大學(xué)物理-牛頓運(yùn)動(dòng)定律詳解課件

1、In 1687, The Mathematical Principles of Natural Philosophy Issac Newton (16421727) 1第二章牛頓運(yùn)動(dòng)定律Newtons Laws of Motion本章： 牛頓運(yùn)動(dòng)定律 SI單位和量綱 基本的自然力 常見(jiàn)的幾種力牛頓三大定律、慣性系、非慣性系、慣性力、科里奧利力、量綱21、FK4系：以1535顆恒星平均靜止位形作為基準(zhǔn)目前最精確實(shí)用的慣性系：太陽(yáng)系z(mì)x y地心系地面系2、太陽(yáng)系：由天文學(xué)觀測(cè)結(jié)果得出，繞銀河系中心公轉(zhuǎn)的法向加速度約為 比較精確 33、地心系：繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的法向加速度約為 較好的慣性系 太陽(yáng)系z(mì)x y

2、地心系地面系4、地面系：地球自轉(zhuǎn)使赤道處的物體產(chǎn)生的法向加速度為較差4非慣性系包括：平動(dòng)加速系、轉(zhuǎn)動(dòng)系6.* 非慣性系、慣性力與科里奧利力 一、平動(dòng)加速系中的慣性力若沿用牛頓定律的形式，則必認(rèn)為小球受力為再看一例5 在 S 系中, 牛頓第二定律成立代入中得設(shè) 系相對(duì)慣性系 S 以加速度 平動(dòng)在慣性系 S 中，設(shè)質(zhì)點(diǎn)的加速度為 真實(shí)力 ， 質(zhì)點(diǎn)的加速度在非慣性系 中，設(shè)質(zhì)點(diǎn)的加速度為在 系中, 形式上的牛頓第二定律：6慣性力有真實(shí)的效果。平移慣性力各處均勻，與質(zhì)點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。質(zhì)點(diǎn)所受平移慣性力的大小，等于質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量和此非慣性系整體相對(duì)慣性系的加速度的乘積，方向與此加速度的方向相反平移慣性力牛頓力

3、學(xué)認(rèn)為慣性力是“假想力”不是物體間的相互作用，沒(méi)有反作用力。，7設(shè)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，物體 m 相對(duì)圓盤靜止轉(zhuǎn)動(dòng)系中的慣性力、科里奧利力8物體相對(duì)圓盤運(yùn)動(dòng)時(shí)，還要受科里奧利力向心加速度科里奧利加速度代入 S 系牛頓第二定律 ，得圓盤系中形式上的牛頓第二定律：科里奧利力：真實(shí)力慣性離心力科里奧利力9槽壁真實(shí)力離心力科里奧利力【例】圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，物體m相對(duì)圓盤沿徑向運(yùn)動(dòng)的情況的科里奧利力：北半球，沖刷右岸【演示實(shí)驗(yàn)】科里奧利力10與中學(xué)地理知識(shí)矛盾了？怎么回事？11 1851年傅科在巴黎（北半球）的一個(gè)大廳里懸掛擺長(zhǎng) 67 米的擺。發(fā)現(xiàn)擺動(dòng)平面每小時(shí)沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)1115角度。傅科擺擺面的旋轉(zhuǎn)東西南北

4、【演示實(shí)驗(yàn)】12在地面系看：地球不轉(zhuǎn)，擺面轉(zhuǎn)。在恒星系看：地球轉(zhuǎn)，擺面不轉(zhuǎn)。恒星科里奧利力來(lái)源于恒星的引力!？物體的慣性依賴于宇宙及其分布馬赫原理不同意見(jiàn)：宇宙物質(zhì)分布不對(duì)稱慣性不對(duì)稱？132.2 SI單位和量綱 SI Units and Dimension1. SI單位力學(xué)基本量：長(zhǎng)度(m)、質(zhì)量(kg)、時(shí)間(s)SI(System International) 國(guó)際單位制1960年第11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)通過(guò)導(dǎo)出量： 速度(m/s)、加速度(m/s2)、力(N) 等量綱將一個(gè)物理量用若干基本量的冪乘表出的式子，稱為該物理量的量綱14e.g.v=LT-1a=LT-2F=MLT-2=T-1=T-

5、2 量綱分析利用量綱來(lái)檢驗(yàn)文字結(jié)果正 確性的方法152009年高考題162.3 常見(jiàn)的幾種力 Some Forces 1.重力: F = mg2.彈性力: F = kx3.摩擦力滑動(dòng)摩擦力大小: f =kN最大靜摩擦力大小: fmax= sN4.流體阻力: v 較大時(shí): f = kv2 v 較小時(shí): f = kv17Notes萬(wàn)有引力大小：（引力常量G = 6.67 1011 Nm2/kg2）就萬(wàn)有引力而言，質(zhì)量分布具有球?qū)ΨQ性的物體，等效于全部質(zhì)量集中于球心的質(zhì)點(diǎn)182.4 基本的自然力 Fundamental Interaction 萬(wàn)有引力電磁力強(qiáng)力弱力11061038102 種 類 相

6、對(duì)強(qiáng)度 作用距離 1015m 1018m不限不限19應(yīng)用牛頓定律解題兩類問(wèn)題：已知力求運(yùn)動(dòng) 已知運(yùn)動(dòng)求力解題思路：確定物體分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，初始條件）分析受力（要畫圖）選取坐標(biāo)系，列方程，求解，討論20兩類問(wèn)題：已知力求運(yùn)動(dòng)；已知運(yùn)動(dòng)求力解題思路：分析運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；分析受力； 列方程；應(yīng)用牛頓定律解題求解，討論。選參考系、坐標(biāo)系；提高型附錄*21運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析受力【例】柔軟細(xì)繩長(zhǎng)為l，小球質(zhì)量為m，求擺下至 角時(shí)小球的速度和繩的張力。自然坐標(biāo)系列方程：解（切向）（法向）選擇參考系張力的概念lmOvmg22求解：運(yùn)動(dòng)學(xué)條件初始條件【討論】有簡(jiǎn)捷解法嗎？定解問(wèn)題：23【例】繞在固定圓柱上的柔軟細(xì)

7、繩的一端拴一條船，另一端用手拉住。圓柱的半徑為R，繞在圓柱上的那段繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，圓柱面與繩之間的靜摩擦系數(shù)為. 當(dāng)平衡時(shí)船一端的拉力為T0，求繩另一端的拉力TL（保持T0TL）。船TLT0L24 圓柱面對(duì)繩有摩擦力，繩中各處的張力可能不同。O解 力的平衡問(wèn)題。 想象地把繩分為許多小段，通過(guò)分析一小段繩的受力情況，建立各小段繩之間的相互作用關(guān)系（微分方程）。【討論】：為什么張力二個(gè)，N 和 f 各一個(gè)？靜摩擦力 f 的方向？ 為什么B 端張力為 T+dT ?T0TL25O切向：徑向：26各小段繩之間的相互作用關(guān)系（微分方程）: 結(jié)論：靜摩擦系數(shù)越大，繞在圓柱上的繩越長(zhǎng)，繩另一端的拉力就越小。 27Chap.