2021-2022学年高二物理竞赛课件：惯性力.pptx

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1、惯性力2回顾回顾在运动学中曾得到的在不同参考系中描述在运动学中曾得到的在不同参考系中描述同一个运动，各运动量之间的关系：同一个运动，各运动量之间的关系：1、参考系参考系S 相对相对S作直线运动作直线运动x yy z x O OvPzr r 绝对加速度绝对加速度相对加速度相对加速度牵连加速度牵连加速度32、参考系参考系S 相对相对S作作匀速转动匀速转动绝对绝对速度速度相对速度相对速度牵连速度牵连速度(相对相对S系系)()(相对相对S 系系)()(S 系转动引起）系转动引起）绝对加速度绝对加速度科里奥利加速度科里奥利加速度向心加速度向心加速度相对加速度相对加速度4在不同坐标系中描述同一个运动，从运

2、动学角在不同坐标系中描述同一个运动，从运动学角度解决了，那么从动力学方面呢？度解决了，那么从动力学方面呢？1、平动参考系中的惯性力、平动参考系中的惯性力x yy z x O OvPzr r讨论讨论：（1）参考系参考系S 相对相对S作匀速直线运动，作匀速直线运动，牛顿第牛顿第二定律二定律,F=ma 和和F =m a 相同。相同。5所有惯性系都是等价的所有惯性系都是等价的:形式相同形式相同,不是现象相同不是现象相同。（2）参考系参考系S 相对相对S作变速直线运动，作变速直线运动，牛顿第牛顿第二定律不对了！二定律不对了！6甲：甲：物体水平方向不受力，物体水平方向不受力，所以静止在原处。所以静止在原处

3、。乙：乙：物体水平方向不受力，物体水平方向不受力，为何产生了加速度？为何产生了加速度？甲：甲：物体水平方向受拉力，物体水平方向受拉力，所以随小车加速前进。所以随小车加速前进。乙：乙：物体水平方向受拉力，物体水平方向受拉力，为什么静止在原处？为什么静止在原处？am甲甲乙乙f惯惯f牛顿定律在加速平动的参照系中不再成立。牛顿定律在加速平动的参照系中不再成立。加速平动的参照系是非惯性系。加速平动的参照系是非惯性系。m甲甲乙乙-aa问题焦点：非惯性系中，牛顿定律成立吗问题焦点：非惯性系中，牛顿定律成立吗？7质点相对非惯性系的加速度为质点相对非惯性系的加速度为a为为相对加速度相对加速度；质点相对惯性系的加

4、速度为质点相对惯性系的加速度为a为为绝对加速度绝对加速度；非惯性系相对惯性系的加速度为非惯性系相对惯性系的加速度为A为为牵连加速度牵连加速度。在惯性系中有在惯性系中有：在非惯性系中有在非惯性系中有：上式可写作：上式可写作：相当于一个附加的力，称为相当于一个附加的力，称为惯性力惯性力。这时牛顿方程为这时牛顿方程为8机降升机降升视重视重:S中中运动方程运动方程 a在在 S中中a电梯的加速度电梯的加速度9引力可以被抵消引力可以被抵消我们无法区别我们无法区别 引力和惯性力引力和惯性力 引力场和加速参考系引力场和加速参考系等价性原理等价性原理广义相对论广义相对论当当在自由下落的电梯中在自由下落的电梯中1

5、0 2.匀速转动参考系中的惯性力匀速转动参考系中的惯性力 A:质点受绳子的拉力提供的向质点受绳子的拉力提供的向心力，所以作匀速圆周运动。心力，所以作匀速圆周运动。B：质点受绳子的拉力，：质点受绳子的拉力，为什么静止？为什么静止？在匀速转动的非惯性系中，设想小球受到一个在匀速转动的非惯性系中，设想小球受到一个惯性离心力惯性离心力F*的作用，大小与绳子的拉力相等，的作用，大小与绳子的拉力相等，方向与之相反，所以小球处于静止的平衡状态。方向与之相反，所以小球处于静止的平衡状态。T+F*=0F*=m 2 rmTAmTBF*11 以地面为参考系以地面为参考系,由细绳的张由细绳的张力所提供的向心力力所提供

6、的向心力T 使小球作圆使小球作圆周运动周运动,符合牛顿运动定律符合牛顿运动定律,以圆盘这个非惯性系为参考系以圆盘这个非惯性系为参考系,小球受细绳的力作用静止，小球受细绳的力作用静止，不不符合牛顿运动定律符合牛顿运动定律 T+F*=0，若若质质点点在在匀匀速速转转动动非非惯惯性性系系中中保保持持静止静止,则外力与惯性离心力的合力等于零。则外力与惯性离心力的合力等于零。F*=m 2 r ;惯性力方向总是背离轴心，惯性力方向总是背离轴心，惯性离心力惯性离心力。12例例2:求地球表面纬度处质量为求地球表面纬度处质量为m的物体的重量。的物体的重量。解解:设地球是半径设地球是半径R均匀球体均匀球体,自转角

7、速度自转角速度,为了便于分析为了便于分析,将该重物用绳悬挂在纬度将该重物用绳悬挂在纬度 处处,并相对于地球处于静止状态。并相对于地球处于静止状态。mTFWF*惯性离心力惯性离心力 除惯性离心力外除惯性离心力外,还有地球对它的万有引力还有地球对它的万有引力F和绳子对它的张力和绳子对它的张力T,并且有并且有 13 处处于于地地球球表表面面的的物物体体所所受受地地球球的的万万有有引引力力与与重重力力是是不不同同的的,而而且且物物体体的的质质量量与与重重量量这这两两个个概概念念是是有本质差别的。有本质差别的。重量随所处纬度的增高而增大重量随所处纬度的增高而增大利用余利用余弦定理弦定理 很小很小,上式高次方项可略去上式高次方项可略去,所以所以 14想一想：想一想：参考系参考系S 相对相对S作作匀速转动，质点相对匀速转动，质点相对S有速度有速度 则在则在S系中，牛顿方程为：系中，牛顿方程为：