華中科技大學大學物理牛頓定律.ppt

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1,伽利略速度變換式,相對運動問題,甲：靜參考系乙：動參考系丙：運動物體,,丙對甲：絕對速度丙對乙：相對速度乙對甲：牽連速度,2,解：,甲：靜參考系乙：動參考系丙：運動物體,——地面,——A船,——B船,,,,,,求：,已知：、,,大小？方向？,3,例5、一人以速率50米/分向東前進，覺得風從正南方吹來，若將其速率增至75米/分，則覺是風從正東南方向吹來，求風速。,解：速度變換式,,,東,南,由題給條件：,,（人為動系）,風對地,風對人,人對地,,,,4,,,,,,5,第二章牛頓運動定律,第1節(jié)牛頓運動定律,第一定律：“任何物體都保持靜止或沿一直線作勻速運動的狀態(tài)，除非有力加于其上迫使它改變這種狀態(tài)?！?數(shù)學表達式：常量,反映力和運動的定性關系。,,闡明了兩個重要物理概念：慣性和力,第一定律又稱慣性定律。,,6,數(shù)學表達式：,第二定律：“運動的改變與所加的動力成正比，并且發(fā)生在這力所沿直線的方向上。”,,,若，m=常數(shù)，則,反映力和運動的定量關系。,質量是物體慣性大小的度量。,提供了科學地量度力的理論基礎。,關于慣性質量和引力質量：,實驗證明，對同一物體，兩種質量相等。如計算地面附近的重力加速度：,7,幾點注意：,1、只適用于質點；,2、力與加速度是瞬時關系，它們同時產(chǎn)生，同時變化，同時消失，力是改變運動的原因，不是維持運動的原因。,3、物體同時受幾個力作用時：,,,力的疊加原理：（實驗證明）幾個力的作用效果與它們矢量和的力的作用效果一樣：合力：,8,4、直角坐標分量式：,5、平面曲線運動：取自然坐標系,切向分量式：,法向分量式：,合外力的切向分力——切向力,合外力的法向分力——法向力,,,9,第三定律,“每一個作用總有一個相等的反作用與它對抗；或者說，兩個物體之間的相互作用永遠相等，并且指向對方?！?數(shù)學表達式：,說明力具有物體間相互作用的性質。,注意：,1、作用力與反作用力互以對方為存在條件，它們同時存在，同時消失；,2、作用力與反作用力是作用在不同物體上的同一性質的力，其作用不能抵消。,牛頓三定律是一個整體，它們互相聯(lián)系，互相補充構成了經(jīng)典力學的理論基礎。,,,10,慣性參考系,牛頓定律并非在一切參考系中都成立。,,,把牛頓運動定律成立的參考系稱為慣性參考系（慣性系），否則為非慣性參考系。,在應用牛頓定律研究動力學問題時，參考系不能任意選擇，而應選擇慣性參考系。,太陽參考系是慣性系,凡是相對于慣性系作勻速直線運動的參考系是慣性系。相對于慣性系作變速運動的參考系不是慣性系。,地面參考系是足夠精確的慣性系。,11,第2節(jié)自然界的基本力,應用牛頓定律解題時，應對物體作受力分析。近代科學已經(jīng)證明，自然界中只存在四種基本力，其它力都可歸結為這四種力的不同表現(xiàn)。,1、萬有引力,2、電磁力電磁力是帶電客體間的相互作用力。彈性力、摩擦力、分子力、浮力、流體壓力等本質上都屬于電磁力。,3、強力存在于核子、介子和超子間的一種力。,,,4、弱力（弱相互作用）存在于許多粒子之間，但僅在某些反應（如－衰變）中才顯得重要。,12,步驟大致如下：,一、認物體，看運動?？辞孱}意，畫示意圖，確定研究對象，分析所認定物體的運動狀態(tài)。,二、查受力。仔細分析每個物體的受力情況，隔離物體，畫表示每個物體受力情況的示力圖。,三、列方程。選參考系，建坐標系，按牛頓定律列方程（分量式）。分量的指向與坐標軸方向相同者為正，相反者為負。未知矢量的分量暫以符號表示。,四、解方程。,五、由結果確定未知矢量的實際方向。對結果進行討論，進一步認識問題的物理本質。,第3節(jié)應用牛頓定律解題,,,13,解：小珠受到重力和繩的拉力作用。,代入(2)式得積分：,小珠恰可通過最高點時，，得,,,例2－2、,法向：,切向：,14,例2、空氣阻力對拋體運動的影響。,設，且、、，求拋體運動的軌跡方程。,,,解：,取直角坐標系。,拋體受重力和空氣阻力。,牛頓第二定律分量式：,分離變量,初始條件t=0：,,,,15,,不是拋物線方程。,,,16,例2－4、,解：取坐標，作受力圖。,根據(jù)牛頓第二定律，有,,,分離變量后積分：,三力平衡、物體勻速下落時，物體的速度稱為終極速度或收尾速度。,令得：,17,例4、一條質量為M長為L的均勻鏈條，放在一光滑的水平桌面上，鏈條的一端有一段長度L0被推出桌子的邊緣,在重力作用下開始下落，試求在下列兩種情況下鏈條剛剛離開桌面時的速度：,（1）下落時，鏈條為一直線形式；,研究對象：整條鏈條,建立坐標：如圖,受力分析：,運動方程：,解：,,,,,,18,研究對象：鏈條的落下部分,建立坐標：如圖,受力分析：,運動方程：,,,,,,,,,,,（2）在剛剛下落時，鏈條盤在桌子上,,,解：,,,19,第4節(jié)慣性力,加速平動參照系中力和運動的關系？,物體在慣性系S中：,即：,,,牛頓定律在S’中不成立！,,合外力?!,非慣性系S’相對S以加速度作平動，物體在S’中的加速度為：,慣性力：,慣性力只是一種虛擬力，它不同于真實力，它既無施力者，也無反作用，牛頓第三定律不適用于慣性力。,20,例5、圖中系統(tǒng)置于以的加速度上升的升降機內(nèi)，兩A、B物體質量相等，A與桌面摩擦系數(shù)為，求A在桌面上加速滑動時繩中的張力。,,解：,取升降機參考系,（非慣性系）,作示力圖。,設兩物體相對升降機的加速度大小為,,,21,例6、動力擺可用來測定車輛的加角速度。輕質細棒，一端固定在車廂頂部，另一端系一小球，當列車以加速度a行駛時，細棒偏移α角，求a。,解：,以車廂為參考系：,對小球作受力分析。,小球處于平衡狀態(tài)，有：,在兩坐標軸上的分量式為：,（非慣性系）,解得：,一般車輛的加速度不是很大，,,,,22,轉動參考系,——物體相對于參考系靜止。,小木塊靜止于勻角速轉動的水平圓盤上：,1、地面參考系：,小木塊作勻速率圓周運動。,法向（向心力）：,對應圓盤對木塊的摩擦力。,,2、圓盤參考系：,——非慣性系,木塊靜止。,和靜摩擦力平衡的力：,木塊應該受到一個,,其方向沿徑向，稱為慣性離心力。,慣性離心力只是一種虛擬力。,,,23,例7、在傾角為?的圓錐體的側面放一質量為m的小物體，圓錐體以角速度?繞豎直軸勻速轉動。軸與物體間的距離為R，為了使物體能在錐面保持靜止不動，物體與錐面間的靜摩擦系數(shù)至少為多少？并討論所得到的結果。,,,解：建坐標系，作受力圖。,24,對給定的ω、R和θ，μ不能小于此值否則最大靜摩擦力不足以維持m在斜面上不動。,討論：,所以：,時，物體不可能在錐面上靜止不動。,當,,由，可得：,