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普通物理 第一章 质点的运动（3） —— 牛顿运动定律及其应用 （2课时） 课前讨论： 描述物质运动的四个基本物理量是什么？ 质点运动学主要解决哪两类问题？如何进行？ 冰雹能砸死人，雨滴为何不能呢？ 说明国际单位制中的基本单位与辅助单位。 本讲教学目标 掌握牛顿三定律的基本内容及其适用条件，并能熟练应用它们解决质点动力学问题。 掌握常见力的性质和计算方法，能熟练分析物体的受力情况，掌握隔离体图法。 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。 本讲主要内容 牛顿第一定律 惯性系 牛顿第二定律 动量 牛顿第三定律 常见的力及其性质 动力学问题的求解方法 典型的动力学问题求解示例 伽利略(1564—1642) 伽利略通过落体实验认为：物体下落速度与物体重量无关。反驳了亚里士多德的 “大小相同重量不同的小球，如果同时开始下落，重球应比轻球先落地” 的观点。即提出了“落体定律” 伽利略又通过斜面实验确认了惯性定律，确认力是改变物体运动状态的原因。 伽利略的第三个重大贡献是提出“相对性原理”。这一原理是经典物理学最重要的基石之一。 伽利略的斜面理想实验 理想实验与理想模型成为物理学科学的研究方法。 其它学者的贡献 墨子（约公元前468年—前376年） 指出：如没有阻力，物体会永远运动下去。 古希腊的德谟克利特（公元前460年~前371年） 伊壁鸠鲁（公元前342年~前270年） 不受外力的物体将保持原来的状态不变。 伽利略的学生培罗等人进一步指出： 如果运动物体不受阻碍，运动轨迹是一条直线，即速度方向保持不变。 笛卡儿 笛卡儿试图建立起整个宇宙在内的各种自然现象都能从基本原理中推演出来的理论体系。他在他的《哲学原理》（1644年）一书中把这条基本原理表述为两条定律： 每一单独的物质微粒将继续保持同一状态，直到与其他微粒相碰被迫改变这一状态为止； 所有的运动，其本身都是沿直线的。 牛顿第一定律（Newton first law）表述 牛顿在 1687 年出版的著作《自然哲学的数学原理》 一书中提出了第一定律 所有物体始终保持静止或匀速直线运动状态，除非由于作用于它的力迫使它改变这种状态。 惯性定律是不能直接用实验严格地验证的，它是理想化抽象思维的产物。 牛顿第一定律的实质 提出了力的概念 力：物体之间的相互作用。 提出了惯性的概念 惯性：物体保持原有运动状态的属性，物体无论是静止还是运动都具有惯性。 惯性的量度：惯性质量，简称质量。 断言了惯性参照系的存在 惯性参照系：牛顿定律严格成立。 从本质上说，惯性不是个别物体的性质，而是参考系的性质，或者说，是时空的性质。 惯性系究竟在哪里？ 牛顿认为存在着绝对时间和绝对空间，那就是我们所需要的一个最基本的惯性系。历史上，人们多次努力寻找这样“绝对静止”的“绝对空间”，但最终失败了，绝对空间并不存在。 根据研究问题的具体情况常选下面的惯性参照系 地心参考系 日心参考系 FK4参考系 FK4 参考系是以选定的 1535 颗恒星的平均静止的位形作为基准的目前最严格的惯性参考系。? 非惯性参照系 牛顿运动定律不成立的参照系。 车匀速运动，加速度 a =0 小球相对于车静止，小球的状态符合牛顿定律，车是惯性系。且相对于惯性系无加速度的所有参照系都是惯性系。 车加速运动，加速度 a≠0 ，小球的状态不符合牛顿定律，车是非惯性系。且相对于惯性系有加速度的所有参照系都是非惯性系。 问题讨论 飞毯参照系相对地面做加速运动，在飞毯上有一封闭房间且相对飞毯保持静止，若将这个封闭房间作为参照系研究其内小球的运动，这个封闭房间是惯性参照系呢？还是非惯性参照系？若没有地面又该如何认识这个问题呢？ 三、牛顿第二定律 动量 牛顿第二定律 （Newton second law）表述 表述一：物体在受到外力作用时，所获得的加速度的大小与外力成正比，与物体的质量成反比；加速度的方向与外力的矢量和的方向相同。 表述二：运动的改变与所加的动力成正比，并发生在所加的力的那个直线方向上。 运动的改变表明需要一个物理量来描述运动，这个描述运动的量称为动量。 动量 质点的质量与速度的乘积，是运动的量度。 牛顿第二定律的数学表述 在经典力学的范围内，质量 m 看做常量，故： 牛顿第二定律特点： 瞬时性: 之间一一对应 迭加性: 矢量性: 直角坐标系 在自然坐标系中： 质量 m 和力 F 的度量 牛顿认为：质量是物体所含“物质的量”。 牛顿第二定律是质量和力必须满足的关系式，若规定质量是基本量，则力是导出量。 质量的单位是千克，千克的标准是保存在巴黎国际计量局中的一个铂铱圆柱。 这里定义