大学物理牛顿运动定律课件讲义.ppt
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1、经典物理大师牛顿经典物理大师牛顿(16431727)我不知道在别人看来,我不知道在别人看来,我是什么样的人;但在我自我是什么样的人;但在我自己看来,我不过就象是一个己看来,我不过就象是一个在海滨玩耍的小孩,为不时在海滨玩耍的小孩,为不时发现比寻常更为光滑的一块发现比寻常更为光滑的一块卵石或比寻常更为美丽的一卵石或比寻常更为美丽的一片贝壳沾沾自喜,而对于展片贝壳沾沾自喜,而对于展现在我面前的浩瀚的真理海现在我面前的浩瀚的真理海洋,却全然没有发现。洋,却全然没有发现。牛顿牛顿2.1 牛顿运动定律牛顿运动定律 质点所受的合力为零,该质点就保持静止或者匀质点所受的合力为零,该质点就保持静止或者匀速直线
2、运动状态不变。速直线运动状态不变。2.肯定了肯定了力力的存在,并说明力是的存在,并说明力是改变改变物体运动状态物体运动状态的原因,不是维持运动的原因。的原因,不是维持运动的原因。1.反映了任何物体都具有反映了任何物体都具有惯性惯性(维持原运动状态的属(维持原运动状态的属性)性)这一固有属性。所以牛顿第一定律又称为这一固有属性。所以牛顿第一定律又称为惯性惯性定律定律。“自由粒子自由粒子”总保持静止或匀速直线运动状态。总保持静止或匀速直线运动状态。任何质点都要保持其静止或匀速直线运动的状任何质点都要保持其静止或匀速直线运动的状态,直到外力迫使它改变这种状态为止。态,直到外力迫使它改变这种状态为止。
3、一、牛顿第一定律(一、牛顿第一定律(惯性定律)惯性定律)(Newtons First Law)重要概念重要概念 2)惯性系)惯性系 惯性定律在其中严格成立的参考惯性定律在其中严格成立的参考系叫惯性参考系,简称惯性系系叫惯性参考系,简称惯性系 1)惯性)惯性 维持原运动状态的属性维持原运动状态的属性目前惯性系的认识情况是目前惯性系的认识情况是(1 1)FK4FK4系系:以以15351535颗颗恒恒星星平平均均静静止止位位形形作作为为基准基准最好的惯性系。最好的惯性系。(2 2)太太阳阳系系:太太阳阳中中心心为为原原点点,坐坐标标轴轴指指向向恒恒星星绕银河中心的向心加速度绕银河中心的向心加速度1.
4、81.8 1010-10-10m/s2。稍好点的惯性系稍好点的惯性系(3 3)地地心心系系:地地心心为为原原点点,坐坐标标轴轴指指向向恒恒星星绕太阳的向心加速度绕太阳的向心加速度6 6 1010-3-3m/s2。(4 4)地地面面系系(实实验验室室系系):坐坐标标轴轴固固定定在在地地面上面上赤道处自转向心加速度赤道处自转向心加速度3.43.4 1010-2-2m/s2一般工程上可用的惯性系:一般工程上可用的惯性系:二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律 (Newtons Second Law)动量为动量为 的质点,在合外力的作用下,其动量的质点,在合外力的作用下,其动量随时间的变化率等于作用于物体的
5、合外力。随时间的变化率等于作用于物体的合外力。当当 时,时,为为常量,常量,则则牛二律表明:牛二律表明:力是力是一个物体对另一个物体的一个物体对另一个物体的作用作用,这种作用迫使物体改变其运动状态,即产生这种作用迫使物体改变其运动状态,即产生加速度加速度。定义质点的定义质点的动量动量:表达式:表达式:或:或:牛二牛二定义了物体的定义了物体的“惯性质量惯性质量”(m:惯性大小的度量惯性大小的度量)1.牛顿定律的研究对象是单个物体,即牛顿定律的研究对象是单个物体,即质点质点。应用牛顿第二定律应注意:应用牛顿第二定律应注意:2.合外力与加速度的关系合外力与加速度的关系 ,是,是瞬时瞬时关系,关系,4
6、.4.此式为此式为矢量关系矢量关系,通常要用分量式:通常要用分量式:3.是是合力合力。力的力的叠加叠加原理:原理:三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律(Newtons Third Law)地球地球1.作用力与反作用力总是作用力与反作用力总是成对出现成对出现。2.力的力的性质(类型)相同性质(类型)相同。3.分别分别作用于作用于两个两个物体,不能抵消。物体,不能抵消。4.注意区别于一对注意区别于一对平衡力平衡力。作用力与反作用力总是大小相等、作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,作用在同一条直线上。方向相反,作用在同一条直线上。四、惯性参考系(惯性系)四、惯性参考系(惯性系)惯惯性性定定律律(牛牛
7、顿顿第第一一定定律律)在在其其中中严严格格成立的参考系叫惯性系,成立的参考系叫惯性系,否则为非惯性否则为非惯性系。系。相对惯性系作匀速运动的参考系也是惯性系。相对惯性系作匀速运动的参考系也是惯性系。哪些参考系是惯性系呢哪些参考系是惯性系呢?只能靠实验来确定。只能靠实验来确定。牛顿第一、二定律牛顿第一、二定律只在惯性系中成立只在惯性系中成立。马赫曾经指出:马赫曾经指出:“所谓惯性系,其实是相对整所谓惯性系,其实是相对整个宇宙的平均速度为零的参考系个宇宙的平均速度为零的参考系”。五、五、SI单位和量纲单位和量纲SI单位单位力学基本量(单位)力学基本量(单位):长度长度(m),质量质量(kg),时间
8、时间(s)SI(System International)国际单位制国际单位制1960年第年第11届国际计量大会通过届国际计量大会通过导出量(单位)导出量(单位):速度速度(m/s),加速度加速度(m/s2),力力(N)等等量纲量纲将一个物理量用若干基本量的幂次组合的式子,称为将一个物理量用若干基本量的幂次组合的式子,称为该物理量的量纲该物理量的量纲.导出单位导出单位是基本单位的组合。是基本单位的组合。e.g.v=LT-1a=LT-2F=MLT-2 量纲分析量纲分析利用量纲来检验文字结果正利用量纲来检验文字结果正 确性的方法确性的方法.F=MLT-2e.g.MV2=ML2T-2基本量以基本量以
9、 T、L和和M表表示示导出量可用导出量可用T、L和和M的的幂次组合表示幂次组合表示 量纲应用量纲应用检验等式检验等式-一个等式中各项的量纲均应相同。一个等式中各项的量纲均应相同。例如例如正确与否?正确与否?各项量纲均为各项量纲均为 L正确正确 万有引力、弹性力、摩擦力万有引力、弹性力、摩擦力一、万有引力一、万有引力(universal gravitation)重力重力用矢量矢量形式表示2.2 力学中常见的几种力力学中常见的几种力重力加速度重力加速度矢量式矢量式重力加速度和质量无关重力加速度和质量无关比比萨萨斜斜塔塔r 讨论:讨论:v万有引力公式只适用于两万有引力公式只适用于两质点。质点。v一般
10、物体万有引力很小,一般物体万有引力很小,但在天体运动中却起支配但在天体运动中却起支配作用。作用。二、弹性力二、弹性力(elastic force)常见的有:弹簧的弹力、绳索间的张力、压力、支常见的有:弹簧的弹力、绳索间的张力、压力、支撑力等。撑力等。物体发生弹性变形后,内部产生欲恢复形变的力。物体发生弹性变形后,内部产生欲恢复形变的力。弹簧的弹性力:弹簧的弹性力:x 表示弹簧的形变量,负号表示弹簧作用于物体表示弹簧的形变量,负号表示弹簧作用于物体的弹性力总是要使物体回复至平衡位置,通常叫做的弹性力总是要使物体回复至平衡位置,通常叫做弹性回复力。弹性回复力。FF 张力张力 :支撑力支撑力(正压力
11、正压力):垂直于接触面,指向受力物体。垂直于接触面,指向受力物体。轻绳轻绳中各处张力的中各处张力的大小相等,且大小相等,且 T=F=F方向沿绳长。方向沿绳长。拉紧的绳中任一截面两侧拉紧的绳中任一截面两侧的两部分之间的相互作用的两部分之间的相互作用力称为该截面处的张力。力称为该截面处的张力。2.2.滑动摩擦力:滑动摩擦力:当物体相对于接触面当物体相对于接触面滑动时,所受的接触面对它的阻力。滑动时,所受的接触面对它的阻力。其方向与滑动方向相反。其方向与滑动方向相反。为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数1.静摩擦力静摩擦力:当物体与接触面有相对滑动趋势时,所受当物体与接触面有相对滑动趋势时,所受 接触面对它
12、的阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。接触面对它的阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。注意:注意:静摩擦力的大小随外力的变化而变化。静摩擦力的大小随外力的变化而变化。最大静摩擦力:最大静摩擦力:0为静摩擦系数为静摩擦系数万有引力万有引力是是非接触力非接触力,其大小只随两物体距离而变;弹,其大小只随两物体距离而变;弹性力和摩擦力均属性力和摩擦力均属接触力接触力,其大小随物体运动状态而变,其大小随物体运动状态而变。三、摩擦力:三、摩擦力:阻止阻止两个相互接触的物体两个相互接触的物体相对运动相对运动或或相相对运动趋势对运动趋势的力。方向沿两物体的接触面。的力。方向沿两物体的接触面。力的种类力的种类力
13、的相对强度力的相对强度大多数基本粒子间大多数基本粒子间万有引力万有引力 弱力弱力 电磁力电磁力 强力强力作用对象作用对象一切物体间一切物体间核子、介子等强子核子、介子等强子 一切带电粒子间一切带电粒子间 无限无限(长程力)长程力)力力 程程一、四一、四 种种 基基 本自然本自然 力力*2.3 基本自然力基本自然力 无限无限(长程力)长程力)(短程力)(短程力)(短程力)(短程力)(最弱)(最弱)近代科学证明:自然界中只存在四种基本近代科学证明:自然界中只存在四种基本力。力。每种力特征包括:作用对象;强度;力程。每种力特征包括:作用对象;强度;力程。二、关于力的统一二、关于力的统一“统一统一”:
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