第2章质点运动定律(1)-公开课件（精选）.ppt

* 第２章 质点动力学 §2-1 力对质点的瞬时效应——牛顿定律 1.牛顿三大定律 （1）牛顿第一定律（惯性定律） 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。 牛顿第一定律包含了两个重要的物理概念： 惯性—任何物体都具有保持其运动状态不变的性质。 力——是使物体改变其运动状态,或是使物体获得加速度的一种作用。 （2）牛顿第二定律 一个物体的动量对时间的变化率正比于这个物体所受的合外力,其方向与所受的合外力的方向相同。其数学表达式为 如果物体的质量不随时间而变,则第二定律可以写成 式(１)是牛顿第二定律的普遍形式,式(2)则是定律在质量保持不变条件下的特殊形式。 ? 在国际单位制(SI)中,质量的单位是kg,加速度的单位是m/s2,力的单位是N。 牛顿第二定律是物体的加速度和它所受的合外力之间的瞬时关系,也是一个矢量等式。 在直角坐标系中,第二定律写成如下分量式: (１) (２) 在研究物体作圆周运动和平面曲线运动的问题时,常采用自然坐标系，此时第二定律沿轨道法向和切向的分量式可写成如下形式: 式中, Fn、Ft分别代表物体所受的沿 轨道法向和切向方向的合外力。 （４） (3） （3）牛顿第三定律（作用力与反作用力定律） 两物体之间的作用力和反作用力，大小相等、方向相反,且在同一直线上。 1.惯性参考系 从运动的描述来说,参考系的选择是任意的，这主要由研究问题的方便而定。但是，如果问题涉及运动和力的关系，即要应用牛顿定律时,参考系是否也能任意选择呢?我们用下面的例子来说明这个问题。 惯性系 如图所示，车厢A在地面上以 加速度a向右运动。车厢内的光滑桌 面上有一与弹簧相连的质量m的小球, 弹簧的另一端系在该车厢壁上。现在 来分析这个 弹簧、小球 力学系统的 运动情况。 A m k 乙 甲 a 这样我们就知道，牛顿定律并不是对所有参考系都成立的。我们把牛顿定律 成立的参考系称作惯性参 考系(简称惯性系),而牛顿 定律不成立的参考系称作 非惯性系。一个参考系是 不是惯性系,只能由实验确定。 A m k 乙 甲 a 从地面上的观察者甲来说,他看到小球m受到已伸长的弹簧的拉力F作用,且正以加速度a向右运动,F=ma,这显然是符合牛顿定律的。然而对在车厢A内的观察者乙来说，只看到弹簧施力F于小球(因为弹簧确实已伸长),却不见小球有加速度。显然这是违背牛顿定律的。这个例子说明,以加速度a 运动的车厢A为参考系,牛顿定律是不成立的。 如果我们选择的参考系,以太阳中心为原点,以指向某些恒星的直线为坐标轴,则所观察到的天文现象都与 牛顿定律和万有引力定律推出的结论相符合,因此,这样的参考系是惯性系。在研究地球表面附近(高度不太高、距离不太远)物体的运动时,地面(或固定在地面上的物体)就是近似程度相当好的惯性系。在大学物理的学习中，我们基本上就是采用这种地面参考系。 惯性系有一个重要性质：一切相对于惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。 天体运动的研究指出: 相互作用力 　力学几种常见的力 （1）弹簧的弹性力 在弹性限度内,弹性力 f = -kx 式中,k是弹簧的倔强系数, x表示弹簧的伸长量。上式又叫胡克定律。 滑动摩擦力f 的大小与正压力N成正比,即 f = ?kN 式中, ?k为滑动摩擦系数,其数值由两接触物体的材料性质和接触面的粗糙程度决定。 静摩擦力 两接触物体间虽未发生相对运动,但存在着相对运动趋势时,就产生静摩擦力。静摩擦力f是个变力： 0? f ? ?s N (最大静摩擦力） 式中,?s为静摩擦系数。对于同样的两个物体,?k?s。 （2）摩擦力 （3）万有引力 2、基本的自然力 (1)万有引力： G=6.67?10-11Nm2/kg2 例:地球对物体的引力 1666年。250年后发展为广义相对论 (忽略地球自转)所以 g=GM/R2 W＝mg=GMm/R2 注意：电磁力远远大于万有引力！ k=9 ?109Nm2/C2 (2)电磁力：（库仑力） f=kq1q2/r2 (3)强力：粒子之间的一种相互