大學(xué)物理 課件 第一章-1.3

授課教師XXX第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)第一節(jié)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述第二節(jié)圓周運(yùn)動(dòng)第三節(jié)牛頓定律第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)1.3牛頓定律掌握牛頓定律的定義。會(huì)用牛頓定律分析并解決實(shí)際問題。理解幾種常見力的定義及力學(xué)單位制和量綱。學(xué)

習(xí)

要

求情境與問題加速度傳感器是一種能感受加速度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的傳感器，被廣泛用于汽車制動(dòng)啟動(dòng)檢測、游戲控制、手柄振動(dòng)和搖晃、地震監(jiān)測、工程測振、地質(zhì)勘探、振動(dòng)測試與分析等多種領(lǐng)域。那么，加速度傳感器的工作原理是什么呢？第二章牛頓定律

牛頓關(guān)于運(yùn)動(dòng)的三個(gè)定律，是整個(gè)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)

1686年，牛頓(Newton)在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》一書中發(fā)表了牛頓運(yùn)動(dòng)三定律.牛頓（1643－1727）英國物理學(xué)家,經(jīng)典物理學(xué)的奠基人.本講的重點(diǎn)：牛頓定律在坐標(biāo)系中的表現(xiàn)形式.

難點(diǎn)：曲線運(yùn)動(dòng)中牛頓定律的表達(dá)形式.什么因素影響質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變？與物體本身性質(zhì)有關(guān)，與物體相互作用有關(guān).如何轉(zhuǎn)彎？如何加速？車為什么會(huì)啟動(dòng)？牛頓定律一.牛頓第一定律(慣性定律)(Newton’sFirstLaw)

任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),直至其它物體所作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止.1.慣性(inertia)數(shù)學(xué)形式：

物體保持其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的特性.即:物體保持其原運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力.牛頓定律質(zhì)量是對物體慣性大小的量度二.牛頓第二定律(Newton’sSecondLaw)(物體的動(dòng)量)1.定律的一般表述數(shù)學(xué)描述：2.定律的常用表述

當(dāng)物體的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速時(shí)，物體質(zhì)量不變物體所受的合外力等于物體動(dòng)量對時(shí)間的變化率.意義:

物體的加速度與物體所受的合外力成正比,與物體的質(zhì)量成反比.牛頓定律在直角坐標(biāo)系中的投影式:在自然坐標(biāo)系中的投影式:A注：

為A處曲線的曲率半徑．牛頓定律(2)牛頓定律只適用于質(zhì)點(diǎn).(3)力的疊加原理:(1)

瞬時(shí)關(guān)系，

僅成立于慣性參考系.Notes:三.牛頓第三定律(Newton’ThirdLaw)

當(dāng)物體A以力作用在物體B上時(shí)，物體B也必定同時(shí)以力作用在物體A上,兩力作用在同一直線上,大小相等,方向相反.牛頓定律三.牛頓第三定律(Newton’ThirdLaw)數(shù)學(xué)形式：注：(1)作用力和反作用力成對,同時(shí)存在.(2)分別作用于兩個(gè)物體上,不能抵消.(3)屬于同一種性質(zhì)的力.(4)物體靜止或運(yùn)動(dòng)均適用.例:分析物體間的相互作用力.地球牛頓定律2-2物理量的單位和量綱單位和量綱本節(jié)的重點(diǎn)：基本單位和導(dǎo)出單位.

難點(diǎn)：物理量的量綱.一.單位制1984年2月27日，我國國務(wù)院頒布實(shí)行以國際單位制（SI）為基礎(chǔ)的法定單位制．國際單位制規(guī)定了七個(gè)基本單位．P242力學(xué)的基本單位物理量長度質(zhì)量時(shí)間單位名稱米千克秒符號(hào)mKgs

1m是光在真空中在(1/299792458s)內(nèi)所經(jīng)過的距離．

1s是銫的一種同位素133Cs原子發(fā)出的一個(gè)特征頻率光波周期的9192631770倍．

“千克標(biāo)準(zhǔn)原器”是用鉑銥合金制造的一個(gè)金屬圓柱體，保存在巴黎度量衡局中．其他力學(xué)物理量都是導(dǎo)出量．力學(xué)還有輔助量：弧度rad．速度：導(dǎo)出量：力：功：(derived)

單位和量綱導(dǎo)出量和基本量之間的關(guān)系可以用量綱來表示某一物理量

的量綱:二.量綱(dimension)某一物理量

的量綱:如：

速度的量綱是:

角速度的量綱是:

力的量綱是:二.量綱(dimension)量綱作用(1)可定出同一物理量不同單位間的換算關(guān)系．(2)量綱可初步檢驗(yàn)等式的正誤．(3)從量綱分析中定出方程中比例系數(shù)的量綱和單位．

如：單位和量綱②無量綱量可以有單位.如行星軌道周期變短的速率其單位是秒/世紀(jì),但無量綱；Notes:①只有量綱相同的物理量才能相加減或用等號(hào)聯(lián)接；③無量綱的量常常有重要應(yīng)用；單位和量綱④量綱檢查法在求解問題和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到。m1

m2r2-3幾種常見的力幾種常見的力本節(jié)的重點(diǎn)：三種力的表達(dá)形式.

一.萬有引力引力常數(shù)：重力地表附近：月球表面的附近的重力加速度為：(gravity)(1)依據(jù)萬有引力定律定義的質(zhì)量叫引力質(zhì)量，常見的用天平稱量物體的質(zhì)量就是測引力質(zhì)量；依據(jù)牛頓第二定律定義的質(zhì)量叫慣性質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)表明：對同一物體來說，兩種質(zhì)量總是相等。(2)重力是地球?qū)ξ矬w萬有引力的一個(gè)分力,另一分力為物體隨地球繞地軸轉(zhuǎn)動(dòng)提供的向心力.說明引力重力二.彈性力(elasticforce)幾種常見的力三種常見形式：(1)兩個(gè)物體相互擠壓；方向:垂直于接觸面指向?qū)Ψ?。大?取決于擠壓程度。(2)繩中的張力(3)彈簧的彈力；彈性限度內(nèi)，彈性力滿足胡克定律：彈性力：兩個(gè)相互接觸并產(chǎn)生形變的物體企圖恢復(fù)原狀而彼此互施作用力。條件：物體間接觸，且有形變。三.摩擦力(frictionforce)

當(dāng)兩個(gè)互相接觸的物體有相對運(yùn)動(dòng)或有相對運(yùn)動(dòng)的趨勢時(shí),就會(huì)產(chǎn)生一種阻礙相對運(yùn)動(dòng)或相對運(yùn)動(dòng)趨勢的力.1.滑動(dòng)摩擦力

滑動(dòng)摩擦力fk與正壓力N

成正比,與兩物體的表觀接觸面積無關(guān).大?。篺k=

kN其中：

k為滑動(dòng)摩擦系數(shù)★當(dāng)相對速度不很大時(shí),動(dòng)摩擦力與速度無關(guān).幾種常見的力幾種常見的力

流體(液體或氣體)不同層之間由于相對運(yùn)動(dòng)而造成的阻力,稱為黏滯阻力或濕摩擦力.

當(dāng)物體與接觸面存在相對滑動(dòng)趨勢時(shí),物體所受到接觸面對它的阻力.其方向與相對滑動(dòng)趨勢方向相反.★最大靜摩擦力：

s為靜摩擦系數(shù).2.靜摩擦力★一般情況:

3.黏滯阻力★

靜摩擦力的大小隨外力的變化而變化.幾種常見的力2-4牛頓定律的應(yīng)用舉例牛頓定律應(yīng)用本節(jié)的重點(diǎn)：牛頓定律的應(yīng)用.

難點(diǎn)：用積分方法求解一些動(dòng)力學(xué)問題.一.解題步驟隔離物體

在直角坐標(biāo)系中:在自然坐標(biāo)系中:解題步驟:建立坐標(biāo)結(jié)果討論列方程受力分析已知力求運(yùn)動(dòng)方程:二.兩類常見問題已知運(yùn)動(dòng)方程求力:(1)如圖所示滑輪和繩子的質(zhì)量均不計(jì)，滑輪與繩間的摩擦力以及滑輪與軸間的摩擦力均不計(jì)．且

．求重物釋放后，物體的加速度和繩的張力．例1:阿特伍德機(jī)

（2）若將此裝置置于電梯頂部，當(dāng)電梯以加速度

相對地面向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，求兩物體相對電梯的加速度和繩的張力．解:畫受力圖、選取坐標(biāo)如圖.(1)以地面為參考系,牛頓定律應(yīng)用解:畫受力圖、選取坐標(biāo)如圖.(1)以地面為參考系,牛頓定律應(yīng)用解:

設(shè)兩物體相對于地面的加速度分別為

，且相對電梯的加速度為

.解得:(2)設(shè)以地面為參考系.牛頓定律應(yīng)用

例2:如圖長為的輕繩，一端系質(zhì)量為

的小球，另一端系于定點(diǎn)

，

時(shí)小球位于最低位置，并具有水平速度

，求小球在任意位置的速率及繩的張力．解:受力分析，且建立自然坐標(biāo)系.根據(jù)牛頓定律列方程.牛頓定律應(yīng)用

例2:如圖長為的輕繩，一端系質(zhì)量為

的小球，另一端系于定點(diǎn)

，

時(shí)小球位于最低位置，并具有水平速度

，求小球在任意位置的速率及繩的張力．解:牛頓定律應(yīng)用例3:如圖擺長為

的圓錐擺細(xì)繩一端固定在天花板上，另一端懸掛質(zhì)量為

的小球，小球經(jīng)推動(dòng)后，在水平面內(nèi)繞通過圓心

鉛直軸作角速度為

的勻速率圓周運(yùn)動(dòng)．問繩和鉛直方向所成的角度為多少？空氣阻力不計(jì)．（P35例6）解:受力分析,且建立坐標(biāo)系.在法線方向列的方程.在切線方向列方程？在豎直方向列方程！牛頓定律應(yīng)用在法線方向列的方程.在豎直方向列方程！越大，也越大.利用此原理，可制成蒸汽機(jī)的調(diào)速器（如圖所示）.牛頓定律應(yīng)用知識(shí)拓展工程技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用1.在汽車設(shè)計(jì)和控制中，利用牛頓第一定律來設(shè)計(jì)車輛的懸掛系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以優(yōu)化車輛的穩(wěn)定性和操控性；2.在航空航天工程中，需要根據(jù)牛頓第二定律來計(jì)算航天器的加速度和所需推力