第2章 牛顿运动定律PPT讲稿.ppt
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1、第2章 牛顿运动定律第1页,共37页,编辑于2022年,星期一艾萨克艾萨克牛顿(牛顿(1643年年1月月4日日1727年年3月月31日)爵士,英国皇家学会会长,日)爵士,英国皇家学会会长,英国著名的物理学家,百科全书式的英国著名的物理学家,百科全书式的“全才全才”,“物理学之父物理学之父”。著有。著有自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理、光学光学。诗人Alexander Pope为牛顿写下的墓志铭:Nature and Nature law lay hid in night;God said,Let Newton be,and all was light第2页,共37页,编辑于2022年,星期
2、一2.1.1 牛顿第一定律牛顿第一定律 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到其他物任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态,直到其他物体所作用的力迫使它改变这种状态为止。体所作用的力迫使它改变这种状态为止。数学表达:数学表达:说明说明1)惯性)惯性2)力的涵义)力的涵义3)惯性参考系惯性参考系 2.1 牛顿运动定律牛顿运动定律惯性:物体具有的保持其运动状态不变的特性惯性:物体具有的保持其运动状态不变的特性力:物体和物体之间的相互作用力:物体和物体之间的相互作用 在惯性系中观察,一个不受合力作用的物体将保持静止或匀速直在惯性系中观察,一个不受合力作用的物体将保持静止或匀速直线运动状态不变。
3、线运动状态不变。第3页,共37页,编辑于2022年,星期一2.1.2 牛顿第二定律牛顿第二定律数学表达:数学表达:说明说明1)定义力)定义力2)力与加速度的)力与加速度的瞬时关系瞬时关系3)矢量性)矢量性5)适用条件:)适用条件:质点、宏观、低速、惯性系质点、宏观、低速、惯性系4)说明了)说明了质量的实质质量的实质:物体惯性大小的量度物体惯性大小的量度物体受到力作用时,它所获得的加速度的大小与合力的大小成正物体受到力作用时,它所获得的加速度的大小与合力的大小成正比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合力的方向相同。比,与物体的质量成反比,加速度的方向与合力的方向相同。第4页,共37页,编辑于2
4、022年,星期一在在直角坐标系直角坐标系中,牛顿第二定律的分量式为中,牛顿第二定律的分量式为m 为为恒量恒量时:时:在在自然坐标系自然坐标系中,牛顿第二定律的分量式为中,牛顿第二定律的分量式为第5页,共37页,编辑于2022年,星期一2.1.3 牛顿第三定律牛顿第三定律1)瞬时性)瞬时性 2)矢量性)矢量性 3)二力性质相同)二力性质相同 数学表达:数学表达:(1)只适用于惯性系)只适用于惯性系(2)只适用于)只适用于v c,否则,须应用相对论力学处理否则,须应用相对论力学处理(3)一般仅适用于宏观物体的宏观运动)一般仅适用于宏观物体的宏观运动 微观粒子的微观运动,要用量子力学处理微观粒子的微
5、观运动,要用量子力学处理2.1.4 牛顿运动定律的牛顿运动定律的适用条件适用条件:注意注意 当物体当物体A以力以力 作用在物体作用在物体B上时,物体上时,物体B也必定同时以也必定同时以力力 作用在物体作用在物体A上,上,和和 在同一直线上,大小相等,方在同一直线上,大小相等,方向相反,这就是牛顿第三定律。向相反,这就是牛顿第三定律。第6页,共37页,编辑于2022年,星期一2.2.1 基本的自然力基本的自然力 2.2 相互作用力相互作用力1 1引力:引力:地球表面附近物体受到的重力为:地球表面附近物体受到的重力为:2 2电磁力:电磁力:静止的电荷之间存在着电力(库仑力),运动的电荷之间不仅有静
6、止的电荷之间存在着电力(库仑力),运动的电荷之间不仅有电力,而且有磁力。这两种力有其本质上的联系,总称为电磁力。电力,而且有磁力。这两种力有其本质上的联系,总称为电磁力。电磁力、万有引力的作用距离可以很大,所以称为长程力。电磁力、万有引力的作用距离可以很大,所以称为长程力。3 3强力:强力:作用于质子、中子、介子等强子之间的力称为强力。作用于质子、中子、介子等强子之间的力称为强力。4 4弱力:弱力:弱力是存在于各种粒子之间的另一种相互作用弱力是存在于各种粒子之间的另一种相互作用 强力和弱力都是短程力。强力和弱力都是短程力。第7页,共37页,编辑于2022年,星期一2.2.2 力学中常见的几种力
7、力学中常见的几种力1 1、重力重力:万有引力常数:万有引力常数:G0=6.67 1011 Nm2/kg2重力重力:地球表面附近物体受到地球的万有引力地球表面附近物体受到地球的万有引力2、弹性力弹性力:发生:发生形变形变的物体,由于要的物体,由于要恢复原状恢复原状,对与它接触的物体,对与它接触的物体会产生力的作用,称之为弹力会产生力的作用,称之为弹力.一些弹性体(如弹簧)在形变不超过一定的限度时,其弹性力一些弹性体(如弹簧)在形变不超过一定的限度时,其弹性力 遵从胡克定律:遵从胡克定律:第8页,共37页,编辑于2022年,星期一 绳或线对物体的拉力,是由绳发生形变而产生的,其大小取决于绳被拉绳或
8、线对物体的拉力,是由绳发生形变而产生的,其大小取决于绳被拉紧的程度。绳产生拉力时,绳的紧的程度。绳产生拉力时,绳的内部各段之间内部各段之间也有相互的弹力作用,这也有相互的弹力作用,这种内部的弹力作用称为种内部的弹力作用称为张力张力。绳子每段的质量为绳子每段的质量为mi 应用牛顿第二定律得应用牛顿第二定律得 说明绳中不同点处张力不相等,张力的大小与加速说明绳中不同点处张力不相等,张力的大小与加速a度有关。度有关。3、摩擦力摩擦力:当两个接触物体:当两个接触物体相对运动或有相对运动趋势相对运动或有相对运动趋势时,时,在接触面上产生的阻碍它们相对运动的力。在接触面上产生的阻碍它们相对运动的力。第9页
9、,共37页,编辑于2022年,星期一滑动摩擦力:滑动摩擦力:静摩擦力:静摩擦力:大小:大小:方向:总是与该物体相对运动趋势的方向相反方向:总是与该物体相对运动趋势的方向相反大小:大小:方向:总是与受力物体的相对运动的方向相反方向:总是与受力物体的相对运动的方向相反最大静摩擦力:最大静摩擦力:第10页,共37页,编辑于2022年,星期一当运动速率较大时阻力与速率的平方成正比,即当运动速率较大时阻力与速率的平方成正比,即 和和 为比例系数,与物体的形状、大小和流体性质等因为比例系数,与物体的形状、大小和流体性质等因素有关。素有关。质点所受流体阻力与质点运动方向相反,当运动速率较小时阻力质点所受流体
10、阻力与质点运动方向相反,当运动速率较小时阻力的大小与速率成正比,即的大小与速率成正比,即 4、流体阻力(流体内摩擦力)、流体阻力(流体内摩擦力)当物体在流体内运动时受到流体的阻力。流体包含气体和液体。当物体在流体内运动时受到流体的阻力。流体包含气体和液体。第11页,共37页,编辑于2022年,星期一原则上,由牛顿运动定律可以解决所有力学问题。原则上,由牛顿运动定律可以解决所有力学问题。常见的力学问题分为两类:常见的力学问题分为两类:已知力,求运动已知力,求运动;已知运动,求力已知运动,求力。正确地分析物体(质点)所受的力是解决问题的关键。正确地分析物体(质点)所受的力是解决问题的关键。选对象、
11、看运动、分析力、建坐标和列方程选对象、看运动、分析力、建坐标和列方程解题步骤一般是:解题步骤一般是:2.3 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用第12页,共37页,编辑于2022年,星期一分析:分析:已知初始条件求速率和路程,需先求出加速度。已知初始条件求速率和路程,需先求出加速度。结论:结论:用牛顿运动定律求出加速度后,问题变成已知加速度和初始用牛顿运动定律求出加速度后,问题变成已知加速度和初始条件求速度方程或运动方程的第二类运动学问题。条件求速度方程或运动方程的第二类运动学问题。以桌面为参考系,建立以桌面为参考系,建立自然坐标系自然坐标系解:解:分分析析受受力力,其其中中竖竖直直方方向向重
12、重力力与与桌桌面面的的支支持力相互平衡,与运动无关。持力相互平衡,与运动无关。应用牛顿第二定律应用牛顿第二定律设物体的质量为设物体的质量为m例题例题2-1 光滑桌面上放置一固定圆环,半径为光滑桌面上放置一固定圆环,半径为R,一物体贴着环带,一物体贴着环带内侧运动,如图所示。物体与环带间的滑动摩擦系数为内侧运动,如图所示。物体与环带间的滑动摩擦系数为。设在。设在某一时刻质点经某一时刻质点经A 点时的速度为点时的速度为v0。求此后。求此后t 时刻物体的速率和从时刻物体的速率和从A 点开点开始所经过的路程。始所经过的路程。切向:切向:法向:法向:第13页,共37页,编辑于2022年,星期一切向:切向
13、:法向:法向:联立联立1)-3)得)得:积分运算进行求解积分运算进行求解即即第14页,共37页,编辑于2022年,星期一例例2-2 一条长为一条长为l、质量均匀分布的细链条、质量均匀分布的细链条AB,挂在半径可忽略的光滑钉子上,开始处于静止状挂在半径可忽略的光滑钉子上,开始处于静止状态。已知态。已知BC 段长为段长为 ,释放后链条,释放后链条作加速运动,如图所示。试求作加速运动,如图所示。试求 时,链时,链条的加速度和速度。条的加速度和速度。解解 建建立立如如图图所所示示坐坐标标系系,设设任任意意时时刻刻BC长长度度为为x,则有,则有得得 积分积分得得 当当 时时:第15页,共37页,编辑于2
14、022年,星期一分离变量得:分离变量得:解解 1)取地面为参考系,)取地面为参考系,y 轴正方向向下轴正方向向下2)受力分析:重力、浮力、阻力)受力分析:重力、浮力、阻力3)应用牛顿第二定律)应用牛顿第二定律例题例题2-3 一个小球在粘滞性液体中下沉,已知小球的质量为一个小球在粘滞性液体中下沉,已知小球的质量为 m ,液体液体对小球的对小球的 浮力为浮力为 ,阻力为,阻力为 。若。若t=0 时,小球的速率为时,小球的速率为v0,试求小球在粘滞性液体中下沉的速率随时间的变化规律。,试求小球在粘滞性液体中下沉的速率随时间的变化规律。做做定积分定积分,并考虑初始条件有,并考虑初始条件有故有故有在在
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