大学物理第2章牛顿运动定律范例.ppt

第2章　牛顿运动定律 原子物理学 第一章 原子的位形：卢瑟福模型 牛顿运动定律 §2.1　牛顿运动定律 地面为参考系，“牛一”成立，是惯性系； 车厢为参考系，“牛一”不成立，是非惯性系。 惯性系简介 §2.2　牛顿运动定律的应用 §2.3　力学中常见的力 四种基本自然力的特征和比较 2.弹力（压力、拉力、张力…） 3.摩擦力 §2.4　力学相对性原理 伽利略变换的分量式 Manufacture :Zhu Qiao Zhong * 教材:自编教材《大学物理Ⅰ讲义》2013年春季学期开始 制作:红河学院理学院 Zhu Qiao Zhong * * 第2章 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到外力迫使它改变这种状态为止。 一.牛顿第一定律 力是改变质点运动状态的原因。 惯性是维持质点运动状态的原因。 力的作用是物体获得加速度的原因。 惯性:任何物体都具有保持运动状态不变的性质。 Newton （1643－1727） 惯性演示实验 “牛顿第一定律”是判断参考系是否为惯性系的理论依据。 1.地面系（实验室系）：坐标轴固定在地面上。赤道处自转向心加速度～3?10-3m/s2。 2.地心系：地心为原点，坐标轴指向恒星。绕太阳的向心加速度～6?10-3m/s2（g的10-3）。 x y z o 地心系 地面系 3.太阳系：太阳中心为原点，坐标轴指向恒星。绕银河中心的向心加速度～1.8?10-10m/s2 4.FK4系：以1535颗恒星平均静止位形作为基准。 目前最好 二.牛顿第二定律 原始形式： 当物体质量不变时 注意 (1) F、m和a是针对同一质点而言的； (2) F和a是之间具有瞬时性的同向性； (3) 公式为矢量式，求解问题时须将其改写为分量式。 ⑴ 直角坐标系中 ⑵ 自然坐标系中 三.牛顿第三定律 等大、反向、共线， 作用在不同的物体上 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 。　　　　　 对牛顿第三定律的理解： （1）成对性：F12和F21总是成对产生，无主从之分； （2）同时性：F12和F21同时存在同时消失 ； （3）同属性：F12和F21是相同性质的力； （4）异体性：F12和F21同时存在同时消失 ； 胜负的关键？ 摩擦力 解决问题 思路： 1.隔离物体（确定研究对象…） 2.具体分析（受力分析…） 3.建立坐标 4.写出方程（一般用分量式） 例2.1:水平面上有一质量为51kg的小车D，其上有一定滑轮C，通过绳在滑轮两侧分别连有质量为m1=5kg和m2=4kg的物体A 和B。其中物体A在小车的水平面上，物体B被绳悬挂，系统处于静止瞬间，如图所示。各接触面和滑轮轴均光滑，求以多大力作用在小车上，才能使物体A与小车D之间无相对滑动。（滑轮和绳的质量均不计，绳与滑轮间无滑动） D C B A 解：建立坐标系并作受力分析图： B m2g T 列方程： 解出： A m1g N1 T D Mg N2 F T ? T 例2:质量为m的小球，在水中受的浮力为常力F，当它从静止开始沉降时，受到水的粘滞阻力为f=kv(k为常数），证明小球在水中竖直沉降的速度v与时间t的关系为： f F mg a x (式中t为从沉降开始计算的时间) 证明：取坐标，作受力图。根据牛顿第二定律，有: 初始条件： t=0 时v=0 得证。 例3:在倾角为?的圆锥体的侧面放一质量为m的小物体，圆锥体以角速度?绕竖直轴匀速转动。轴与物体间的距离为R，为了使物体能在锥体该处保持静止不动,物体与锥面间的静摩擦系数至少为多少？并简单讨论所得到的结果。 ? ω R mg N fs x y 解：对m进行受力分析，建立动力学方程如下 　对给定的ω、R和θ，μ不能小于此值。否则最大静摩擦力不足以维持m在斜面上不动。 ? ω R mg N fs x y 所以： 时， 当 讨论：由μ0，可得：gcosθ-ω 2 Rsinθ0 物体不可能在锥面上静止不动 例4：顶角为2?的直圆锥体，底面固定在水平面上，如图所示。质量为m的小球系在绳的一端，绳的另一端系在圆锥的顶点，绳长为l，且不能伸长，质量不计。圆柱面是光滑的，今使小球在圆锥面上以角速度?绕OH轴匀速转动，求： (1)、锥面对小球的支持力N和细绳的张力T； (2)、当? 增大到某一值? c时，小球将离开锥面，这时? c 及T又各是多少？ 解：设小球所在处圆锥体的水平截面半径为r H o l ? H o l ? 1.万有引力 地球人造卫星 F引= F向心 重力：地球表面物体由于地球吸引而受到的竖直向下的力。 重力加速度 g