第2章牛顿三大定律全解ppt课件.ppt

2.1 牛顿运动定律,一、牛顿第一定律与惯性,惯性：任何物体都具有一种保持它原来 运动状态的性质-惯性。,第一定律：任何物体，只要不受外力作用，它将永远保持静止或匀速直线运动状态。,注：牛顿第一定律亦称惯性定律。,第 2章 牛顿定律及其内在随机性,DEF：质点的动量,第二定律：任一时刻物体动量的变化率 总是等于物体所受的合外力。,二、牛顿第二定律,说明：1、该定律只适用于惯性系；2、合外力与加速度之间是瞬时关系。3、具体应用时，常用分量式和运动的 叠加原理。,三、牛顿第三定律,说明：,两物体在受到外力作用时，作用力和反作用力同时存在，同时消失；它们的大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。,2.作用力与反作用力分别作用在两个物体上。,1.作用力与反作用力是瞬时关系；施力与受力同时出现，同时消失。,1.重力,弹力：当物体发生弹性形变时，由于它企图恢复 原来的形状而对与它接触的物体产生的作用力。,2.弹力,DEF：物体受力后要发生形变,当力撤掉后能 完全恢复到原来的形状-弹性形变。,DEF：由于地球的吸引而使物体所受的力-重力。,重力的大小等于质量与重力加速度的乘积，方向与重力加速度的方向相同。,四、常见的几种力,如压力、张力、拉力、支持力、弹簧的弹力。,滑动摩擦力大小：fk=kN k：滑动摩擦系数,静摩擦力大小：fsmax=sN s：最大静摩擦系数,胡克定律：在弹性限度内 f=-kx，方向总是与形变的方向相反。k-劲度系数。,3.摩擦力,DEF:当一个物体在另一物体表面上滑动或有 滑动趋势时，在两物体的接触面上就会 产 生阻碍物体间相对滑动的力-摩擦力。,对同样的两物体来说：,应用牛顿运动定律解题步骤,1、据题意和计算方便，确定研究对象；2、用“隔离体法”分析各物体的受力情况；3、选取参考系，根据受力方向建立坐标系；4、将质点受力和速度、加速度沿坐标轴分解；5、沿各坐标轴方向根据牛顿第二定律列方程；6、求解，必要时进行分析、讨论。,四、牛顿定律的应用,解：,第三步：根据牛顿定律列方程,第一步：画质点m的受力图,第二步：根据受力方向建立 坐标系如图,第四步：解上述微分方程,3.得解,1.分离变量,2.两边分别积分,解：变力问题，用自然坐标系,第二步：画质点m的受力图,第一步：建立自然坐标系如图,第三步：根据牛顿定律列方程,解得,1）结果是普遍解，适用于任意位置；,2）如特例：,例3、质量为m的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为f=kv(k为常数），证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系为,式中t为从沉降开始计算的时间。,证明：取坐标，作受力图。,根据牛顿第二定律：,初始条件：t=0 时 v=0,得证。,例4、在倾角为的圆锥体的侧面放一质量为m的小物体，圆锥体以角速度绕竖直轴匀速转动。轴与物体间的距离为R，为了使物体能在锥体该处保持静止不动，物体与锥面间的静摩擦系数至少为多少？并简单讨论所得到的结果。,第一步：画质点m的受力图,第二步：建立坐标系如图,解：,第三步：根据牛顿定律列方程,对给定的、R和，不能小于此值，否则最大静摩擦力不足以维持m在斜面上不动。,讨论：由0,可得：gcos-2 Rsin0,所以：,长度 L(m)时间 T(s)质量 M(kg)电流(A)物质的量(mol)热力学温度(K)发光强度 坎德拉(cd),一、基本量和导出量,被选作独立规定单位的物理量-基本量，它们的单位叫基本单位；其它量叫导出量，其单位叫导出单位。,二、国际单位制(SI),七个基本量及基本单位：,角度（rad）立体角（球面度）,两个辅助基本量及辅助单位:,2.2 物理量的单位和量纲,2.3 惯性系与非惯性系,DEF:对某一特定物体，惯性定律在其中严格成立的参考系叫惯性参考系(惯性系)。,惯性(inertia)：物体维持原运动状态的属性。,相对于惯性参考系静止或作匀速直线运动 的参考系都是惯性参考系。,1.惯性系(Inertial Frame of Reference),注意：,2.非惯性系(Accelerated Reference Frame),DEF:相对于惯性系作变速运动的参考系。,二、惯性力（Inertial Forces）,问题的提出：,牛顿第二定律必须在惯性系中使用；牛顿定律又是质点力学的基础定律。但有些实际问题只能在非惯性系中解决。,在分析受力时，只需加上某种“虚拟”的力（称为惯性力）就可在非惯性系中使用牛顿第二定律的形式。,解决办法：,怎么能方便地使用牛顿第二定律？,对系：,.（）,（成立）,1.非惯性系中的牛顿定律,对系：,为非惯性系,但：,-惯性力,则非惯性系中，牛顿第二定律的形式为：,DEF：若非惯性系相对于惯性系的加速度 为，则非惯性系中的惯性力为：,2.惯性离心力(inertial centrifugal force),2)以转盘为参考系非惯性系,考察：匀速转动的参考系上静止的物体。,转盘上的物体作圆周运动,向心力为：,1)以地面为参考系 惯性系,转盘相对地面的加速度为：,因为方向背离圆心向外-惯性离心力。,将地心看做非惯性系，质量为m的质点受的平移 惯性力为：,将太阳看做惯性系地球绕太阳公转加速度为：,1.太阳引力失重,三、潮汐现象(tide),平移惯性力在地球上的效应,实际上地球是一个非惯性系，惯性力必然有实际的效应。太阳引力失重和潮汐现象都是平移惯性力在非惯性系中的实际效应。,同时物体还受到太阳的引力,在非惯性系中牛顿定律方程形式为：,通过分析：在考虑地心参考系是非惯性系的情况下，在地心参考系中，质点的惯性力与太阳引力抵消，称为太阳引力失重。,在飞船中可验证惯性定律,宇航员将水果摆放在立圆的圆周上，不受力，维持图形不变。,飞船中验证了惯性定律（真正验证惯性定律的参考系恰恰是相对牛顿惯性系的加速系，认识上的飞跃）,2.潮汐现象,利用平移惯性力可解释潮汐现象：海水除了受太阳(月亮)的引力外，还需考虑地球是个非惯性系的惯性力。,日涨为潮，夜涨为汐。,固体潮（形变）：,变形滞后,造成地球对月球引力矩,阻止月球自转。,使月球自转和公转周期最终达到一致。,影响：,使地球自转变慢。,使接近大星体的小星体被引潮力撕碎。,化石生长线判断：,由植物年轮，珊瑚和牡蛎。3亿年前，一年约400天。,如SL 9慧星被木星引潮力撕碎（1992）。,