第02章牛顿定律精.ppt
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1、第第02章牛顿定律章牛顿定律浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院第1页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院2-1 牛顿定律牛顿定律第2页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院杰出的英国物理学家，经典物理杰出的英国物理学家，经典物理学的奠基人学的奠基人他的不朽巨著自然他的不朽巨著自然哲学的数学原理总结了前人和自哲学的数学原理总结了前人和自己关于力学以及微积分学方面的研己关于力学以及微积分学方面的研究成果，其中含有三条牛顿运动定究成果，其中含有三条牛顿运动定律和万有引
2、力定律律和万有引力定律,以及质量、动以及质量、动量、力和加速度等概念在光学方量、力和加速度等概念在光学方面，他说明了色散的起因，发现了面，他说明了色散的起因，发现了色差及牛顿环，他还提出了光的微色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说粒说牛顿牛顿 Issac Newton （16431727）第3页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院任何物体都要保持其静止或匀速直线运动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状态，直到外力迫使它改变运动状态为止.一牛顿第一定律一牛顿第一定律惯性和力的概念惯性和力的概念时，时，恒矢量恒矢
3、量 如如物体在一参考系中不受其它物体作用，物体在一参考系中不受其它物体作用，而保持静止或匀速直线运动，这个参考系就称而保持静止或匀速直线运动，这个参考系就称为为惯性参考系惯性参考系第4页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院二牛顿第二定律二牛顿第二定律 动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力体的合外力当当 时，时，为为常量，常量，合外力合外力第5页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院即即
4、第6页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院注：注：为为A处曲线的处曲线的曲率半径曲率半径自然坐标系中自然坐标系中A第7页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院(1)瞬时瞬时关系关系(2)牛顿定律只适用于牛顿定律只适用于质点质点注注意意(3)力的叠加原理力的叠加原理第8页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院 两个物体之间作用力两个物体之间作用力 和反作用力和反作用力 ，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两
5、个物体上用在两个物体上（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第9页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院地球地球例例 分析物体间的相互作用力分析物体间的相互作用力第10页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院作用力与反作用力特点：作用力与反作用力特点：(1)大小相等、方向相反，分别作用在大小相等、方向相反，分别作用在不同物体上，不同物体上，同时存在、同时消失同时存在、同时消失，它们，它们不能相互抵消不能相互抵消 (2)是同一性质的力是同一性质的力注意注意第11页，
6、本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院四四 力学相对性原理力学相对性原理 为常量为常量第12页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院 对于对于不同不同惯性系，牛顿力学的规律都具惯性系，牛顿力学的规律都具有有相同相同的形式，与惯性系的运动无关的形式，与惯性系的运动无关 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的一切参考系都是惯性系参考系都是惯性系伽利略相对性原理伽利略相对性原理注意注意第13页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院2-
7、2 物理量的单位和量纲物理量的单位和量纲第14页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院力学的力学的基本单位基本单位 1984年年2月月27日，我国国务院颁布实行以日，我国国务院颁布实行以国际单位制国际单位制（SISI）为基础的法定单位制为基础的法定单位制物理量长度质量时间单位名称米千克秒符号mkgs一单位制一单位制国际单位制规定了国际单位制规定了七个基本单位七个基本单位 基本物理量：长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度基本物理量：长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量、发光强度 单位名称：米、单位名称：米、千克、千克、秒、
8、安培、秒、安培、开尔文、开尔文、摩尔、摩尔、坎德拉坎德拉 符号：符号：m kg s A K mol cd 量纲符号：量纲符号：L、M、T、I、Q、N J第15页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院 1 m是光在真空中是光在真空中(1/299 792 458)s时间间隔时间间隔内内所经路径的长度所经路径的长度 1s是铯的一种同位素是铯的一种同位素133 Cs原子发出的一个原子发出的一个特征频率光波周期的特征频率光波周期的9 192 631 770倍倍 “千克标准原器千克标准原器”是用铂铱合金制造的一是用铂铱合金制造的一个金属圆柱体，保存在巴黎度量
9、衡局中个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中其它力学物理量都是其它力学物理量都是导出量导出量力学还有力学还有辅助量：辅助量：弧度弧度 rad第16页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院实际过程的时间实际过程的时间宇宙年龄宇宙年龄 约约 (140亿年亿年)地球公转周期地球公转周期 人脉搏周期人脉搏周期 约约最短粒子寿命最短粒子寿命第17页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院实际长度实际长度实际质量实际质量可观察宇宙半径可观察宇宙半径宇宙宇宙地球半径地球半径太阳太阳说话声波波长说话声波波长地球地球可见光
10、波波长可见光波波长宇宙飞船宇宙飞船原子半径原子半径最小病毒最小病毒质子半径质子半径电子电子夸克半径夸克半径光子光子（静）（静）第18页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院速率速率导出量导出量力力功功第19页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院 表示一个物理量如何由基本量的组合所形表示一个物理量如何由基本量的组合所形成的式子成的式子某一物理量某一物理量 的量纲的量纲二量纲二量纲如：速度的量纲是如：速度的量纲是角速度的量纲是角速度的量纲是力的量纲是力的量纲是第20页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师
11、范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院量纲作用量纲作用 (1)用于单位换算用于单位换算 (3)从量纲分析中定出方程中比例系数从量纲分析中定出方程中比例系数的量纲和单位的量纲和单位 (2)用于检验公式的正误用于检验公式的正误如：如：第21页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院2-3 几种常见的力几种常见的力第22页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院一万有引力一万有引力引力常数引力常数m1 m2r 重力重力地表附近地表附近第23页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数
12、数 理理 信信 息息 学学 院院 四种相互作用的力程和强度的比较四种相互作用的力程和强度的比较表中表中强度是强度是以两质子间相距为以两质子间相距为 时的相互时的相互作用强度为作用强度为1给出的给出的种种 类类相互作用粒子相互作用粒子强度强度力程力程/m引力作用引力作用所有粒子、质点所有粒子、质点弱相互作用弱相互作用带电粒子带电粒子电磁作用电磁作用核子、介子等强子核子、介子等强子强相互作用强相互作用强子等大多数粒子强子等大多数粒子第24页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院温伯格温伯格萨拉姆萨拉姆格拉肖格拉肖弱相互作用弱相互作用电磁相互作用电磁相
13、互作用电弱相互电弱相互作用理论作用理论三人于三人于19791979年荣获诺贝尔物理学奖年荣获诺贝尔物理学奖鲁比亚鲁比亚,范德米尔实验证明电弱相互作用，范德米尔实验证明电弱相互作用，19841984年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖电弱相互作用电弱相互作用强相互作用强相互作用万有引力作用万有引力作用“大统一大统一”（尚待实现）（尚待实现）第25页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院二弹性力二弹性力 常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性力等力等弹簧弹性力弹簧弹性力胡克定律胡克定律由物体形变而产生的由物体形变而产生的第26页
14、，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院例例1质量为质量为 、长为、长为 的柔软细绳，一的柔软细绳，一端系着放在光滑桌面上质量为端系着放在光滑桌面上质量为 的物体，的物体，在绳的另一端加力在绳的另一端加力 设绳的长度不变，质设绳的长度不变，质量分布是均匀的求：量分布是均匀的求：(1)绳作用在物体上的力；绳作用在物体上的力；(2)绳上任意点的张力绳上任意点的张力第27页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院解解 想在点想在点 将绳将绳分为两段，分为两段，其间张力其间张力和和 大小相等大小相等,方向相方向
15、相反反(1)由由得得第28页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院（2）Ox第29页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院第30页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院三摩擦力三摩擦力 摩擦有干摩擦和湿摩擦两种。干摩擦是固体表面之摩擦有干摩擦和湿摩擦两种。干摩擦是固体表面之间的摩擦，又叫外摩擦；湿摩擦是液体内部或液体和固间的摩擦，又叫外摩擦；湿摩擦是液体内部或液体和固体的摩擦，又叫内摩擦。此外干摩擦又分静摩擦和滑动体的摩擦，又叫内摩擦。此外干摩擦又分静
16、摩擦和滑动摩擦、滚动摩擦。现在我们只介绍静摩擦和滑动摩擦。摩擦、滚动摩擦。现在我们只介绍静摩擦和滑动摩擦。在相互挤压的物体的接触面间有相对滑动趋势但还在相互挤压的物体的接触面间有相对滑动趋势但还没有发生相对滑动的时候，接触面间便出现阻碍发生相对没有发生相对滑动的时候，接触面间便出现阻碍发生相对滑动的力，这个力就叫滑动的力，这个力就叫静摩擦力静摩擦力（static friction）。第31页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院 F ,F ,但但 不能无限制增加，不能无限制增加，当物体从静到动的临界状态时，当物体从静到动的临界状态时，达到最大值达
17、到最大值,用用 表示，实验表明：表示，实验表明：coefficient of static frictionFN第32页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院注：注：具体问题中，静摩擦力的取值，要根据物体受具体问题中，静摩擦力的取值，要根据物体受力和运动情况而定。力和运动情况而定。的方向是和的方向是和相对运动趋势相对运动趋势方向相反，而不方向相反，而不是和物体自己运动方向相反。是和物体自己运动方向相反。当外力超过最大静摩擦力时，物体之间出现相当外力超过最大静摩擦力时，物体之间出现相对滑动，这时的摩擦力称为滑动摩擦力（对滑动，这时的摩擦力称为滑动摩
18、擦力（sliding sliding friction forcefriction force）。滑动摩擦力的方向总是和物）。滑动摩擦力的方向总是和物体相对运动的方向相反。实验表明：体相对运动的方向相反。实验表明：第33页，本讲稿共76页浙浙 江江 师师 范范 大大 学学 数数 理理 信信 息息 学学 院院 coefficient of sliding frictionO与相对速度的关系 关于物体在流体（气体和液体）中的运动问题。一般而言，若关于物体在流体（气体和液体）中的运动问题。一般而言，若流体的粘性较大、运动物体较小、速度较慢的情况下，阻力正比于流体的粘性较大、运动物体较小、速度较慢的情
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