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第二章 牛顿运动定律 (Newton’s Laws of Motion) §1 牛顿运动定律[自学] 一.牛顿运动定律 1.牛顿第一定律(惯性定律) (1) 叙述(略) (2) 包含两个重要概念 ·惯性( inertia) 力(force) (3)定义了惯性参考系(详见后) 2.牛顿第二定律 (1)叙述(略) 表示式 p = m(，如 m不随 t变，则 F = ma (矢量式) (3) m：惯性质量(惯性大小的量度) 3.牛顿第三定律(略) §2 SI单位和量纲(自学) 一.单位制(system of units) 1.基本单位 SI中基本单位：秒(s)、米(m)、千克(kg) 单位的定义： ·秒：138Cs原子某特征频率光波周期的 9 192 631 770 倍 ·米：光在真空中在(1/299 792 458)s内所经过的距离 ·千克：保存在巴黎度量衡局的“kg标准原器”的质量 2.导出单位 是基本单位的组合。 二.量纲(dimension) 1.量纲 ·基本量以 T、L和M表示 ·导出量可用T、L和M的幂次组合表示 如 [F] = MLT-2 该表示式(或幂次)称该物理量的量纲 2.量纲应用(举例) 检验等式---一个等式中各项的量纲均应相同。 例如 各项量纲均为 [L] §3 技术中常见的几种力(自学) 1.重力 2.弹力 3.摩擦力(静摩擦力、滑动摩擦力) §4 基本自然力 ·近代科学证明：自然界中只存在四种基本 力。 ·对每种力要注意：相互作用的物体； 强度；力程。 一.基本自然力 作用力 万有引力 电磁力 弱力 强力 力程 ( 长程力 ( 长程力 10-17m 短程力 10-15m 短程力 强度 10-38 (10-34N) 最弱 10-2 (102N) 10-13 (10-9N) 1 (104N) 相互 作用 物体 一切物 体之间 一切带 电粒子 之间 多数粒 子之间 强子之间 (核子、介 子、超子) 核力属强力 其他 特点 大尺度范围内起 决定作用 (天体) 主要发生在粒子衰变及俘获过程中 (比强力更普 遍—如电子不受强力但受弱力) 媒介子 引力子 (尚未发现) 光子 ( 中间玻色 子W(，Z0 (1983年发 现) 胶子G (已被间接确认尚未被分 离出来) *粒子间的相互作用是通过场来传递的，在场的 量子理论中，相互作用通过交换媒介子实现。 二.关于力的统一 ·“统一”：是一种进步, 是对客观世界认识的深化 (如电和磁的统一)。 ★四种基本力： 电磁力、引力---人们已认识了几百年， 强力、弱力 ---20世纪才被发现。 ★物理学家的目标：弄明白 ·四种力可否从一种更基本、 更简单的力导出? ·各种力是否能统一在 一种一般的理论中? ·表面上看起来不同的力是否只不过是 一个普遍力的不同表现形式? ★20世纪20年代，爱因斯坦最早着手这一 工作。最初是想统一电磁力和引力，但未 成功。 ★已做和待做的工作： ·弱、电统一：1967年温伯格等提出理论 1983年实验证实理论预言 ·大统一(弱、电、强 统一)： 已提出一些理论，因目前加速 器能量不够而无法实验证实。 (需1015GeV，现103GeV) ·超大统一：四种力的统一 §5 牛顿定律应用举例 解题思路：·认物体(研究对象m) ·看运动 ·分析力(求合力) 隔离体受力图 ·列方程 (选坐标，列原始方程) 牛顿定律分量方程： x向 Fx = max y向 Fy = may [例1]已知l长的绳端拴一质量m的小球(另 一端固定在o点)，自水平位置由静止释 放。求球摆至任一位置时，球的速度及绳 中的张力。 解：物体： m 受力：张力T 重力mg 方程：·矢量方程