牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)習(xí)

牛頓運(yùn)動(dòng)定律學(xué)習(xí)1第1頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一2.1牛頓運(yùn)動(dòng)定律一.牛頓第一定律（慣性定律）和慣性系任何物體如果沒有力作用在它上面，都將保持靜止的或作勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。1.定義了慣性參考系靜止或運(yùn)動(dòng)相對(duì)誰?2.定性了物體的慣性和力保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)慣性系遙遠(yuǎn)的星體作為慣性系列車上的演員馬赫：一切運(yùn)動(dòng)都是相對(duì)于某種物質(zhì)實(shí)體而言。2第2頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一二、牛頓第二定律定義質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量：內(nèi)容：某時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)受的合力為則，合力與動(dòng)量的變化率有關(guān)系：3第3頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一重要概念在慣性系中使用

慣性質(zhì)量(慣性的量度)在牛頓力學(xué)范圍內(nèi)由于質(zhì)量測量與運(yùn)動(dòng)無關(guān)，所以常見到關(guān)系是：兩式統(tǒng)一的證明4第4頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一三、牛頓第三定律

內(nèi)容作用與反作用重要概念

施力與受力同時(shí)出現(xiàn)同時(shí)消失對(duì)參考系無特殊要求(由牛頓創(chuàng)造性發(fā)現(xiàn)的)5第5頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一牛頓力學(xué)的勝利

1978年發(fā)射空間飛船ISEE3，4年后經(jīng)37次點(diǎn)火和5次飛近太陽而進(jìn)入了一個(gè)復(fù)雜的軌道。85年攔截了一個(gè)彗星，86年與哈雷慧星相遇。2012年返回。6第6頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)用實(shí)例戰(zhàn)斗機(jī)副油箱；騎車帶人慢；減肥、電梯下。我國超七戰(zhàn)機(jī)7第7頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一重要概念1.慣性

inertia

維持原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的屬性(慣性定律)2.慣性系慣性定律在其中嚴(yán)格成立的參考系叫慣性參考系，簡稱慣性系8第8頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一最好的慣性系：FK4系是由1535個(gè)恒星平均靜止位形作為基準(zhǔn)的參考系

哪些參考系是慣性系呢？只能靠實(shí)驗(yàn)來確定相對(duì)已知慣性系勻速運(yùn)動(dòng)的參考系也是慣性系目前慣性系的認(rèn)識(shí)情況是稍好點(diǎn)的慣性系：太陽一般工程上可用的慣性系地球(地心或地面)9第9頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一§4非慣性系中的慣性力

一、問題的提出

二、平動(dòng)加速參考系的(平移)慣性力三、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)參考系

10第10頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一一、問題的提出我們知牛頓第二定律必須在慣性系中使用；又知牛頓定律是質(zhì)點(diǎn)力學(xué)的基礎(chǔ)定律。但有些實(shí)際問題只能在非慣性系中解決，怎么方便地使用牛頓第二定律？

辦法是：在分析受力時(shí)，只需加上某種

“虛擬”的力（稱為慣性力）就可在非慣性系中使用牛頓第二定律的形式11第11頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一2.5慣性系和非慣性系地面參考系，自轉(zhuǎn)加速度地心參考系，公轉(zhuǎn)加速度太陽參考系，繞銀河系加速度牛頓定律在慣性系成立aEaS在E參考系，運(yùn)動(dòng)符合牛頓定律，在S則不然近似慣性系a~3.4

cm/s2a~310-8

cm/s2a~0.6

cm/s212第12頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一二、平動(dòng)加速參考系的(平移)慣性力地面火車設(shè)：地面參考系為慣性系火車參考系相對(duì)地面參考系加速平動(dòng)加速度為質(zhì)點(diǎn)在火車參考系中運(yùn)動(dòng)的加速度為13第13頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一在地面參考系中可使用牛頓第二定律（1）在火車參考系中形式上使用牛頓第二定律（2）變形地面火車14第14頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一分析：1.我們認(rèn)識(shí)的牛頓第二定律形式：左邊是合力右邊是質(zhì)量乘加速度

合力是相互作用力之和2.非慣性系中“合力”=相互作用力之和+3.在非慣性系中牛頓第二定律的形式為15第15頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一就是慣性力因?yàn)槭窃谄揭品菓T性系中引進(jìn)的慣性力，所以叫平移慣性力3.在非慣性系中牛頓第二定律的形式為式中相互作用，慣性力是參考系加速運(yùn)動(dòng)引起的附加力，本質(zhì)上是物體慣性的體現(xiàn)。它不是物體間的沒有反作用力，但有真實(shí)的效果。16第16頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一二戰(zhàn)中的小故事：美Tinosa號(hào)潛艇攜帶16枚魚雷離敵艦4000碼發(fā)射4枚斜向攻擊使敵艦停航離敵艦875碼垂直攻擊發(fā)射11枚均未爆炸！在太平洋敵艦體分析：Fi垂直、近距慣性力大摩擦力大a0撞針滑塊雷管導(dǎo)板魚雷S′您能改進(jìn)嗎？17第17頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一平移慣性力在地球上的效應(yīng)實(shí)際上地球是一個(gè)非慣性系慣性力必然有實(shí)際的效應(yīng)。

太陽引力失重和潮汐現(xiàn)象都是平移慣性力在非慣性系中的實(shí)際效應(yīng)。18第18頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一在飛船中可驗(yàn)證慣性定律宇航員將水果擺放在立圓的圓周上，不受力，維持圖形不變19第19頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一

飛船中驗(yàn)證了慣性定律（真正驗(yàn)證慣性定律的參考系恰恰是相對(duì)牛頓慣性系的加速系，認(rèn)識(shí)上的飛躍）20第20頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一漲潮和退潮2.潮汐現(xiàn)象利用平移慣性力可解釋潮汐現(xiàn)象21第21頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一22第22頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一地球月亮漲潮落潮月球?qū)Φ孛嫔虾Ｋ囊绷β涑睗q潮月月日地地大潮小潮大潮與小潮日引潮力常觸發(fā)地震地震常發(fā)生于陰歷初一、十五附近（大潮期），如：76.陰7.2,唐山93.陰8.15,印度95.陰12.17,神戶23第23頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一三、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)參考系慣性離心力科里奧利力1.離心力inertialcentrifugalforce在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參考系上考察一個(gè)靜止物體則物體的慣性離心力為轉(zhuǎn)盤相對(duì)慣性系的加速度是24第24頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一2.科里奧利力Coriolisforce相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)參考系運(yùn)動(dòng)的物體，除受到離心力外，還受到一個(gè)力，稱科里奧利力。表達(dá)式為：25第25頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一1、科里奧利力的特征1）與相對(duì)速度成正比只有在轉(zhuǎn)動(dòng)參考系中運(yùn)動(dòng)時(shí)才出現(xiàn)2）與轉(zhuǎn)動(dòng)角速度一次方成正比當(dāng)角速度較小時(shí)，科氏力比慣性離心力更重要3）科氏力方向垂直相對(duì)速度該力不會(huì)改變相對(duì)速度的大小4）科氏力在地球上的表現(xiàn)討論科氏力：26第26頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一北半球的河流水流的右側(cè)被沖刷較重落體向東偏斜付科擺擺動(dòng)平面偏轉(zhuǎn)證明地球的自轉(zhuǎn)北半球的科氏力信風(fēng)的形成旋風(fēng)的形成27第27頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一赤道附近的信風(fēng)(北半球東北，南半球東南)28第28頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一傅科擺▲傅科擺擺錘28kg，擺平面轉(zhuǎn)動(dòng)）頂視11223擺平面轉(zhuǎn)動(dòng)周期北京，巴黎，這是在地球上驗(yàn)證地球轉(zhuǎn)動(dòng)的著名的實(shí)驗(yàn)。（傅科，1851，巴黎偉人祠，擺長67m，地球擺29第29頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一2.8應(yīng)用牛頓定律解題微積分30第30頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一31第31頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一⑵32第32頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一33第33頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一34第34頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一35第35頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一作業(yè)：課本；109頁第2、23、25題36第36頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一補(bǔ)充例題：考慮空氣阻力的落體運(yùn)動(dòng)（變力直角坐標(biāo)系）已知：>0求：解：第二步：列牛頓定律方程（原理式）第一步：畫質(zhì)點(diǎn)m的受力圖37第37頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一第三步：解上述微分方程1.分離變量2.兩邊分別積分由#3.得解（同學(xué)自解）38第38頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一例2單擺在垂直面內(nèi)擺動(dòng)（變力自然坐標(biāo)系）已知：水平

求:繩中的張力和加速度解：原理式運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系式39第39頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一得#40第40頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一1）上述結(jié)果是普遍解適用于任意位置2）如特例：中學(xué)時(shí)會(huì)解牛頓定律機(jī)械能守恒討論41第41頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一例3粗繩的張力（您知道：張力有個(gè)分布嗎？）拉緊的繩中任一截面兩側(cè)的兩部分之間的相互作用力稱該截面處的張力----彈性力如圖，質(zhì)量均勻分布的粗繩拉重物。已知：求：距頂端為米處繩中的張力42第42頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一解：對(duì)繩用牛頓第二定律若若繩的質(zhì)量忽略，則張力等于外力。已知：求：距頂端為x米處繩中的張力#43第43頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一例4絞盤可以使人通過繩子用很小的力拉住很大張力作用下的物體繩子與圓柱間的摩擦系數(shù)為繩子繞圓柱的張角為試求人拉繩子的力TB

靠靜摩擦實(shí)現(xiàn)用小力拉大力。繩子質(zhì)量不能忽略不同質(zhì)量處張力不同質(zhì)量連續(xù)體怎么使用牛頓第二定律？分解成許多質(zhì)量元，對(duì)每個(gè)質(zhì)量元分別使用定律。設(shè)繩子承受的巨大拉力TA分析：44第44頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一解：任取一質(zhì)量元dm化簡45第45頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一分離變量分別積分結(jié)果討論#46第46頁，共49頁，2023年，2月20日，星期一如用絞盤制動(dòng)一個(gè)待下水的船無絞盤噸力在座的哪個(gè)人行？哪個(gè)人都不行！有絞盤噸力在座的哪個(gè)人都行！47