1.2 牛顿运动定律 1.ppt

《1.2 牛顿运动定律 1.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1.2 牛顿运动定律 1.ppt（30页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、2.1 牛牛 顿顿 运运 动动 定定 律律第第 二二 章章 牛牛 顿顿 运运 动动 定定 律律 牛牛牛牛顿顿顿顿运运运运动动动动定定定定律律律律是是是是研研研研究究究究物物物物体体体体相相相相互互互互作作作作用用用用与与与与机机机机械械械械运运运运动动动动关关关关系系系系的的的的定定定定律律律律，通通通通过过过过本本本本章章章章学学学学习习习习,掌掌掌掌握握握握用用用用牛牛牛牛顿顿顿顿定定定定律律律律解解解解决问题的思路和方法。决问题的思路和方法。决问题的思路和方法。决问题的思路和方法。牛牛牛牛顿顿顿顿定定定定律律律律是是是是力力力力学学学学的的的的基基基基础础础础，牛牛牛牛顿顿顿顿第第第第一

2、一一一定定定定律律律律是是是是序序序序言言言言，牛牛牛牛顿顿顿顿第第第第二二二二定定定定律律律律是是是是核核核核心心心心，牛牛牛牛顿顿顿顿第第第第三三三三定定定定律律律律对对对对力力力力的的的的性质加以补充。性质加以补充。性质加以补充。性质加以补充。任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止迫使它改变运动状态为止.一一 牛顿第一定律牛顿第一定律时，时，恒矢量恒矢量明确几点：明确几点：明确几点：明确几点：1.牛顿第一定律给出力的概念；牛顿第一定律给出力的概念；力的起源：物体间的相互作用；力的起源：物体间的相互作用；力

3、的效果：改变了物体的运动状态。力的效果：改变了物体的运动状态。2.牛顿第一定律给出惯性的概念；牛顿第一定律给出惯性的概念；维持物体运动的是惯性，维持物体运动的是惯性，改变物体运动的是力。改变物体运动的是力。4.牛顿第一定律牛顿第一定律只适用于惯性参照系只适用于惯性参照系。满足牛顿第一定律的参照系为惯性系，静止或匀速直线运满足牛顿第一定律的参照系为惯性系，静止或匀速直线运动的参照系都是惯性系。动的参照系都是惯性系。在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成是惯性参考系在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成是惯性参考系.2 2）对于对于不同不同惯性系，牛顿力学的规律都具有惯性系，牛顿力学的规律

4、都具有相同相同的形式，的形式，与惯性系的运动无关与惯性系的运动无关.1 1）凡相对于惯性系作凡相对于惯性系作匀速直线运动匀速直线运动的一切参考系都是惯的一切参考系都是惯性系性系.伽利略相对性原理伽利略相对性原理3.牛顿第一定律定义了牛顿第一定律定义了惯性参照系惯性参照系。定定义义：适适用用牛牛顿顿运运动动定定律律的的参参考考系系叫叫做做惯惯性性参参考考系系；反反之之，叫叫做做非非惯惯性性参参考考系系。在在这这种种参参考考系系中中观观察察，一一个个不不受受力力作作用的物体将保持静止或匀速直线运动状态不变。用的物体将保持静止或匀速直线运动状态不变。二二 牛顿第二定律牛顿第二定律物体受外力作用时，所

5、获得的加速度与物体所受的合外力成正物体受外力作用时，所获得的加速度与物体所受的合外力成正比，与物体质量成反比，加速度方向与合外力的方向一致。比，与物体质量成反比，加速度方向与合外力的方向一致。在国际单位制（在国际单位制（SI制）中，制）中，k=1写成等式：写成等式：单位：单位：m 千克，千克，kg;F 牛顿，牛顿，N 。动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作用下，其动的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力.牛顿第二定律的另外一种表述牛顿第二定律的另外一种表述定义物体的动量：定义物体的动量：低速，质量不变低速，质量不变 两

6、个物体之间作用力两个物体之间作用力 和反作和反作用力用力 沿同一直线沿同一直线,大小相等大小相等,方向相反方向相反,分别作用分别作用 在两个物体上在两个物体上.（物体间相互作用规律）（物体间相互作用规律）三三 牛顿第三定律牛顿第三定律地球地球明确几点：明确几点：明确几点：明确几点：1.牛顿第三定律对力的性质加以补充，力的来源为物牛顿第三定律对力的性质加以补充，力的来源为物体间的的相互作用，体间的的相互作用，3.F 与与 F 大小相等，方向相反，但作用在两个不同大小相等，方向相反，但作用在两个不同物体上，物体上，不是一对平衡力不是一对平衡力；2.F 与与 F 性质相同，作用力为弹力，反作用力也性

7、质相同，作用力为弹力，反作用力也为弹力。为弹力。4.F 与与 F 同时产生、同时消失，无前后、主次之分；同时产生、同时消失，无前后、主次之分；力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用力是物体间的相互作用明确几点：明确几点：1.谁是施力者，谁是受力者；谁是施力者，谁是受力者；2.力是成对出现的，有作用力就有反作用力；力是成对出现的，有作用力就有反作用力；3.力是矢量，遵守矢量合成法则；力是矢量，遵守矢量合成法则；4.注意内力、外力的区别，外力可改变物体的运动注意内力、外力的区别，外力可改变物体的运动状态，而状态，而内力不会改变物体的运动状态内力不会改变物体的运动状态。主动，被

8、动主动，被动四四 力学中常见的几种力力学中常见的几种力1 1 万有引力万有引力引力常量引力常量物体间的万有引力：物体间的万有引力：r用矢量表示用矢量表示2受受1的作用：的作用：方向在沿方向在沿 、的连线上的连线上 物体所受的物体所受的重力重力也是也是万有引力万有引力与与地球自转地球自转产生的产生的 惯性离心力的合力，在地球表面附近，可近似认为是惯性离心力的合力，在地球表面附近，可近似认为是万有引力。万有引力。2 2 弹力弹力 当两宏观物体有接触且发生微小形变时，形变的物体当两宏观物体有接触且发生微小形变时，形变的物体对与它接触的物体会产生力的作用，这种力叫弹力对与它接触的物体会产生力的作用，这

9、种力叫弹力。弹力可分为压力、张力和弹簧的弹力等。弹力可分为压力、张力和弹簧的弹力等。A 压力压力产生条件产生条件 物体发生接触；物体发生接触；接触面发生形变。接触面发生形变。压力的方向与接触面垂直。压力的方向与接触面垂直。无形变，则无压力无形变，则无压力B 弹簧弹力弹簧弹力 弹簧的劲度系数为弹簧的劲度系数为 k,伸长量为伸长量为 x，由胡克定律由胡克定律可知，弹簧的弹力为：可知，弹簧的弹力为：xF弹xOOx原长原长“”号表示弹力的方号表示弹力的方向与物体位移的方向相向与物体位移的方向相反。反。C 绳子的拉力绳子的拉力绳子在受到拉伸时，其内部也同样出现绳子在受到拉伸时，其内部也同样出现弹性张力。

10、弹性张力。设绳子设绳子MN 两端分别受到的拉力两端分别受到的拉力 和和想想象象把把绳绳子子从从任任意意点点P 切切开开，使使绳绳子子分分成成MP 和和NP 两两段段，其其间间的的作作用用力力大大小小T 叫叫做做绳绳子子在在该该点点P 的的张张力力。如如图图所示。所示。MNP一般情况下，绳子上各处的张力大小是不一般情况下，绳子上各处的张力大小是不相等的，但在绳相等的，但在绳子的质量可以忽略不计时，子的质量可以忽略不计时，绳子上各处的张力相等绳子上各处的张力相等。是是一对作用和反作用力一对作用和反作用力三三 摩擦力摩擦力 当两相互接触的物体当两相互接触的物体彼此之间保持相对静止，且彼此之间保持相对

11、静止，且沿接触面有沿接触面有相对运动相对运动 趋势趋势 时，在接触面之间会产生时，在接触面之间会产生一对阻止上述运动趋势的力，一对阻止上述运动趋势的力，称为称为 静静 摩擦力。摩擦力。1.静摩擦力静摩擦力说明说明1静摩擦力的静摩擦力的大小大小随引起相对运动趋势的外力而变随引起相对运动趋势的外力而变化。静摩擦力的大小有一定化。静摩擦力的大小有一定变化变化范围，范围，最大静摩擦力为最大静摩擦力为 f fmaxmax=0 0 N N(0 为最大静摩擦系数为最大静摩擦系数，N 为正压力为正压力)相对运动相对运动趋势，即：可能的趋势，即：可能的相对运动相对运动说明说明2静摩擦力的静摩擦力的方向方向与物体

12、间相对运动趋势方向与物体间相对运动趋势方向相反相反。讨论几种情讨论几种情况的静摩擦况的静摩擦力的方向。力的方向。静摩擦力的静摩擦力的效果效果，是使相对运动不能发生。，是使相对运动不能发生。2.滑动摩擦力滑动摩擦力 两物体相互接触，并两物体相互接触，并有相对滑动有相对滑动时，在两物体时，在两物体接触处出现的相互作用的摩擦力，称为滑动摩擦力。接触处出现的相互作用的摩擦力，称为滑动摩擦力。(为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数)方向：与物体间相对运动方向相反。方向：与物体间相对运动方向相反。大小：滑动摩擦力等于摩擦系数与正压力的乘积。大小：滑动摩擦力等于摩擦系数与正压力的乘积。一般情况一般情况 滑动滑动摩擦

13、力摩擦力静静摩擦力摩擦力 五五 牛顿运动定律的适用范围牛顿运动定律的适用范围 牛牛顿顿力力学学只只适适用用于于解解决决物物体体的的低低速速运运动动（指指远远小小于于光光速速的的运运动动）问问题题，而而不不适适用用于于处处理理物物体体高高速速运运动动的的问问题题，物物体体高高速速运运动动服服从从相相对对论论力力学学的的规规律律；牛牛顿顿力力学学只只适适用用于于宏宏观观物物体体，而而一一般般不不适适用用于于微微观观粒粒子子，微微观观粒粒子子的的运运动动遵遵循循量量子子力力学学规规律律。也就是说，牛顿力学只适用于宏观物体的低速运动。也就是说，牛顿力学只适用于宏观物体的低速运动。从天体运动、气象现象、

14、地壳运动、航空航天、材料、机从天体运动、气象现象、地壳运动、航空航天、材料、机械、建筑、水利等极其广阔的领域中，人们遇到的实际问题，械、建筑、水利等极其广阔的领域中，人们遇到的实际问题，绝大多数都属于宏观、低速的范围，因此，牛顿力学仍然是一绝大多数都属于宏观、低速的范围，因此，牛顿力学仍然是一般技术科学的理论基础和解决工程实际问题的重要工具。般技术科学的理论基础和解决工程实际问题的重要工具。2.2 牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用 The two elephants exert action and reaction forces on each other.按目前的研究范围理解，牛顿定律

15、只适用于惯性参考系。按目前的研究范围理解，牛顿定律只适用于惯性参考系。1 1）确定研究对象进行受力分析；确定研究对象进行受力分析；（隔离物体，画受力图）（隔离物体，画受力图）2 2）取坐标系；取坐标系；3 3）列方程（一般用分量式）；列方程（一般用分量式）；4 4）利用其它的约束条件列补充方程；利用其它的约束条件列补充方程；5 5）先用文字符号求解，后带入数据计算结果先用文字符号求解，后带入数据计算结果.解题的基本思路解题的基本思路例例 1 1 如图所示如图所示滑轮和绳子的质量均滑轮和绳子的质量均不计不计，滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与，滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与轴间的摩擦力均不计轴间的摩擦力

16、均不计.且且 .求求重物重物释放后，物体的加速度和绳的张力释放后，物体的加速度和绳的张力.解解 以地面为参考系以地面为参考系画隔离体受力图、选取坐标如图画隔离体受力图、选取坐标如图解解 例例 2 2 如图长为如图长为 的轻绳，一端系质量为的轻绳，一端系质量为 的小球的小球,另一端系于定点另一端系于定点 ，时小球位于最低位置，并具时小球位于最低位置，并具有水平速度有水平速度 ，求，求小球在任意位置的速率及绳的张力小球在任意位置的速率及绳的张力.例例 3 3 如图所示（圆锥摆），长为如图所示（圆锥摆），长为 的细绳一端固的细绳一端固定在天花板上，另一端悬挂质量为定在天花板上，另一端悬挂质量为 的小

17、球，小球经的小球，小球经推动后，在水平面内绕通过圆心推动后，在水平面内绕通过圆心 的铅直轴作角速度的铅直轴作角速度为为 的的匀速率匀速率圆周运动圆周运动.问绳和铅直方向所成的角问绳和铅直方向所成的角度度 为多少？空气阻力不计为多少？空气阻力不计.解解解解越大，越大，也越大也越大利用此原理，可制成蒸汽机的调速器（如右图所示）利用此原理，可制成蒸汽机的调速器（如右图所示）.质量为质量为m的木块放在质的木块放在质量为量为M倾角为倾角为的光滑斜劈的光滑斜劈上，斜劈与地面的摩擦不计，上，斜劈与地面的摩擦不计，若使若使m相对斜面静止，需在相对斜面静止，需在斜劈上施加多大的水平外力斜劈上施加多大的水平外力？

18、木块对斜劈的压力为多少？木块对斜劈的压力为多少？mM解解1：确定木块为研究对象，进行受力分析；确定木块为研究对象，进行受力分析；在地面上建立坐标系，要想使在地面上建立坐标系，要想使 m 相对相对 M静止，静止，m 在在水平方向与水平方向与M 的加速度相同的加速度相同，例例 4：mM联立求解联立求解：由牛顿第三定律，由牛顿第三定律，m对对M的压力与的压力与N大小相等方向相大小相等方向相反，数值为反，数值为 。则外力则外力解解2：如何建立坐标系如何建立坐标系，对解题难易对解题难易程度有直接影响，但对结果无程度有直接影响，但对结果无影响，沿斜面建立坐标系，影响，沿斜面建立坐标系，此种方法更简单。此种

19、方法更简单。解得：解得：则外力则外力由牛顿第三定律，由牛顿第三定律，m对对M的压力与的压力与N大小相等方向相大小相等方向相反，数值为反，数值为 。Mm 质量为质量为m的物体在摩擦系数为的物体在摩擦系数为 的平面上作的平面上作匀速匀速直线直线运动，问当力与水平面成运动，问当力与水平面成角多大时最省力？角多大时最省力？解：受力分析，建立解：受力分析，建立坐标系，物体受重力，坐标系，物体受重力，地面的弹力，外力和地面的弹力，外力和摩擦力，列受力方程。摩擦力，列受力方程。例例5：联立求解：联立求解：当分母有极大值时，当分母有极大值时，F 有极小值。有极小值。令令应用高等数学的求极值的方法令应用高等数学的求极值的方法令如果如果有极小值；有极小值；有极大值；有极大值；由由有有当当时最省力。时最省力。而而因此因此y有极大值。有极大值。