大学物理授课教案第2章牛顿运动定律.doc

第二章 牛顿运动定律 沈阳工业大学 郭连权（教授） 第二章 牛顿运动定律 §2-1牛顿运动定律 力 一、牛顿运动定律 1、第一定律 时， （2-1） 说明：⑴反映物体的惯性，故叫做惯性定律。 ⑵给出了力的概念，指出了力是改变物体运动状态的原因。 2、第二定律 （2-2） 说明：⑴为合力 ⑵为瞬时关系 ⑶矢量关系 ⑷只适应于质点 ⑸解题时常写成 （直角坐标系） （2-3） （自然坐标系） （2-4） 3、第三定律 （2-5） 说明：⑴、在同一直线上，但作用在不同物体上。 ⑵、同有同无互不抵消。 二、几种常见的力 1、力 力是指物体间的相互作用。 2、力学中常见的力 （1）万有引力 （2-6） 即任何二质点都要相互吸引，引力的大小和两个质点的质量、的乘积成正比，和它们距离的平方成反比；引力的方向在它们连线方向上。 说明：通常所说的重力就是地面附近物体受地球的引力。 （2）弹性力 弹簧被拉伸或压缩时，其内部就产生反抗力，并企图恢复原来的形状，这种力称为弹簧的恢复力。 （3）摩擦力 当一物体在另一物体表面上滑动或有滑动的趋势时，在接触面上有一种阻碍它们相对滑动的力，这种力称为摩擦力。 3、两种质量 由 可证明： ， 适选单位可有 。 ∴以后不区别二者，统称为质量。 §2-2力学单位制和量纲（自学） §2-3惯性系 力学相对性原理 一、惯性参照系 在运动学中，参照系可任选，在应用牛顿定律时，参照系不能任选，因为牛顿运动定律不是对所有的参照系都适用。如图2-1，假设火车车厢的桌面是水平光滑的，在桌面上放一小球，显然小球受合外力=0，当火车以加速度向前开时，车上人看见小球以加速度向后运动。而对地面上人来说，小球的加速度为零。如果取地参系，小球的合外力等于零，故此时牛顿运动定律（第一、二定律）成立。如果取车厢为参照系，小球的加速度，而作用小球的合外力，故此时牛顿运动定律（第一、第二定律）不成立。凡是牛顿运动定律成立的参照系，称为惯性系。牛顿定律不成立的参照系称为非惯性系。 说明：（1）一个参照系是否为惯性系，要由观察和实验来判断。天文学方面的观察证明，以太阳中心为原点，坐标轴的方向指向恒星的坐标轴是惯性系。理论证明，凡是对惯性系做匀速直线运动的参照系都是惯性系。 （2）地球是否为惯性系？因为它有自转和公转，所以地球对太阳这个惯性系不是作匀速直线运动的，严格讲地球不是惯性系。但是，地球自转和公转的角速度都很小，故可以近似看成是惯性系。 二、力学相对性原理 在1-3中已讲过，参照系E与M，设E是一惯性系，M相对E以做匀速直线运动，即OM也是一惯性系，二参照系相应坐标轴平行，在E、M上牛顿第二定律均成立，设一质点P1质量为m，相对E、M有 （2-7） 设P相对E、M的速度分别为、，有 （2-8） 上式两边对求一阶导数有 （2-9） 可见，P对E和M的加速度相同。综上可知，对于不同的惯性系，牛顿第二定律有相同的形式（见（2-7）），在一惯性系内部所做的任何力学实验，都不能确定该惯性系相对其它惯性系是否在运动（见（2-9）），这个原理称为力学相对性原理或伽利略相对性原理。 §2-4牛顿定律应用举例 例2-1: 如图2-2，水平地面上有一质量为M的物体， 静止于地面上。物体与地面间的静摩擦系数为， 若要拉动物体，问最小的拉力是多少？沿何方向？ 解：⑴研究对象：M ⑵受力分析：M受四个力，重力，拉力 ，地面的正压力，地面对它的摩擦力， 见受力图2-3。 ⑶牛顿第二定律： 合力： 分量式：取直角坐标系 x分量： ① y分量： ② 物体启动时，有 ③ 物体刚启动时，摩擦力为最大静摩擦力，即，由②解出N，求得 为： ④ ④代③中：有