2021-2022学年高二物理竞赛课件：伽利略相对性原理 非惯性系 惯性力.pptx

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1、伽利略相对性原理 非惯性系 惯性力 一切彼此做匀速直线运动的惯性系，对于描写一切彼此做匀速直线运动的惯性系，对于描写机械运动的力学规律来说是完全等价的。机械运动的力学规律来说是完全等价的。一、伽利略相对性原理一、伽利略相对性原理 在一个惯性系的内部所做的任何力学的实验都在一个惯性系的内部所做的任何力学的实验都不能够确定这一惯性系本身是在静止状态，还是在不能够确定这一惯性系本身是在静止状态，还是在做匀速直线运动，称为做匀速直线运动，称为力学的相对性原理力学的相对性原理，或，或伽利伽利略相对性原理（略相对性原理（Galilean principle of relativity）。伽利略相对性原理伽

2、利略相对性原理 非惯性系非惯性系 惯性力惯性力 例例 一一重重物物m用用绳绳悬悬起起，绳绳的的另另一一端端系系在在天天花花板板上上，绳绳长长l=0.5 m，重重物物经经推推动动后后，在在一一水水平平面面内内做做匀匀速速率率圆圆周周运运动动，转转速速n=1 r/s。这这种种装装置置叫叫做做圆圆锥锥摆摆。求求这这时时绳绳和和竖竖直方向所成的角度。直方向所成的角度。m以以小小球球为为研研究究对对象象，受受力力分分析析如如图图，建立坐标系。建立坐标系。x方向：方向：y方向：方向：解：解：Oxy2.变力作用下的单体问题变力作用下的单体问题例例 计计算算一一小小球球在在水水中中竖竖直直沉沉降降的的速速度度

3、。已已知知小小球球的的质质量量为为m，水水对对小小球球的的浮浮力力为为Fb，水水对对小小球球的的粘粘性性力力为为Fv=-Kv，式式中中K是是和和水水的的黏黏性性、小小球球的的半半径径有有关关的的一个常量。一个常量。以小球为研究对象，分析受力如图。以小球为研究对象，分析受力如图。小小球球的的运运动动在在竖竖直直方方向向，以以向向下下为为正正方向，列出小球运动方程：方向，列出小球运动方程：解：解：令令分离变量后积分得分离变量后积分得 Ot称为物体在气体或液体中沉降称为物体在气体或液体中沉降的的终极终极速度（速度（terminal velocity）讨论讨论例例 一固定光滑圆柱体上的小球（一固定光滑

4、圆柱体上的小球（m）从顶端下滑。从顶端下滑。求小球下滑到求小球下滑到 q q 时小球对圆柱体的压力时小球对圆柱体的压力。解：解：在在q q 处时，处时，质点受力如图质点受力如图O自自然然坐坐标标系系yx小球对圆柱体的压力为小球对圆柱体的压力为 小球对圆柱体的压力为小球对圆柱体的压力为 随着小球下滑，随着小球下滑，q q 从从 0 0 开始增大。开始增大。cos q q 逐逐渐减小，渐减小，FN 逐渐减小。逐渐减小。讨论讨论 当当 cos q q 2/3 2/3 时，时，FN 0,这可能吗？为什么？这可能吗？为什么？这是因为：当这是因为：当 cos q q 2/3 2/3 时，时，FN=0=0。

5、此时，小球此时，小球将离开圆柱体。将离开圆柱体。此后，小球将做抛物运动！此后，小球将做抛物运动！yx 例例 如图绳索绕圆柱上，如图绳索绕圆柱上，绳绕圆柱张角为绳绕圆柱张角为 ，绳与圆，绳与圆柱间的静摩擦因数为柱间的静摩擦因数为 ，求求绳处于滑动边缘时绳处于滑动边缘时,绳两端的绳两端的张力张力 和和 间关系间关系.（绳（绳的质量忽略）的质量忽略）解解:取坐标如图取坐标如图,取一小取一小段绕圆柱上的绳段绕圆柱上的绳 ds.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 两端的张力两端的张力 ，若若0.460.460.210.210.000390.00039 以经典力学的时空观为基础

6、，伽利略坐标变换以经典力学的时空观为基础，伽利略坐标变换指出了质点的加速度对于相对做匀速运动的不同惯指出了质点的加速度对于相对做匀速运动的不同惯性系性系K与与K来说是个绝对量，即来说是个绝对量，即 牛顿力学中：牛顿力学中：因此有因此有 经典力学的时空观经典力学的时空观宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同，宏观低速物体的力学规律在任何惯性系中形式相同，或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。或牛顿力学规律在伽利略变换下形式不变。又如：动量守恒定律又如：动量守恒定律非惯性系非惯性系 牛顿定律成立的参考系是惯性系。一切相对于牛顿定律成立的参考系是惯性系。一切相对于惯性系（如地面系）做匀速直线运

7、动的参考系也是惯性系（如地面系）做匀速直线运动的参考系也是惯性系。惯性系。非非惯惯性性系系（noninertia system）：相相对对（地地面面）惯性系做加速运动的物体。惯性系做加速运动的物体。在非惯性系内牛顿定律不成立。在非惯性系内牛顿定律不成立。xyyx mgF=k xFN平动加速系平动加速系：相对于惯性系做加速直线运动，但是：相对于惯性系做加速直线运动，但是本身没有转动的物体。例如：在平直轨道上加速运本身没有转动的物体。例如：在平直轨道上加速运动的火车。动的火车。转动参考系：转动参考系：相对惯性系转动的物体。例如：在水相对惯性系转动的物体。例如：在水平面匀速转动转盘。平面匀速转动转盘。惯性力惯性力 惯性力：惯性力：(inertial force)为了使牛顿第二定律的形式在非惯性系为了使牛顿第二定律的形式在非惯性系内成立而引进的一个虚构的力。内成立而引进的一个虚构的力。是非惯性系相对惯性系的加速度。是非惯性系相对惯性系的加速度。在非惯性系中，动力学方程表示为在非惯性系中，动力学方程表示为 注意：注意：惯性力不是真正作用在物体上的力！惯性力不是真正作用在物体上的力！惯性力无施力者，也无反作用力。惯性力无施力者，也无反作用力。惯性力的实质是物体的惯性在非惯性系中的表现。惯性力的实质是物体的惯性在非惯性系中的表现。惯性力的应用惯性力的应用加速度计加速度计