浙大 大学物理课件

本课时教学基本要求1、掌握质量(惯性质量,引力质量)、力(基本力,唯象力)、和惯性力等概念2、掌握牛顿第二定律的基本内容及其适用条件，熟练掌握用牛顿第二定律求解质点动力学问题。3、掌握常见力的性质和计算方法,能熟练分析物体受力情况，掌握隔离体图法。4、理解惯性系和非惯性系的区别，初步掌握在非惯性系中求解质点动力学的方法第二章质点动力学§2.1牛顿运动定律(经典力学的基础)——从无数实验事实中归纳而得质点动力学1、自然界的物体本来是什么状态？2、物体受到外来作用后会怎样？3、作用双方存在什么关系？4、作用的本质是什么？------牛顿第一定律------牛顿第二定律------牛顿第三定律------由特定媒介传递的四种基本相互作用质点动力学牛顿第一定律惯性定律——外力为零时,物体保持原有运动状态不变(定义了)惯性系——惯性定律成立的参考系(通常选地球或太阳为惯性系)地球参考系星系参考系太阳参考系(近似惯性系)地心参考系:自转加速度a~3.4cm/s2太阳参考系:公转加速度a~0.6cm/s2银河系参考系:绕行加速度a~310-8cm/s2质点动力学质点动力学§2.2牛顿第二定律运动定律——物体受外力作用F,相对于惯性系的加速度aaammaammm)·()N(:F)kg(:mdtrdmamFaF222：由实验确定。物体惯性大小的量度（定义了）惯性质量米／秒千克牛顿千克单位〔注意点〕•第二定律原则上只适用于质点•第二定律只能用于惯性系•F与a的关系是瞬时关系(力是产生加速度的原因)•分量形式:::nnttzzyyxxamFamFamFamFamF自然坐标系直角坐标系质点动力学牛顿第三定律作用与反作用力定律)(2112力为矢量FF•作用力与反作用力属于同一性质的力•作用力与反作用力同时产生、同时消失•第三定律是物体受力分析的基础四种基本相互作用——力是物体间的相互作用自然界四种基本相互作用:引力、电磁、强、弱(1)引力相互作用引力——长程力(吸引力),mm:·1067.6G:rrmmGFr,mm:212211-o22121、引力质量／千克米牛顿引力常数相距、两质点万有引力定律质点动力学重力P——地表附近的地球引力)()sm(9.8RMGg,mgRmMGPR,M,m22E002EE非严格惯性系公转，、地球有自转／重力加速度重力地球半径地球质量物体质量惯引惯引惯引惯引惯引惯引，即：可得：有：地球上同一地点时，则对任一物体，当处于即：准，量和惯性质量的共同基以千克原器作为引力质mm1mmmmgmRMmGp,gmRMmGp.kg1mm00020020000引力质量和惯性质量:质点动力学拉力:T张力:T＇正压力:N(垂直于接触面)弹性力:胡克定律f=－kx(与位移方向相反)摩擦力:阻碍物体相对运动最大静摩擦力f0=μ0N动摩擦力f=μN唯象力——唯象参数:k、μ0、μ(2)电磁相互作用电磁力——长程力(吸引力或排斥力)力学中:张力、拉力、正压力、弹性力、摩擦力……——分子间电磁相互作用的集体效应(分子力的宏观表现)质点动力学(3)强相互作用核子间的相互吸引力,短程力＜10-15m量子色动力学(QCD)QuantumChromodynamics(4)弱相互作用引起原子核衰变，有轻子参与的相互作用力,短程力＜10-17m中子β衰变n→p+e-+ν弱电统一理论Weinberg－Salam－Galshow(NobelPrize1979)S.WeinbergA.SalamS.L.Galshow(相互作用)标准模型——QCD+弱电统一理论质点动力学10-12110-210-39作用强度10-17m10-15m0~0~作用范围短程短程长程长程力程弱力强力电磁力万有引力力类型特征量传递媒介引力子?光子胶子中间玻色子牛顿力学对微观运动不适用(微观运动:量子力学)牛顿力学范围内只涉及:引力相互作用和电磁相互作用(长程力)质点动力学§2.3力学相对性原理非惯性系力学定律当车的a=0时,单摆和小球的状态符合牛顿定律当a≠0时在车内观察,单摆和小球的状态不符合牛顿定律•在有些参考系中牛顿定律成立,这些参考系称为惯性系•相对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系•相对惯性系作加速运动的参考系是非惯性系质点动力学力学相对性原理——力学定律在所有惯性系中具有相同形式K)(:)(:::K:K:K也为惯性系即第二定律加速度伽利略变换速度力质点作匀速直线运动以速度相对于惯性系amFFamdtvdmuvdtdmdtvdmamFaauvvvvFFFFmmmmu——不存在绝对参考系(相对性))(,:,:),(:)()(的效应反映了牵连加速度不遵从第三定律惯性力遵从第三定律相互作用力〔区别点〕形式上成立在非惯性系中第二定律引进惯性力后则定义惯性力牵连加速度非惯性系相对加速度惯性系绝对加速度iiiiiiiiFFamFFamFamamFamamamFaaaaaa质点动力学非惯性系中的力学定律一切相对于惯性系作匀速直线运动的参考系,仍是惯性系一切相对于惯性系作加速运动的参考系,都是非惯性系(平动、转动)(1)平动非惯性系——相对于惯性系作直线加速运动的参考系质点动力学(2)转动非惯性系——相对于惯性系作转动的参考系绝对运动——质点相对于惯性系(静止系)的运动相对运动——质点相对于转动系(运动系)的运动牵连运动——运动参考系上与质点相重合的那一点相对于静止系的运动XYZO静止系ttΔt1MMM)()()(11牵连相对绝对MMMMMMω0FTnrmamFnra0anrai2ii2i'2n（拉力）静止是因：惯性离心力：）：转台对地面（牵连运动）：小球对转台（相对运动）：小球对地面（绝对运动质点动力学4、解联立方程组，用符号化简后代入数据,进行数值计算。(原始数据注意单位,尽量化为SI制)nnittiyyixxiamFamFamFamF曲线运动直线运动牛顿定律的解题步骤:1、运用第三定律对研究对象进行受力分析,画出各物体受力图(隔离体法)2、选取惯性参考系,建立合适坐标系。(尽量使加速度的方向与坐标轴正向一致)3、根据物体受力图,运用第二定律列出联立方程5、对结果进行讨论。(分析结果是否合理,有何物理意义)质点动力学〔例〕如图所示,A为定滑轮,B为动滑轮,它们和绳的质量均可忽略。当m1=2干克,m2=1干克,m3=0.5干克时,试求:(1)物体m1、m2、m3的加速度(2)每条绳上的张力13323222211112)TTamTgmamTgmamTgmA(:2的相对加速度相对于隔离体法列方程12331222132aaaaaaaaaaaa,aaBBBB的相对加速度相对于gmmammamgmmamammaaa)()(2)2(2)4(232232133123131132质点动力学)43()2(2))(4()(2)2()4()4()(2))(2()()(2)2(44)()4()(22)4(323121313323132331312323121323323132323311323121233231323331gmmmmmmgmmmgmmmmgmmmgmmmmgmmmmmmgmmmgmmmmmmgmmmgmmmmmmmmmmmmmmmmmmm解线性方程组系数行列式N85.7N7.15m/s88.5m/s96.1m/s96.1:428)()(4)43()2(4)43(4)4(2123222132112321111113231213221312133231213231212232312132312111TTaaagmmmTTgmmmggmagmTgmmmmmmmmmmmmaaagmmmmmmmmmmmmagmmmmmmmmmmmma代入数据计算得质点动力学例2.9〕质量M、倾角θ的斜面体放在光滑的水平面上,质量m的物体置于光滑的斜面上。求斜面体相对地面的加速度和物体相对斜面体的加速度。x'y'o'xyomMmgNmai物体sinsin)(:MNaMaNii惯性系地面参考系斜面体sinsin)(cossinsinsincos0sincos:cossin:)(:22mMgmMagamMmgamamgNyammamgxiiii解方程得方向方向非惯性系斜面体参考系物体MgNai斜面体质点动力学例2.10地面上纬度处,有一质量为m的静止物体。考虑地球自转的影响,求物体的重力和该处的重力加速度。FFP0amNFFPNcosRmrmFmgRmMGFNFF:ii22i02i重力的作用下保持静止地面反作用力、、惯性离心力物体在地球引力考系）（相对于含转动轴的参匀角速转动非惯性系地球290cos1gg290cos1cos290coscos8.91037.63600242cos20206202重力加速度＜＜mgFFPFFgRFFiii作业：2-32-182-192-202-212-27