chapter2牛顿运动定律2011formathnew.ppt

* 第二章 牛顿运动定律 2.1 牛顿运动定律 2.2 牛顿运动定律的应用举例 2.3 国际单位制与量纲 2.4 几种常见的力 2.5 基本的自然力 2.6 惯性参考系和力学相对性原理 2.7 非惯性系和惯性力 2.8 *科里奥利力 2.1 牛顿运动定律 动力学——研究物体之间的相互作用，以及这种相互作用所引起的物体的运动状态发生变化的规律。 牛顿运动定律——质点动力学的基础。 本章讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动的初步应用。 一、牛顿第一定律 1、内容 任何物体都保持静止或沿一条直线作匀速运动状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 2、说明 伽利略----迪卡尔----牛顿 1) 第一定律不能直接用实验严格地验证，它是理想化抽象思维的产物。是大量观察与实验事实的抽象与概括。 现代说法: 自由粒子永远保持静止或匀速直线运动的状态 数学表达式： ， =恒量 3) 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？ 2) 第一定律定义了一类重要的参考系:惯性系 牛顿第一定律的意义： 一定存在这样的参考系，在该系中，所有不受力的物体都保持自己的速度不变。这类参考系，称为惯性参考系，或称惯性系。 即：第一定律断言，惯性系一定存在。 二、牛顿第二定律 1、内容 运动的变化与所加的力成正比；并且发生在这力所沿的直线的方向上。 运动 物体动量 动量定义式 变化 对时间的变化率 牛顿认为： 质量与速度无关 力的叠加原理 2、说明 牛顿第二定律是质点动力学的核心方程； 牛顿第二定律只适用于质点的运动； 对应性：力产生自己的加速度； 矢量性：力只改变该方向上物体的运动状态； 瞬时性：合外力是与加速度相伴随的。 第二定律的主要思想在伽利略对抛体和斜面运动的分析中已有体现，牛顿将其总结为定律. 1). 质量 m 和力 F 的定义 在物理学中，一个物理量的定义，必须同时给出利用其它能够量度的量来计算它的一套规则。 能否这样定义: 质量就是质点所受外力与所产生的加速度之比。 作用在一个质点上的力就是它的质量乘以由于该力所产生的加速度。 逻辑循环 ? 解决方法: 规定质量是基本量，力可以看成是导出量。 质量定义: 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体。 我们这里定义的质量是用来描述物体的惯性的，所以我们又称它为惯性质量。 有了质量的单位，我们可以定义力的单位为牛顿. 2) 质量 m 是绝对量 在牛顿力学中，m是绝对量，与时间的选取无关，与坐标系的选取无关。 3) 质量具有可加性 4) 第二定律中的各量可直接测定，因而所给出的预言是明确的，可以用实验证伪。 5) 三、牛顿第三定律 1、内容 对于每一个作用，总有一个相等的反作用与之相反；或者说，两个物体对各自对方的相互作用总是相等的，而且指向相反的方向。 2、说明 从动力学角度看，有了前两个定律已经完整了。牛顿第三定律是关于力的性质的定律，而不是动力学本身的定律，它是牛顿独立发现的。 关于牛顿第三定律，有下列几点需要说明： 1）作用力与反作用力性质相同。譬如都为万有引力、电磁力、弹性力等。 2）作用力与反作用力作用在两个物体上， 永远不会相互抵消。 3、适用范围 由于第三定律不涉及运动，因而它与第一、第二定律不同，并不要求参考系是惯性系。 牛顿力学的时空观是绝对的：时间和空间是客观存在，并不因为在时空中是否存在物质或者是否存在运动而改变时空的结构和性质，因而空间可以用欧几里德空间来描述，它是处处“平坦”的，是各向同性的。同一个力在不同的参考系看来，其大小和绝对的方向都是不会改变的。牛顿的这个宇宙观，我们称之为“经典时空观”。 对于接触力，第三定律总是正确的。对于非接触力，第三定律则不一定正确。 作用力与反作用力相等而反向是以力的传递不需要时间为前提的，这是牛顿的超距作用的观点。如果力的传递速度是有限的，作用与反作用就不一定相等。 e.g. 接近光速运动的粒子 2.2 应用牛顿定律解题 动力学问题 已知力，求物体的运动状态； 已知物体的运动状态，求力。 解题步骤： 确定研究对象； 进行受力分析； 选择坐标系； 列运动方程； 解方程； 必要时进行讨论。 牛顿第一定律 (惯性定律) 牛顿第二定律 牛顿第三定律 一条长为 ，质量均匀分布的细链条 ，挂在半径可忽略的光滑钉子 上，开始时处于静止状态， 段长为