极极的的重重力加速度大？为什么？力加速度大？为什么？物体的重量呢？物体的重量呢？第23页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力3.3.弹力弹力 q发发生生形形变变的的物物体体，由由于于要要恢恢复复原原状状，对对与与它它接接触触的的物物体体会会产产生生力力的的作作用用，这这种种力力叫叫做做弹弹性力性力或或弹力弹力。q正正压压力力（或或支支持持力力）：两两个个物物体体相相互互接接触触且且相相互互挤挤压压时时产产生生的的力力，大大小小取取决决与与相相互互挤挤压压的的程程度度，方方向向垂直与接触面指向对方。垂直与接触面指向

11、对方。第24页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力绳子被拉紧时所产生的绳子被拉紧时所产生的张力张力或或拉力拉力qA A点和点和B B点的张力：点的张力：第25页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q在很多实际问题中，绳子的质量可以忽略：在很多实际问题中，绳子的质量可以忽略：绳子上各点张力相同，而且与拉力相等。绳子上各点张力相同，而且与拉力相等。第26页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力弹簧的弹力弹簧的弹力 胡克定律胡克定律mxO 其中其中k 是弹簧的是弹簧的劲度系数劲度系数（又称（又称倔强系数倔强系数）桌面对物体的支撑力，悬挂物体的绳子中的拉桌面对物体的支撑力，悬挂物体的绳

12、子中的拉力都是弹性力。力都是弹性力。第27页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力4.4.摩擦力摩擦力q两两物物体体相相互互接接触触，发发生生在在接接触触面面间间的的阻阻止止物物体相对运动的力称为体相对运动的力称为摩擦力摩擦力。当物体受外力当物体受外力 作用有滑动趋势但尚未滑动时，作用有滑动趋势但尚未滑动时，受到的摩擦力称为受到的摩擦力称为静摩擦力静摩擦力。静摩擦力与外。静摩擦力与外力大小相等，方向相反，最大静摩擦力：力大小相等，方向相反，最大静摩擦力：N 为正压力，为正压力，s称为称为静摩擦系数静摩擦系数第28页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力时时外力外力时，物体开始滑动，这时

13、时，物体开始滑动，这时外力外力的摩擦力称为的摩擦力称为滑动摩擦力滑动摩擦力,记作记作k称为称为滑动摩擦系数滑动摩擦系数第29页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力一一般般有有ks，二二者者均均与与两两接接触触物物体体的的材材料料性质以及接触面的情况有关性质以及接触面的情况有关，都近似小于，都近似小于1。q应用举例应用举例轮子的应用轮子的应用火车的启动火车的启动第30页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力5.5.流体阻力流体阻力q一一个个物物体体在在流流体体中中和和流流体体有有相相对对运运动动时时，物物体会受到流体的阻力。体会受到流体的阻力。流体：液体或气体流体：液体或气体流体与固体

14、的区分是相对的流体与固体的区分是相对的流体阻力的方向和物体相对于流体的速度流体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。方向相反，其大小和相对速度的大小有关。第31页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q物体相对于流体的速度较小时物体相对于流体的速度较小时流体相对于物体的流动为流体相对于物体的流动为层流层流，阻力大小，阻力大小其中其中 K 为比例系数，决定于为比例系数，决定于流体的黏度、密度等流体的黏度、密度等性质和物体的性质和物体的大小、形状等因素。大小、形状等因素。第32页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q物体相对于流体的速度较大时物体相对于流体

15、的速度较大时流体相对于物体的流动会出现漩涡，称为流体相对于物体的流动会出现漩涡，称为湍流湍流，阻力大小阻力大小其中其中物体在空气中运动时物体在空气中运动时：空气：空气密度密度：物体的物体的有效横截面积有效横截面积：阻力系数，阻力系数，第33页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q物体在流体中下落的最大速度称为物体在流体中下落的最大速度称为终极速度终极速度其中其中物体在空气中下落时，其终极速度物体在空气中下落时，其终极速度：物体质量：物体质量(这个公式请学生自己推导这个公式请学生自己推导)第34页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力q终极速度计算终极速度计算举例举例半径为半径为 1.

16、5mm的雨滴在空气中下落，大约在下的雨滴在空气中下落，大约在下落落10m时会达到终极速度。时会达到终极速度。跳伞者，由于伞的有效横截面积较大，在伞跳伞者，由于伞的有效横截面积较大，在伞张开后下降几米就会达到终极速度。张开后下降几米就会达到终极速度。第35页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力6.6.物理学中的四种相互作用物理学中的四种相互作用q现现代代物物理理学学按按物物体体之之间间相相互互作作用用性性质质可可将将力力归结为四类：归结为四类：第36页，此课件共62页哦常见的几种力常见的几种力万有引力万有引力一切质点一切质点10-34 N无限远无限远恒星形成银河系恒星形成银河系电磁力电磁力

17、核子、核子、介子等介子等104 N10-15 m质子和中子质子和中子结合形成原子核结合形成原子核力的种类力的种类 相互作用相互作用的物体的物体力的强度力的强度力程力程相互作用举例相互作用举例弱力弱力轻子等轻子等10-2 N10-17 m核核衰变的力衰变的力强力强力电荷电荷102 N无限远无限远电子和原子核电子和原子核结合形成原子结合形成原子第37页，此课件共62页哦牛顿运动定律应用牛顿运动定律应用q应用牛顿定律解题步骤：应用牛顿定律解题步骤：认真分析题意，确定研究对象。认真分析题意，确定研究对象。先要弄清楚题目要求什么，确定研究对象，先要弄清楚题目要求什么，确定研究对象，分析已知条件。分析已知

18、条件。明确物理关系，进行运动分析。明确物理关系，进行运动分析。弄清物理过程，即分析对象的运动状态，包弄清物理过程，即分析对象的运动状态，包括它的轨迹、速度和加速度。涉及到几个物括它的轨迹、速度和加速度。涉及到几个物体时，还要找出它们的速度或加速度之间的体时，还要找出它们的速度或加速度之间的关系。关系。第38页，此课件共62页哦牛顿运动定律应用牛顿运动定律应用 隔离研究对象，进行受力分析。隔离研究对象，进行受力分析。找出研究对象所受的所有外力，采用找出研究对象所受的所有外力，采用“隔离隔离体法体法”对其进行正确的受力分析，画出受力对其进行正确的受力分析，画出受力分析图。分析图。F所谓所谓“隔离体

19、法隔离体法”就是把研究对象从与之就是把研究对象从与之相联系的其他物体中相联系的其他物体中“隔离隔离”出来，再把出来，再把作用在此物体上的力一个不漏地画出来，作用在此物体上的力一个不漏地画出来，并正确地标明力的方向。并正确地标明力的方向。第39页，此课件共62页哦牛顿运动定律应用牛顿运动定律应用4.4.选取合适坐标，正确列出方程。选取合适坐标，正确列出方程。依据题目具体条件选好坐标系，然后把上面分依据题目具体条件选好坐标系，然后把上面分析出的质量、加速度和力用牛顿运动定律联系析出的质量、加速度和力用牛顿运动定律联系起来，列出每一隔离体的运动方程的矢量式和起来，列出每一隔离体的运动方程的矢量式和分

20、量式以及其他必要的辅助性方程，所列方程分量式以及其他必要的辅助性方程，所列方程总数应与未知量的数目相匹配。总数应与未知量的数目相匹配。第40页，此课件共62页哦牛顿运动定律应用牛顿运动定律应用 求解所列方程，讨论所得结果。求解所列方程，讨论所得结果。解方程时，一般先进行文字符号运算，然后解方程时，一般先进行文字符号运算，然后代入具体数据得出结果，最后进行必要的讨论，代入具体数据得出结果，最后进行必要的讨论，判断结果是否合理。判断结果是否合理。q例题例题P.76 第41页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q一一个个质质量量为为m的的小小球球放放在在作作加加速速直直线线运运动动的的

21、光光滑滑桌面上，其加速度为桌面上，其加速度为 。第42页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q以以地地面面为为参参考考系系：小小球球所所受受到到的的和和外外力力为为零零，小小球球保持静止状态，牛顿定律成立。保持静止状态，牛顿定律成立。第43页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q以以桌桌面面为为参参考考系系:小小球球受受合合外外力力为为零零，但但具具有有加加速速度度 ，牛顿运动定律不成立。牛顿运动定律不成立。第44页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性凡是牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称参考系，简称

22、惯性系惯性系。地面是惯性系地面是惯性系第45页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q惯性系的性质：相对于惯性系做匀速直线运惯性系的性质：相对于惯性系做匀速直线运动的任何其他参考系也一定是惯性系动的任何其他参考系也一定是惯性系因为因为做匀速直线运动的参考系不受力，其加做匀速直线运动的参考系不受力，其加速度速度所以所以相对于惯性系做相对于惯性系做加速加速运动的任何其他参运动的任何其他参考系一定不是惯性系，考系一定不是惯性系，或者说或者说是非是非惯性系惯性系第46页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q牛顿运动定律不成立的参考系称为牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系非

23、惯性系。桌面是非惯性系桌面是非惯性系第47页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q太太阳阳参参考考系系：以以太太阳阳中中心心为为坐坐标标原原点点，以以指指向向任任一一恒恒星星的的直直线线为为坐坐标标轴轴建建立立的的坐坐标标系系，是是一一个个比比较较精精确确的的惯惯性性系系，以以此此坐坐标标系系观观察察到到的的大大量量天天文文现现象象，都都符符合合根根据据牛牛顿顿定定律律推推算的结果。算的结果。qFK5系系：以以选选定定的的数数以以千千计计颗颗恒恒星星的的平平均均静静止止位位置为基准的参考系，是目前最好的实用惯性系。置为基准的参考系，是目前最好的实用惯性系。第48页，此课件共62页

24、哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q地地心心参参考考系系：以以地地球球中中心心为为原原点点，以以指指向向任任一一恒恒星星的的直直线线为为坐坐标标轴轴建建立立的的坐坐标标系系，是是近近似很好的惯性系。似很好的惯性系。q但是地球但是地球自转自转绕太阳公转绕太阳公转太阳系绕银河系中心旋转太阳系绕银河系中心旋转第49页，此课件共62页哦惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系q银银河河系系和和河河外外星星系系也也都都在在更更大大的的星星系系中中旋旋转转,因此在宇宙中严格的惯性系并不存在。因此在宇宙中严格的惯性系并不存在。q地地面面参参考考系系：以以地地面面某某点点为为原原点点，坐坐标标轴轴固固定定在地面上。在

25、地面上。在赤道上，地球自转在赤道上，地球自转 很小，所以在工程技术中，一般都是用地面参考系。很小，所以在工程技术中，一般都是用地面参考系。第50页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力1.1.加速平动参考系加速平动参考系在惯性系在惯性系 S 中中S 系系相相对对于于S 系系做做加加速速运运动动,在在 S 系系中中物物体体的的加加速度为速度为q在非惯性系中，牛顿运动定律不成立。在非惯性系中，牛顿运动定律不成立。第51页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力根据运动的相对性，在惯性系根据运动的相对性，在惯性系 S 中中第52页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯

26、性系中的惯性力在非惯性系在非惯性系 S 中，中，牛顿第二定律不成立。牛顿第二定律不成立。如如果果在在形形式式上上，把把上上式式仍仍看看作作牛牛顿顿第第二二定定律律，则可以定义则可以定义称为称为惯性力惯性力第53页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力上上式式即即是是牛牛顿顿第第二二定定律律在在非非惯惯性性系系中中的的表表现现形式形式惯惯性性力力又又称称为为虚虚拟拟力力，不不是是真真实实的的力力，是是物物体惯性的表现。体惯性的表现。第54页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力2.2.匀速转动参考系匀速转动参考系q在地面惯性系中，小球随转盘一起转动，在地面惯性系中

27、，小球随转盘一起转动，人人给给小小球球提提供供转转动动所所需需要要的的向向心心力力，牛牛顿顿第二定律成立。第二定律成立。第55页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力q在在转转盘盘非非惯惯性性系系中中，小小球球受受到到向向心心力力的的作作用用，但相对于转盘静止不动，牛顿第二定律不成立。但相对于转盘静止不动，牛顿第二定律不成立。在在形形式式上上仍仍使使用用牛牛顿顿第第二二定定律律，则则需需要要定定义惯性力：义惯性力：称为称为惯性离心力惯性离心力第56页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力小小球球静静止止不不动动，牛牛顿顿第第二二定定律律在在形形式式上上成成立。立

28、。惯惯性性离离心心力力不不是是向向心力的反作用力心力的反作用力问题问题：人突然松手，小球将如何运动？：人突然松手，小球将如何运动？注意注意 第57页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力3.3.等效原理等效原理q静静止止在在地地面面惯惯性性系系中中的的物物体体，受受到到地地球球引引力力的作用，其重力的作用，其重力第58页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力在在飞飞船船内内观观察察一一个个物物体体，由由于于飞飞船船是是非非惯惯性性系，可以认为物体受到一个惯性力系，可以认为物体受到一个惯性力q一一个个远远离离星星体体的的太太空空飞飞船船相相对对于于某某一一个个惯惯性性系系作作加速运动，其加速度加速运动，其加速度第59页，此课件共62页哦如如果果将将飞飞船船看看作作是是惯惯性性系系，则则可可以以认认为为物物体受到了一个引力体受到了一个引力非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力爱爱因因斯斯坦坦等等效效原原理理：加加速速系系中中的的惯惯性性力力和和惯惯性性系中的引力是等效的。系中的引力是等效的。超重超重第60页，此课件共62页哦非惯性系中的惯性力非惯性系中的惯性力q例题例题P.88第61页，此课件共62页哦第62页，此课件共62页哦