大学课件物理学：第二章牛顿定律

1物理学第五版第二章牛顿定律第二章牛顿定律2物理学第五版第二章牛顿定律本章目录2-1牛顿定律2-2物理量的单位和量纲2-3几种常见的力2-4牛顿定律的应用举例2-0教学基本要求物理学第五版物理学第五版3物理学第五版物理学第五版第二章牛顿定律一掌握牛顿定律的基本内容及其适用条件．二熟练掌握用隔离体法分析物体的受力情况，能用微积分方法求解变力作用下的简单质点动力学问题．2-0教学基本要求三理解惯性系与非惯性系的概念，了解惯性力的概念．4物理学第五版物理学第五版第二章牛顿定律一掌握牛顿定律的基本内容及其适用条件．二熟练掌握用隔离体法分析物体的受力情况，能用微积分方法求解变力作用下的简单质点动力学问题．2-0教学基本要求三理解惯性系与非惯性系的概念，了解惯性力的概念．第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版5杰出的英国物理学家，经典物理学的奠基人．他的不朽巨著《自然哲学的数学原理》总结了前人和自己关于力学以及微积分学方面的研究成果，其中含有牛顿三条运动定律和万有引力定律,以及质量、动量、力和加速度等概念．在光学方面，他说明了色散的起因，发现了色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说．牛顿IssacNewton（1643－1727）第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版6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.一牛顿第一定律惯性和力的概念时，恒矢量v0F如物体在一参考系中不受其他物体作用，而保持静止或匀速直线运动，这个参照系就称为惯性参考系．第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版7tmttptFd)(dd)(d)(v二牛顿第二定律动量为的物体，在合外力的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力．p)(iFF当时，为常量cvmamtmtFdd)(v合外力第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版8amtmtFdd)(vktmjtmitmFyxddddddzvvvkmajmaimaFyxz即xxmaFyymaFzzmaF第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版9注：为A处曲线的曲率半径．22ddddtsmtmtF　v自然坐标系中ntnteρmetmaamamF2dd)(vvρmFn2vateneA第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版10(1)瞬时关系(2)牛顿定律只适用于质点注意321aaaa321FFFF(3)力的叠加原理2211amFamF第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版11两个物体之间作用力和反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上．F＇F2112FF（物体间相互作用规律）三牛顿第三定律12F21F第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版12mm＇TTP＇P地球例分析物体间的相互作用力第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版13作用力与反作用力特点：(1)大小相等、方向相反，分别作用在不同物体上，同时存在、同时消失，它们不能相互抵消．(2)是同一性质的力．注意第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版14四力学相对性原理uvvFamamFxut＇xxy＇yz＇z＇oou＇xPaa为常量ttddddvvu第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律物理学第五版15(2)对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，与惯性系的运动无关．(1)凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考系都是惯性系．伽利略相对性原理注意2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版16力学的基本单位1984年2月27日，我国国务院颁布实行以国际单位制（SI）为基础的法定单位制．物理量长度质量时间单位名称米千克秒符号mKgs一单位制国际单位制规定了七个基本基本单位．2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版171m是光在真空中在(1/299792458s)内所经过的距离．1s是铯的一种同位素133Cs原子发出的一个特征频率光波周期的9192631770倍．“千克标准原器”是用铂铱合金制造的一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中．其他力学物理量都是导出量．力学还有辅助量：弧度rad．2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版18速率ts/ddv1sm-导出量amF2smkg1N1-力rFWddm1NJ1功实际过程的时间宇宙年龄约(140亿年)s102.417地球公转周期s102.37人脉搏周期约.9s0最短粒子寿命s10252-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版190实际长度实际质量可观察宇宙半径宇宙地球半径太阳说话声波波长地球可见光波波长宇宙飞船原子半径最小病毒质子半径电子夸克半径光子,中微子m1026m104.66m1041m1067m10110m10115m10120kg1053kg100.230kg100.624kg104kg10914kg101.931（静）2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版20表示一个物理量如何由基本量的组合所形成的式子．sqpQTMLdim某一物理量的量纲Q二量纲如：速度的量纲是1LT角速度的量纲是1T力的量纲是2MLT2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版21量纲作用(1)可定出同一物理量不同单位间的换算关系．(3)从量纲分析中定出方程中比例系数的量纲和单位．(2)量纲可检验文字结果的正误．212mmFrG221rmmGF如：213TMLdimG第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版22221rmmGF一万有引力引力常数2211kgmN1067.6Gm1m2r重力,mgP2rGmgE2sm80.9-2RGmgE地表附近第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版23四种相互作用的力程和强度的比较＊表中强度是以两质子间相距为时的相互作用强度为1给出的．m1015种类相互作用粒子力的强度力程/m引力作用所有粒子、质点∞3910弱相互作用带电粒子1210310电磁作用介子等核子1810强相互作用强子等大多数粒子1510∞110第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版24温伯格萨拉姆格拉肖弱相互作用电磁相互作用电弱相互作用理论三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖．鲁比亚,范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖．电弱相互作用强相互作用万有引力作用“大统一”（尚待实现）第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版25二弹性力常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性力等．kxf弹簧弹性力——胡克定律由物体形变而产生的．第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版26例1质量为、长为的柔软细绳，一端系着放在光滑桌面上质量为的物体，在绳的另一端加力．设绳的长度不变，质量分布是均匀的．求：(1)绳作用在物体上的力；(2)绳上任意点的张力．ml＇mF＇mmlF第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版27PTF＇TF解设想在点将绳分为两段其间张力和大小相等，方向相反PTF＇TF（1）＇mmFaaT0F＇T0F第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版28＇T0T0FF＇mFT0amaFF＇T0mmFa＇FmmmF＇＇T0＇mmFaaT0F＇T0F第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版29l（2）xdmdlxmm/ddTTT)d(FFFxalmamd)d(xlmmmFFd)(dT＇xdmdTFTTdFF第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版30lxFFxlmmmFFd)(dTT＇mmFlxmmF＇＇)(TxdmdTFTTdFFxlmmmFFd)(dT＇第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版31三摩擦力0一般情况NfμFF滑动摩擦力静摩擦力f0mf0FFN0f0mFF最大静摩擦力第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版32例2如图绳索绕圆柱上，绳绕圆柱张角为，绳与圆柱间的静摩擦因数为，求绳处于滑动边缘时,绳两端的张力和间的关系．(绳的质量忽略)AFTBFTAFTBFT＇OBA第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版33圆柱对的摩擦力圆柱对的支持力fFNFsdsd解取一小段绕圆柱上的绳取坐标如图两端的张力，TFTTdFFsd的张角dsdxydO＇Osd2/d2/dfFNFTFTTdFFAFTBFT＇OBA第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版3402dcos2dcos)d(fTTTFFFFNfFFxydO＇Osd2/d2/dfFNFTFTTdFF02dsin2dsin)d(NTTTFFFF12dcosNfTdFFF2d2dsinNTTddd21FFF第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力物理学第五版35eTTABFFe/TTABFF若25.0ABFFTT/π0.46π20.21π100.000390TTddTTABFFFFAFTBFT＇OBAmF2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版36一解题步骤已知力求运动方程已知运动方程求力二两类常见问题FarraF隔离物体受力分析建立坐标列方程解方程结果讨论2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版37(1)如图所示滑轮和绳子的质量均不计，滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与轴间的摩擦力均不计．且．求重物释放后，物体的加速度和绳的张力．21mm例1阿特伍德机1m2m2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版38amFgm1T1amFgm2T2gmmmmF2121T2解(1)以地面为参考系画受力图、选取坐标如图1PTF'FT2Pay0ay01m2mgmmmma21212-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版39（2）若将此装置置于电梯顶部，当电梯以加速度相对地面向上运动时，求两物体相对电梯的加速度和绳的张力．a解以地面为参考系设两物体相对于地面的加速度分别为，且相对电梯的加速度为、1ara2a1PT1FT2F2P1ay02ay01m2marara2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版401PT1FT2F2P1ay02ay011T1amFgm22T2amFgmaaar1aaar2)(2121ragmmmma)(22121TagmmmmF解得1m2marara2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版41例2如图长为的轻绳，一端系质量为的小球，另一端系于定点，时小球位于最低位置，并具有水平速度，求小球在任意位置的速率及绳的张力．0vm0tloo0vvTFgmtene2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版物理学第五版42θθθgl0dsind0vvvvddddvvvlt解tsinmamgnTcosmamgFtmmgddsinvlmmgF/cos2Tv)co