華中科技大學(xué)大學(xué)物理牛頓定律.ppt

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1,伽利略速度變換式,相對(duì)運(yùn)動(dòng)問(wèn)題,甲：靜參考系乙：動(dòng)參考系丙：運(yùn)動(dòng)物體,,丙對(duì)甲：絕對(duì)速度丙對(duì)乙：相對(duì)速度乙對(duì)甲：牽連速度,2,解：,甲：靜參考系乙：動(dòng)參考系丙：運(yùn)動(dòng)物體,——地面,——A船,——B船,,,,,,求：,已知：、,,大小？方向？,3,例5、一人以速率50米/分向東前進(jìn)，覺得風(fēng)從正南方吹來(lái)，若將其速率增至75米/分，則覺是風(fēng)從正東南方向吹來(lái)，求風(fēng)速。,解：速度變換式,,,東,南,由題給條件：,,（人為動(dòng)系）,風(fēng)對(duì)地,風(fēng)對(duì)人,人對(duì)地,,,,4,,,,,,5,第二章牛頓運(yùn)動(dòng)定律,第1節(jié)牛頓運(yùn)動(dòng)定律,第一定律：“任何物體都保持靜止或沿一直線作勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，除非有力加于其上迫使它改變這種狀態(tài)?！?數(shù)學(xué)表達(dá)式：常量,反映力和運(yùn)動(dòng)的定性關(guān)系。,,闡明了兩個(gè)重要物理概念：慣性和力,第一定律又稱慣性定律。,,6,數(shù)學(xué)表達(dá)式：,第二定律：“運(yùn)動(dòng)的改變與所加的動(dòng)力成正比，并且發(fā)生在這力所沿直線的方向上?！?,,若，m=常數(shù)，則,反映力和運(yùn)動(dòng)的定量關(guān)系。,質(zhì)量是物體慣性大小的度量。,提供了科學(xué)地量度力的理論基礎(chǔ)。,關(guān)于慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量：,實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)同一物體，兩種質(zhì)量相等。如計(jì)算地面附近的重力加速度：,7,幾點(diǎn)注意：,1、只適用于質(zhì)點(diǎn)；,2、力與加速度是瞬時(shí)關(guān)系，它們同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)變化，同時(shí)消失，力是改變運(yùn)動(dòng)的原因，不是維持運(yùn)動(dòng)的原因。,3、物體同時(shí)受幾個(gè)力作用時(shí)：,,,力的疊加原理：（實(shí)驗(yàn)證明）幾個(gè)力的作用效果與它們矢量和的力的作用效果一樣：合力：,8,4、直角坐標(biāo)分量式：,5、平面曲線運(yùn)動(dòng)：取自然坐標(biāo)系,切向分量式：,法向分量式：,合外力的切向分力——切向力,合外力的法向分力——法向力,,,9,第三定律,“每一個(gè)作用總有一個(gè)相等的反作用與它對(duì)抗；或者說(shuō)，兩個(gè)物體之間的相互作用永遠(yuǎn)相等，并且指向?qū)Ψ?。?數(shù)學(xué)表達(dá)式：,說(shuō)明力具有物體間相互作用的性質(zhì)。,注意：,1、作用力與反作用力互以對(duì)方為存在條件，它們同時(shí)存在，同時(shí)消失；,2、作用力與反作用力是作用在不同物體上的同一性質(zhì)的力，其作用不能抵消。,牛頓三定律是一個(gè)整體，它們互相聯(lián)系，互相補(bǔ)充構(gòu)成了經(jīng)典力學(xué)的理論基礎(chǔ)。,,,10,慣性參考系,牛頓定律并非在一切參考系中都成立。,,,把牛頓運(yùn)動(dòng)定律成立的參考系稱為慣性參考系（慣性系），否則為非慣性參考系。,在應(yīng)用牛頓定律研究動(dòng)力學(xué)問(wèn)題時(shí)，參考系不能任意選擇，而應(yīng)選擇慣性參考系。,太陽(yáng)參考系是慣性系,凡是相對(duì)于慣性系作勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系是慣性系。相對(duì)于慣性系作變速運(yùn)動(dòng)的參考系不是慣性系。,地面參考系是足夠精確的慣性系。,11,第2節(jié)自然界的基本力,應(yīng)用牛頓定律解題時(shí)，應(yīng)對(duì)物體作受力分析。近代科學(xué)已經(jīng)證明，自然界中只存在四種基本力，其它力都可歸結(jié)為這四種力的不同表現(xiàn)。,1、萬(wàn)有引力,2、電磁力電磁力是帶電客體間的相互作用力。彈性力、摩擦力、分子力、浮力、流體壓力等本質(zhì)上都屬于電磁力。,3、強(qiáng)力存在于核子、介子和超子間的一種力。,,,4、弱力（弱相互作用）存在于許多粒子之間，但僅在某些反應(yīng)（如－衰變）中才顯得重要。,12,步驟大致如下：,一、認(rèn)物體，看運(yùn)動(dòng)?？辞孱}意，畫示意圖，確定研究對(duì)象，分析所認(rèn)定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。,二、查受力。仔細(xì)分析每個(gè)物體的受力情況，隔離物體，畫表示每個(gè)物體受力情況的示力圖。,三、列方程。選參考系，建坐標(biāo)系，按牛頓定律列方程（分量式）。分量的指向與坐標(biāo)軸方向相同者為正，相反者為負(fù)。未知矢量的分量暫以符號(hào)表示。,四、解方程。,五、由結(jié)果確定未知矢量的實(shí)際方向。對(duì)結(jié)果進(jìn)行討論，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)問(wèn)題的物理本質(zhì)。,第3節(jié)應(yīng)用牛頓定律解題,,,13,解：小珠受到重力和繩的拉力作用。,代入(2)式得積分：,小珠恰可通過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，，得,,,例2－2、,法向：,切向：,14,例2、空氣阻力對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)的影響。,設(shè)，且、、，求拋體運(yùn)動(dòng)的軌跡方程。,,,解：,取直角坐標(biāo)系。,拋體受重力和空氣阻力。,牛頓第二定律分量式：,分離變量,初始條件t=0：,,,,15,,不是拋物線方程。,,,16,例2－4、,解：取坐標(biāo)，作受力圖。,根據(jù)牛頓第二定律，有,,,分離變量后積分：,三力平衡、物體勻速下落時(shí)，物體的速度稱為終極速度或收尾速度。,令得：,17,例4、一條質(zhì)量為M長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻鏈條，放在一光滑的水平桌面上，鏈條的一端有一段長(zhǎng)度L0被推出桌子的邊緣,在重力作用下開始下落，試求在下列兩種情況下鏈條剛剛離開桌面時(shí)的速度：,（1）下落時(shí)，鏈條為一直線形式；,研究對(duì)象：整條鏈條,建立坐標(biāo)：如圖,受力分析：,運(yùn)動(dòng)方程：,解：,,,,,,18,研究對(duì)象：鏈條的落下部分,建立坐標(biāo)：如圖,受力分析：,運(yùn)動(dòng)方程：,,,,,,,,,,,（2）在剛剛下落時(shí)，鏈條盤在桌子上,,,解：,,,19,第4節(jié)慣性力,加速平動(dòng)參照系中力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系？,物體在慣性系S中：,即：,,,牛頓定律在S’中不成立！,,合外力?!,非慣性系S’相對(duì)S以加速度作平動(dòng)，物體在S’中的加速度為：,慣性力：,慣性力只是一種虛擬力，它不同于真實(shí)力，它既無(wú)施力者，也無(wú)反作用，牛頓第三定律不適用于慣性力。,20,例5、圖中系統(tǒng)置于以的加速度上升的升降機(jī)內(nèi)，兩A、B物體質(zhì)量相等，A與桌面摩擦系數(shù)為，求A在桌面上加速滑動(dòng)時(shí)繩中的張力。,,解：,取升降機(jī)參考系,（非慣性系）,作示力圖。,設(shè)兩物體相對(duì)升降機(jī)的加速度大小為,,,21,例6、動(dòng)力擺可用來(lái)測(cè)定車輛的加角速度。輕質(zhì)細(xì)棒，一端固定在車廂頂部，另一端系一小球，當(dāng)列車以加速度a行駛時(shí)，細(xì)棒偏移α角，求a。,解：,以車廂為參考系：,對(duì)小球作受力分析。,小球處于平衡狀態(tài)，有：,在兩坐標(biāo)軸上的分量式為：,（非慣性系）,解得：,一般車輛的加速度不是很大，,,,,22,轉(zhuǎn)動(dòng)參考系,——物體相對(duì)于參考系靜止。,小木塊靜止于勻角速轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓盤上：,1、地面參考系：,小木塊作勻速率圓周運(yùn)動(dòng)。,法向（向心力）：,對(duì)應(yīng)圓盤對(duì)木塊的摩擦力。,,2、圓盤參考系：,——非慣性系,木塊靜止。,和靜摩擦力平衡的力：,木塊應(yīng)該受到一個(gè),,其方向沿徑向，稱為慣性離心力。,慣性離心力只是一種虛擬力。,,,23,例7、在傾角為?的圓錐體的側(cè)面放一質(zhì)量為m的小物體，圓錐體以角速度?繞豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。軸與物體間的距離為R，為了使物體能在錐面保持靜止不動(dòng)，物體與錐面間的靜摩擦系數(shù)至少為多少？并討論所得到的結(jié)果。,,,解：建坐標(biāo)系，作受力圖。,24,對(duì)給定的ω、R和θ，μ不能小于此值否則最大靜摩擦力不足以維持m在斜面上不動(dòng)。,討論：,所以：,時(shí)，物體不可能在錐面上靜止不動(dòng)。,當(dāng),,由，可得：,