高二物理競(jìng)賽牛頓定律的適用范圍課件

§2－4

慣性系和非慣性系運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的，運(yùn)動(dòng)的描述是相對(duì)的。運(yùn)動(dòng)學(xué)中，參考系選擇是任意的。動(dòng)力學(xué)中，參考系選擇不是任意的。應(yīng)用牛頓定律時(shí)，如何選擇參考系。選擇不同的參考系，同一物體的運(yùn)動(dòng)形式不同。一個(gè)參考系相對(duì)于另一參考系加速平動(dòng)地面參考系：小球保持靜止?fàn)顟B(tài)車子參考系：

小球加速度為

結(jié)論：牛頓運(yùn)動(dòng)定律在地面參考系中成立，在車子參考系中不成立。

牛頓運(yùn)動(dòng)定律在一些參考系中成立，在一些參考系中不成立。一、慣性參考系和非慣性參考系

在一個(gè)參考系觀察，一個(gè)不受力作用或處于平衡狀態(tài)的物體，將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，這個(gè)參考系叫慣性系。反之，叫做非慣性參考系.一個(gè)參考系是不是慣性系只能由實(shí)驗(yàn)確定。

天文學(xué)研究表明：太陽參考系是很好的慣性系。

地球繞太陽公轉(zhuǎn)的加速度為6×10-3m/s2，地球自轉(zhuǎn)赤道的加速度為3.4×10-2m/s2慣性系的重要性質(zhì)：

如果我們確定了某一參考系為慣性系，則相對(duì)于慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的其它參考系也一定是慣性系。在一般工程精度范圍內(nèi)地面參考系是近似的慣性系二、非慣性系中的力學(xué)定律為非慣性系相對(duì)于慣性系的加速度為質(zhì)點(diǎn)相對(duì)于非慣性系的加速度虛構(gòu)慣性力在非慣性系中，物體m除受實(shí)際力外，還受到假象的慣性力，牛頓運(yùn)動(dòng)方程表示為2.幾種保守力的功1）重力所作的功

取物體與地球組成一個(gè)系統(tǒng)，重力是兩者之間的內(nèi)力，物體從

a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到

b點(diǎn)的過程中，計(jì)算重力所作的功.yxhbha

0ab

在元位移中，重力所做的元功是在直角坐標(biāo)系中yxhbha

0ab2）萬有引力的功

兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為M和m，它們之間有萬有引力作用。M靜止，以M為原點(diǎn)O建立坐標(biāo)系，研究m相對(duì)M的運(yùn)動(dòng)。m在M的作用下，從a移動(dòng)到b，萬有引力所做的功3）彈性力的功如圖所示的彈簧振子，彈簧原長(zhǎng)l0，質(zhì)點(diǎn)位于o點(diǎn)。取o點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，水平向右為x軸。由胡克定律xxbOxax設(shè)兩點(diǎn)為彈簧伸長(zhǎng)后物體的兩個(gè)位置，和分別表示物體的位移。共同特征1做功與相對(duì)路徑無關(guān)，只與始末位置有關(guān)。共同特征2這些力所做的功都可以表示為某個(gè)函數(shù)的末態(tài)值與初態(tài)值之差的負(fù)值。這個(gè)函數(shù)稱為勢(shì)能函數(shù)，簡(jiǎn)稱勢(shì)能.重力、萬有引力、彈性力都是保守力。

以上討論的三種情況，都不是單個(gè)力的功，而是一對(duì)內(nèi)力的總功。其共同特征有：重力勢(shì)能保守力做功等于勢(shì)能增量的負(fù)值。保守力做功和勢(shì)能增量的關(guān)系萬有引力勢(shì)能彈性勢(shì)能3.勢(shì)能1）根據(jù)動(dòng)能定理，保守力做功使動(dòng)能增加.保守力做功，將系統(tǒng)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為等量的動(dòng)能.討論2)

勢(shì)能屬于相互作用物體之間，即屬于相互作用的系統(tǒng)，不為單個(gè)物體所具有。3）系統(tǒng)內(nèi)物體之間相互作用的形式不同，勢(shì)能表達(dá)式不同。4）勢(shì)能之差等于是絕對(duì)量5）要給出某點(diǎn)的勢(shì)能值是多少，必須規(guī)定勢(shì)能零點(diǎn)（勢(shì)能參考點(diǎn)）。若選末態(tài)b為勢(shì)能零點(diǎn),任意點(diǎn)a的勢(shì)能為勢(shì)能等于從a點(diǎn)到勢(shì)能零點(diǎn)b，保守力所做的功。6）勢(shì)能零點(diǎn)可以任意選取，習(xí)慣的取法是使勢(shì)能函數(shù)的形式最簡(jiǎn)單。7）常見的勢(shì)能的勢(shì)能零點(diǎn)重力（系統(tǒng)）勢(shì)能：通常選取地面處為重力勢(shì)能零點(diǎn)引力（系統(tǒng)）勢(shì)能：通常選取無窮遠(yuǎn)處為萬有引力勢(shì)能零點(diǎn)彈性（系統(tǒng)）勢(shì)能：通常選取彈簧沒有形變處為彈性勢(shì)能零點(diǎn)8）勢(shì)能曲線重力勢(shì)能彈性勢(shì)能引力勢(shì)能例某彈性力與彈簧伸長(zhǎng)量的關(guān)系為求（1）彈簧從x1伸長(zhǎng)到x2時(shí)，外力需做的功（2）此彈簧力是保守力嗎？答：此彈簧力做功只與彈簧的初末狀態(tài)有關(guān)，該彈簧力是保守力。解：五、機(jī)械能守恒定律1.功能原理對(duì)質(zhì)點(diǎn)系，由質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理內(nèi)力分為保守內(nèi)力與非保守內(nèi)力由保守力的功和勢(shì)能增量的關(guān)系引入機(jī)械能

質(zhì)點(diǎn)系的功能原理：質(zhì)點(diǎn)系所受的外力的功與非保守內(nèi)力的功之和等于系統(tǒng)機(jī)械能的增量。2.機(jī)械能守恒定律當(dāng)時(shí)，有或E=恒量機(jī)械能守恒定律：只有保守內(nèi)力做功的情況下，質(zhì)點(diǎn)系的機(jī)械能保持不變

.對(duì)一孤立系統(tǒng)，必有機(jī)械能守恒的條件為,僅有保守力做功。守恒定律的意義

不究過程細(xì)節(jié)而能對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)下結(jié)論，這是各個(gè)守恒定律的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn).例

如圖的系統(tǒng)，物體A，B置于光滑的桌面上，物體A和C,B和D之間摩擦因數(shù)均不為零，首先用外力沿水平方向相向推壓A和B，使彈簧壓縮，后拆除外力，則A和B彈開過程中，對(duì)A、B、C、D組成的系統(tǒng)（A）系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒（B）系