1-5牛顿运动定律.ppt

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1、第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律圆周运动圆周运动加速度加速度切向加速度切向加速度（速度（速度大小变化引起）大小变化引起）法向加速度法向加速度（速度方向变化引起）（速度方向变化引起）第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律线速度线速度角速度角速度角加速度角加速度复习复习第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律a a）说明物体具有惯性说明物体具有惯性-不受外力时物体都有保持静不受外力时物体都有保持静止或匀速直线运动状态的性质。止或匀速直线运动状态的性质。一、牛顿运动定律一、牛顿运动定律 b

2、 b）说明力是引起物体运动状态改变的原因。说明力是引起物体运动状态改变的原因。一）牛顿第一定律一）牛顿第一定律 任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，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直到外力迫使它改变运动状态为止 .第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律当当VC时时：m=c o n s t或或二）牛顿第二定律二）牛顿第二定律（牛顿当年发表形式）（牛顿当年发表形式）F是物体所是物体所受受的的合、外合、外力。力。动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作用下，其的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体

3、的合外力动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力 .第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律 b b）定量地说明了物体质量是物体惯性大小的量度。定量地说明了物体质量是物体惯性大小的量度。注意注意：a a）要注意定律的瞬时性要注意定律的瞬时性-力的作用与加力的作用与加速度是瞬时对应的。速度是瞬时对应的。今天今天明天明天说明说明：a a）定律定量地说明了力的效果定律定量地说明了力的效果-改变物改变物体的动量。物体动量的变化率一定等于物体所受的体的动量。物体动量的变化率一定等于物体所受的合外力。合外力。第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定

4、律牛顿运动定律b b）要注意定律的矢量性要注意定律的矢量性-定律中的力和加速度都定律中的力和加速度都 是矢量（具有叠加性）。是矢量（具有叠加性）。直角坐标系直角坐标系平面自然坐标系平面自然坐标系力的独立性原理：什么方向的力只产生什么方向的加力的独立性原理：什么方向的力只产生什么方向的加速度而与其它方向的受力及运动无关。速度而与其它方向的受力及运动无关。分量式求解：分量式求解：第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律XYOA水平方向不受力作匀速直线运动，竖直水平方向不受力作匀速直线运动，竖直方向受重力只产生竖直方向的加速度而方向受重力只产生竖直方向的加速度而不影

5、响水平方向的运动，水平方向不受不影响水平方向的运动，水平方向不受力的情况也不影响到竖直方向的运动。力的情况也不影响到竖直方向的运动。因此平抛运动可以看因此平抛运动可以看作水平方向的匀速作水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的直线运动和竖直方向的自由落体运动的叠加叠加。这就是。这就是运动的叠加原理运动的叠加原理。c c）使用时应注意单位制使用时应注意单位制SI 制中：制中：牛顿牛顿 千克千克.米米/秒秒2 2V0第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律三三)牛顿第三定律牛顿第三定律两物理间的相互作用力总是大小相等、方向相反、两物理间的相互作用力总是大小

6、相等、方向相反、作用在同一直线上不同物体上。作用在同一直线上不同物体上。-mg地球地球mg第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律注意：注意：、作用力反作用力无主从之分、先后之分、作用力反作用力无主从之分、先后之分、同时产生、同时消失。同时产生、同时消失。2 2、作用力、反作用力总是作用在不同的作用力、反作用力总是作用在不同的物体上，不能抵消。物体上，不能抵消。3 3、作用力、反作用力是同性质的力。作用力、反作用力是同性质的力。意义：意义：说明了力的起源是物体的相互作用。说明了力的起源是物体的相互作用。即：作用力、反作用力要满足：即：作用力、反作用力要满足：等

7、大、反向、共线、同时、同性、作等大、反向、共线、同时、同性、作用在不同物体上。用在不同物体上。第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律二、牛顿定律成立的条件二、牛顿定律成立的条件1 1）宏观系统：）宏观系统：宏观和微观界限：运动空间尺寸宏观和微观界限：运动空间尺寸原子尺寸（原子尺寸（1010m）2 2）低速：）低速：vc（3x108m/s）3 3）惯性参照系：凡是牛顿定律适用的参照系，相对于惯）惯性参照系：凡是牛顿定律适用的参照系，相对于惯性系作匀速直线运动的，也称为惯性参照系。性系作匀速直线运动的，也称为惯性参照系。实践表明：实践表明：太阳等恒星是很好的惯性

8、系，地球可近似为惯太阳等恒星是很好的惯性系，地球可近似为惯性系。性系。第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律1.1.万有引力：任何两质点间都存在的相互吸引力万有引力：任何两质点间都存在的相互吸引力 忽略地球自转的影响，地球表面有重力：忽略地球自转的影响，地球表面有重力：则：则：三、万有引力三、万有引力 弹性力弹性力 摩擦力摩擦力 重力来源于地球对物体的引力，但只是地球引力的重力来源于地球对物体的引力，但只是地球引力的重力来源于地球对物体的引力，但只是地球引力的重力来源于地球对物体的引力，但只是地球引力的一部分（另一部分提供物体随地球转动的向心力一部分（另一部

9、分提供物体随地球转动的向心力一部分（另一部分提供物体随地球转动的向心力一部分（另一部分提供物体随地球转动的向心力)第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律1)1)正压力：正压力：F FN N2)2)拉力、张力：拉力、张力：F FT T3)3)弹簧的弹力：弹簧的弹力：2.2.弹性力：发生形变的物体，由于要恢复原状而对弹性力：发生形变的物体，由于要恢复原状而对与它接触的物体的作用力与它接触的物体的作用力3 3 3 3摩摩摩摩擦擦擦擦力力力力：两两两两物物物物体体体体有有有有相相相相对对对对运运运运动动动动或或或或相相相相对对对对运运运运动动动动趋趋趋趋势势势势，在

10、接触面产生的阻碍相对运动的力在接触面产生的阻碍相对运动的力在接触面产生的阻碍相对运动的力在接触面产生的阻碍相对运动的力1 1滑动摩擦力：滑动摩擦力：2 2最大静摩擦力：最大静摩擦力：第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律四种基本的力四种基本的力四种基本的力四种基本的力 宏观世界里除了重力来源于万有引力外，其它的宏观世界里除了重力来源于万有引力外，其它的宏观世界里除了重力来源于万有引力外，其它的宏观世界里除了重力来源于万有引力外，其它的力几乎都源于电磁力力几乎都源于电磁力力几乎都源于电磁力力几乎都源于电磁力 第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛

11、顿运动定律牛顿运动定律1.1.1.1.牛顿第二定律的数学表达式牛顿第二定律的数学表达式牛顿第二定律的数学表达式牛顿第二定律的数学表达式 矢量式：矢量式：矢量式：矢量式：分量式：分量式：分量式：分量式：四、牛顿定律的应用四、牛顿定律的应用第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律2.2.2.2.用牛顿第二定律解质点动力学问题用牛顿第二定律解质点动力学问题用牛顿第二定律解质点动力学问题用牛顿第二定律解质点动力学问题1)1)1)1)已知运动，求受力：求导过程已知运动，求受力：求导过程已知运动，求受力：求导过程已知运动，求受力：求导过程 2)2)2)2)已知受力，求运动

12、：积分过程已知受力，求运动：积分过程已知受力，求运动：积分过程已知受力，求运动：积分过程 第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律四、牛顿定律的应用举例四、牛顿定律的应用举例1 1）依题意确定研究对象，）依题意确定研究对象，选取坐标系选取坐标系；2 2）对研究对象进行受力分析，隔离物体、画出受力对研究对象进行受力分析，隔离物体、画出受力图图；4 4）分析讨论结果分析讨论结果。3 3）列矢量式，列出分量式；列矢量式，列出分量式；x,y方向方向 n,方向方向 第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律解解 以地面为参考系以地面为参考

13、系画受力图、选取坐标如图画受力图、选取坐标如图 （1 1）如图所示滑轮和绳子的质量均如图所示滑轮和绳子的质量均不计，滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与不计，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.例例例例1 1第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律例例例例2(1-24).2(1-24).2(1-24).2(1-24).在顶角为在顶角为在顶角为在顶角为2 2 的圆锥顶上系一劲度系数为的圆锥顶上系一劲度系数为的圆锥顶上系一劲度系数为的圆锥顶上系一劲度系数为k k

14、，原长为原长为原长为原长为x x0 0的轻弹簧，今在弹簧的另一端挂一质量为的轻弹簧，今在弹簧的另一端挂一质量为的轻弹簧，今在弹簧的另一端挂一质量为的轻弹簧，今在弹簧的另一端挂一质量为mm的物体，使其在光滑的斜锥面上绕圆锥轴线运动的物体，使其在光滑的斜锥面上绕圆锥轴线运动的物体，使其在光滑的斜锥面上绕圆锥轴线运动的物体，使其在光滑的斜锥面上绕圆锥轴线运动,如如如如图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方程图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方程图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方程图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方程,并求出并求出并求出并求出使物体使物体使物体使物体mm离开圆锥面时的最离开圆

15、锥面时的最离开圆锥面时的最离开圆锥面时的最小角速度和弹簧长度；小角速度和弹簧长度；小角速度和弹簧长度；小角速度和弹簧长度；列出矢量式：列出矢量式：解：以物体为研究对象，分析受力解：以物体为研究对象，分析受力例例例例2.2.2.2.在顶角为在顶角为在顶角为在顶角为 的圆锥顶上系一劲度系数为的圆锥顶上系一劲度系数为的圆锥顶上系一劲度系数为的圆锥顶上系一劲度系数为k k k k，原长为原长为原长为原长为 的轻弹的轻弹的轻弹的轻弹簧，今在弹簧的另一端挂一质量为簧，今在弹簧的另一端挂一质量为簧，今在弹簧的另一端挂一质量为簧，今在弹簧的另一端挂一质量为M M M M的物体，使其在光滑的斜锥面的物体，使其在

16、光滑的斜锥面的物体，使其在光滑的斜锥面的物体，使其在光滑的斜锥面上绕圆锥轴线运动上绕圆锥轴线运动上绕圆锥轴线运动上绕圆锥轴线运动,如图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方如图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方如图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方如图。请用图中所给的坐标系列出牛顿运动方程程程程,并求出使物体并求出使物体并求出使物体并求出使物体M M M M离开圆锥面时的最小角速度和弹簧长度；离开圆锥面时的最小角速度和弹簧长度；离开圆锥面时的最小角速度和弹簧长度；离开圆锥面时的最小角速度和弹簧长度；解：解：解：解：(1)(1)(1)(1)方程：方程：方程：方程：(2)(2)(2)(2)脱离圆

17、锥面：脱离圆锥面：脱离圆锥面：脱离圆锥面：N N=0=0，代入方程并解之得：代入方程并解之得：代入方程并解之得：代入方程并解之得：第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律动力学6x x y yO O第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律例例例例4(1-22)4(1-22)4(1-22)4(1-22)一一一一质质质质量量量量均均均均布布布布的的的的链链链链条条条条，总总总总长长长长

18、为为为为L L，放放放放在在在在光光光光滑滑滑滑的的的的台台台台面面面面上上上上，其其其其中中中中有有有有长长长长度度度度为为为为b b的的的的一一一一部部部部分分分分垂垂垂垂在在在在台台台台外外外外，如如如如图图图图。松松松松手手手手后后后后使使使使它它它它由由由由静静静静止止止止下下下下落落落落。求求求求链链链链条条条条刚刚刚刚好好好好全全全全部部部部离离离离开开开开台台台台面面面面时时时时速度的大小；速度的大小；速度的大小；速度的大小；解：以链条为研究对象，建立如图所示坐标系，分解：以链条为研究对象，建立如图所示坐标系，分析受力。析受力。GTT第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1

19、 5 牛顿运动定律牛顿运动定律例例例例4(1-22)4(1-22)4(1-22)4(1-22)一一一一质质质质量量量量均均均均布布布布的的的的链链链链条条条条，总总总总长长长长为为为为L L，放放放放在在在在光光光光滑滑滑滑的的的的台台台台面面面面上上上上，其其其其中中中中有有有有长长长长度度度度为为为为b b的的的的一一一一部部部部分分分分垂垂垂垂在在在在台台台台外外外外，如如如如图图图图。松松松松手手手手后后后后使使使使它它它它由由由由静静静静止止止止下下下下落落落落。求求求求链链链链条条条条刚刚刚刚好好好好全全全全部部部部离离离离开开开开台面时速度的大小；台面时速度的大小；台面时速度的大

20、小；台面时速度的大小；若桌面不光滑，结果如何？若桌面不光滑，结果如何？GTTf作业作业 ：练习三练习三第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律SISI制制：基本单位：基本单位：米、千克、秒、安培米、千克、秒、安培 M.T.I.L 导出单位：导出单位：通过物理定理等导出的单位通过物理定理等导出的单位如米如米/秒、牛顿、秒、牛顿、m.Kg.S.A.1 1、国际单位制、国际单位制1-6 1-6 力学的单位制和量纲力学的单位制和量纲第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律2 2、量纲：、量纲：表示导出单位是由哪些基本单位组成的式子。表

21、示导出单位是由哪些基本单位组成的式子。量纲通常是用方括号表示，如：量纲通常是用方括号表示，如：a=长度长度/时间时间2 2=L T-2 p=质量质量 速度速度=M LT-1 v=长度长度/时间时间=L T-1基本量量纲：基本量量纲：长度长度 L 质量质量 M 时间时间 T 第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律3 3、量纲的用途：、量纲的用途：M LT-1=MLT-1一个等式相等应满足一个等式相等应满足：量纲相同量纲相同 、数值相等、量性相同、数值相等、量性相同1 1）检验公式检验公式2)2)确定比例系数量纲：确定比例系数量纲：单位：单位：m3/kg.s2第

22、一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律例例1 1：如图所示，一根均质：如图所示，一根均质柔柔绳，单位长度的质量为绳，单位长度的质量为，盘绕在一张光滑的水平桌子上。盘绕在一张光滑的水平桌子上。、设在、设在t=0t=0时时 y=0,v=0y=0,v=0，今以恒定的加速度，今以恒定的加速度a a竖直向竖直向上提绳。当提起的高度为上提绳。当提起的高度为y y时时,作用在绳端的力为多少？作用在绳端的力为多少？、以一恒定的速率、以一恒定的速率v 竖直向上提竖直向上提绳子时，当提起高度为绳子时，当提起高度为y y时作用在时作用在绳端的力又是多少？绳端的力又是多少？F FF

23、F 、以恒力、以恒力F F竖直向上提，当提竖直向上提，当提起高度为起高度为y y时绳端的速度又是多时绳端的速度又是多少？少？Y YO O第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律FFYO已知：已知：t=0t=0时，时，y=0y=0求求h=h=y y时时,求求高度高度y y时时,求求高度高度y y时时,解：以链条整体作为研究对象，解：以链条整体作为研究对象，以地面为参照系建立坐标以地面为参照系建立坐标OYOYym1 gm2 gN分析：因力等于动量的变化分析：因力等于动量的变化链条动量的变化只是被拉起来的的部分，在桌面链条动量的变化只是被拉起来的的部分，在桌面上的部

24、分动量总是为零。故有：上的部分动量总是为零。故有：(N(N与与m m1 1g g 抵消抵消)第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律FFYO已知：已知：t=0时，时，y=0求求y=h时时,hm1 gm2 gN讨论：讨论：第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律FFYOhm1 gm2 gN讨论：讨论：第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律FFYOhm1 gm2 gN 同同第一章第一章 质点运动学质点运动学1 5 1 5 牛顿运动定律牛顿运动定律F FY YO Oh hm m1 1 g gN N 两边积分：两边积分：代入初始条件：代入初始条件：t=0t=0时，时，y=0y=0得得C=0C=0