牛顿定律及惯性系(改好).ppt

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1、第二章第二章 质点动力学质点动力学本次课要讲授的内容本次课要讲授的内容2-1 2-1 牛顿运动定律牛顿运动定律 2-2 2-2 惯性系与非惯性系惯性系与非惯性系 惯性力惯性力 三、三、牛顿运动定律的应用牛顿运动定律的应用一、一、牛顿运动定律及其适用条件牛顿运动定律及其适用条件二、二、几种常见力几种常见力牛顿牛顿简介简介一、一、惯性系惯性系二、二、非惯性系与惯性力非惯性系与惯性力 小结小结 1牛顿第一运动定律牛顿第一运动定律 一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定律及其适用条件2牛顿第二运动定律牛顿第二运动定律 3牛顿第三运动定律牛顿第三运动定律 5.牛顿定律的适用条件牛顿定律的适用条件4.

2、牛顿三定律的关系牛顿三定律的关系1牛顿第一定律牛顿第一定律（1 1）惯性）惯性（2）力）力 几点说明：几点说明：力不是维持速度的原因，而是改变速度的原因。力不是维持速度的原因，而是改变速度的原因。（3）惯性系）惯性系 牛顿第一定律还定义了牛顿第一定律还定义了惯性系惯性系。在这种参考系中观察，一个不受力或处于受力平衡状态在这种参考系中观察，一个不受力或处于受力平衡状态下的物体，将保持其静止或匀速直线运动的状态不变。下的物体，将保持其静止或匀速直线运动的状态不变。有关惯性参考系的详细讨论后面还要讲到。有关惯性参考系的详细讨论后面还要讲到。一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定律及其适用条件惯性

3、演惯性演示实验示实验当锤子敲击在一个大铁块上时，当锤子敲击在一个大铁块上时，铁块下的手不会感到有强烈的铁块下的手不会感到有强烈的冲击；而当用一块木头取代铁冲击；而当用一块木头取代铁块时，木块下的手会感到明显块时，木块下的手会感到明显的撞击。的撞击。2牛顿第二定律牛顿第二定律(1)(1)定量地研究了力的效果定量地研究了力的效果（2 2）定量地量度了惯性）定量地量度了惯性几点说明：几点说明：F一定一定(3)(3)瞬时性的理解瞬时性的理解一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定律及其适用条件m一定一定惯性质量惯性质量(4)(4)矢量性的理解矢量性的理解直角坐标系中直角坐标系中(5)(5)叠加原理叠

4、加原理一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定律及其适用条件自然坐标系中自然坐标系中(6)(6)微分形式微分形式 在在牛牛顿顿自自然然哲哲学学的的数数学学原原理理中中牛牛顿顿第第二二定定律律的的原原文文意意思思是是：运运动动的的变变化化与与所所加加的的动动力力成成正正比比，并并且发生在这力所沿直线的方向上且发生在这力所沿直线的方向上。这里的这里的“运动运动”指指牛顿第二定律实质上是：牛顿第二定律实质上是：或或 牛牛顿顿第第二二定定律律的的微微分分形形式式是是基基本本的的普普遍遍形形式式，适适用用于于高高速运动情况与变质量问题。速运动情况与变质量问题。一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定

5、律及其适用条件当当 时，时，为常量为常量3牛顿第三定律牛顿第三定律（1）作用力作用力和反作用力同和反作用力同时产生，同时时产生，同时消失，没有先消失，没有先后、主从之分。后、主从之分。（2）作用力和作用力和反作用力是性反作用力是性质相同的力质相同的力,分分别作用在两个别作用在两个物体上。物体上。几点说明：几点说明：（3）第三定第三定律是关于质点律是关于质点受力或施力的受力或施力的规律，而不涉规律，而不涉及质点的运动及质点的运动情况。情况。一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定律及其适用条件 The two elephants exert action and reaction forces

6、 on each other.胜负的关键在于胜负的关键在于5.牛顿定律的适用条件总结如下：牛顿定律的适用条件总结如下：三定律是一个整体；三定律是一个整体；牛一律指出牛顿定律只能在惯性系中应用，适用于质牛一律指出牛顿定律只能在惯性系中应用，适用于质点模型；点模型；牛二律指出力与物体运动变化之间的数学关系式；牛二律指出力与物体运动变化之间的数学关系式；牛三律指出了力的相互作用关系，为正确分析物体受牛三律指出了力的相互作用关系，为正确分析物体受力提供了依据。力提供了依据。2.2.质点质点3.3.低速运动低速运动4.4.宏观物体宏观物体一、牛顿运动定律及其适用条件一、牛顿运动定律及其适用条件4.牛顿三

7、定律的关系：牛顿三定律的关系：1.1.惯性系惯性系二、几种常见力二、几种常见力1.万有引力和重力万有引力和重力 2.弹力弹力3.摩擦力摩擦力4.粘力粘力1.万有引力和重力万有引力和重力（1）万有引力万有引力 北极南极o oo o P P（2）重力重力 忽略地球自忽略地球自转及其它因素转及其它因素二、几种常见力二、几种常见力 重力不是地球对物体的万有引重力不是地球对物体的万有引力，而是引力沿竖直方向的一个分力，而是引力沿竖直方向的一个分力。地球引力的另一个分力提供自力。地球引力的另一个分力提供自转向心力。转向心力。重力是地球重力是地球对物体的万对物体的万有引力吗？有引力吗？2.弹力弹力 （1）正

8、压力；正压力；物体间接触，物体发生形变。物体间接触，物体发生形变。始终与使物体发生形变的外力始终与使物体发生形变的外力方向相反。方向相反。三种表现形式三种表现形式（2）绳的张绳的张力，当绳子质力，当绳子质量忽略时，各量忽略时，各点张力等于外点张力等于外力；力；（3）弹簧的弹弹簧的弹力力,在弹性限度在弹性限度内有胡克定律内有胡克定律x二、几种常见力二、几种常见力条条 件：件：方方 向向:3.摩擦力摩擦力 （1）最大静摩擦力最大静摩擦力条条 件：件：方方 向向:两个计算公式两个计算公式（2）滑动静摩擦力滑动静摩擦力二、几种常见力二、几种常见力表面接触挤压；相对运动或相对运动趋势表面接触挤压；相对运

9、动或相对运动趋势与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反4.粘力粘力 （1）速率不太大时速率不太大时 条条 件：件：方方 向向:（2）速率大时速率大时二、几种常见力二、几种常见力有相对运动有相对运动与相对运动方向相反与相对运动方向相反三、牛顿定律的应用三、牛顿定律的应用(1)(1)确定研究对象确定研究对象(2)(2)使用隔离法分析受力情况，作出受力图使用隔离法分析受力情况，作出受力图(3)(3)分析运动情况，判断加速度分析运动情况，判断加速度(4)(4)建立坐标系，根据牛顿第二运动定律列方程建立坐标系，根据牛顿第二运动定律列方程(5)(5)求解，进行讨论求解

10、，进行讨论解题步骤：解题步骤：两类力学问题：两类力学问题：已知力求运动已知力求运动已知运动求力已知运动求力三、牛顿定律的应用三、牛顿定律的应用例例1 1 电梯中的连接体电梯中的连接体例例2 2 小车上的摆锤小车上的摆锤例例3 3 圆锥摆圆锥摆2.2.变力作用下的单体问题变力作用下的单体问题例例4 4 小球小球在水中竖直沉降的速度在水中竖直沉降的速度例例5 5 细棒在水中的沉降速度细棒在水中的沉降速度1.1.常力作用下的连结体问题常力作用下的连结体问题m1 1m2 2m1 1m2 2三、牛顿定律的应用三、牛顿定律的应用解解：以以地地面面为为参参考考系系，物物体体A A和和B B为为研研究究对对象

11、象，分分别别进进行受力分析。行受力分析。oy物体在竖直方向运动，建立坐标系物体在竖直方向运动，建立坐标系oy例例1 设设电电梯梯中中有有一一质质量量可可以以忽忽略略的的滑滑轮轮，在在滑滑轮轮两两侧侧用用轻轻绳绳悬悬挂挂着着质质量量分分别别为为m1和和m2的的重重物物A和和B，已已知知m1m2。当当电电梯梯(1)匀匀速速上上升升，(2)匀匀加加速速上上升升时时，求求绳绳中中的的张张力力和和物体物体A相对于电梯的加速度。相对于电梯的加速度。分分析析三、牛顿定律的应用三、牛顿定律的应用(1)(1)电电梯梯匀匀速速上上升升，物物体体对对电电梯梯的的加加速速度度等等于于它它们们对对地地面面的的加加速速度

12、度，大大小小有有a1 a2 ar。A的的加加速速度度为为负负，B的的加速度为正，根据牛顿第二定律，对加速度为正，根据牛顿第二定律，对A和和B分别得到：分别得到：上两式消去上两式消去T，得到：，得到：将将ar r代入上面任一式代入上面任一式T，得到：，得到：m1 1m2 2oym1 1m2 2三、牛顿定律的应用三、牛顿定律的应用(2)(2)电电梯梯以以加加速速度度a上上升升时时，A对对地地的的加加速速度度a1a-ar，B对对地地的的加加速速度度为为a1a+ar，根根据据牛牛顿顿第第二二定定律律，对对A和和B分别得到：分别得到：解此方程组得到：解此方程组得到：讨论：讨论：(1)(1)由由(2)(2

13、)的结果，令的结果，令a=0，即得到，即得到(1)的结果的结果(2)(2)由由(2)(2)的结果，电梯加速下降时，的结果，电梯加速下降时，aGNG；加加速速下下降降时时，NGNG。前前一一种种情情况况叫叫做做“超超重重”，后后一一种种情情况况叫叫做做“失失重重”。尤尤其其在在电电梯梯以以重重力力加加速速度度下下降降时时，失失重重严严重重，磅磅秤秤上上的的读读数数将将为为0 0。二、非惯性系与惯性力二、非惯性系与惯性力二、非惯性系与惯性力二、非惯性系与惯性力宇宙飞船中的失重宇宙飞船中的失重二、非惯性系与惯性力二、非惯性系与惯性力你你如如何何理理解解重重力力?重重力力就就是是物物体体所所受受的的地

14、地球球的的引引力吗力吗?潮潮汐汐(tide)(tide)：日日涨涨为为潮潮，夜夜涨涨为为汐汐。试试结结合合太太阳阳引力与惯性力进行分析引力与惯性力进行分析.科里奥利力解释科里奥利力解释落体偏东落体偏东;河岸冲刷，铁轨磨损河岸冲刷，铁轨磨损(北半球右，南半球左北半球右，南半球左)大气环流大气环流赤道附近的信风赤道附近的信风(北半球东北，北半球东北，南半球东南南半球东南)问题分析见惯性力专题问题分析见惯性力专题!小结小结重重点点掌掌握握牛牛顿顿定定律律及及应应用用，会会熟熟练练进进行行受受力力分析、列方程求解问题。分析、列方程求解问题。理理解解惯惯性性系系和和非非惯惯性性系系的的物物理理意意义义，

15、会会用用惯惯性力处理非惯性系中质点动力学问题。性力处理非惯性系中质点动力学问题。知识扩展：惯性力专题知识扩展：惯性力专题墓志铭墓志铭（模仿（模仿创世纪创世纪）“Nature and Natures law lay hid in night,God said let Newton be and all was light”牛牛顿顿是是英英国国物物理理学学家家,经经典典物物理理学学的的奠奠基基人人 .他他对对力力学学、光光学学、热热学学、天天文文学学和和数数学学等等学学科科都都有有重重大大发发现现,其其代代表表作作自自然然哲哲学学的的数数学学原原理理是是力力学学的的经经典典著著作作.牛牛顿顿是是近

16、近代代自自然然科科学学奠奠基基时时期期具具有有集集前前人人之大成的贡献的伟大科学家之大成的贡献的伟大科学家 .“我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我不知道在别人看来，我是什么样的人；但在我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，我自己看来，我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩，为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为为不时发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳而沾沾自喜，对于展现在我面前浩瀚美丽的一片贝壳而沾沾自喜，对于展现在我面前浩瀚的真理的海洋，却全然没有发现。的真理的海洋，却全然没有发现。”“如果说我比笛卡儿看得远些，那是因为我如果说我比笛卡儿看得远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。站在巨人的肩膀上。”牛顿说：牛顿说：