大学物理牛顿运动定律讲义全国公开课一等奖省赛获奖PPT课件.pptx
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1、第1页经典物理大师牛顿经典物理大师牛顿(16431727)我不知道在他人看来,我不知道在他人看来,我是什么样人;但在我自己我是什么样人;但在我自己看来,我不过就象是一个在看来,我不过就象是一个在海滨玩耍小孩,为不时发觉海滨玩耍小孩,为不时发觉比寻常更为光滑一块卵石或比寻常更为光滑一块卵石或比寻常更为漂亮一片贝壳沾比寻常更为漂亮一片贝壳沾沾自喜,而对于展现在我面沾自喜,而对于展现在我面前浩瀚真理海洋,却全然没前浩瀚真理海洋,却全然没有发觉。有发觉。牛顿牛顿第2页2.1 牛顿运动定律牛顿运动定律 质点所受协力为零,该质点就保持静止或者匀速质点所受协力为零,该质点就保持静止或者匀速直线运动状态不变。
2、直线运动状态不变。2.必定了必定了力力存在,并说明力是存在,并说明力是改变改变物体运动状态原物体运动状态原因,不是维持运动原因。因,不是维持运动原因。1.反应了任何物体都含有反应了任何物体都含有惯性惯性(维持原运动状态属性)(维持原运动状态属性)这一固有属性。所以牛顿第一定律又称为这一固有属性。所以牛顿第一定律又称为惯性定律惯性定律。“自由粒子自由粒子”总保持静止或匀速直线运动状态。总保持静止或匀速直线运动状态。任何质点都要保持其静止或匀速直线运动状态,任何质点都要保持其静止或匀速直线运动状态,直到外力迫使它改变这种状态为止。直到外力迫使它改变这种状态为止。一、牛顿第一定律(一、牛顿第一定律(
3、惯性定律)惯性定律)(Newtons First Law)第3页主要概念主要概念 2)惯性系)惯性系 惯性定律在其中严格成立参考系惯性定律在其中严格成立参考系叫惯性参考系,简称惯性系叫惯性参考系,简称惯性系 1)惯性)惯性 维持原运动状态属性维持原运动状态属性当前惯性系认识情况是当前惯性系认识情况是(1 1)FK4FK4系系:以以15351535颗颗恒恒星星平平均均静静止止位位形形作作为为基准基准最好惯性系。最好惯性系。(2 2)太太阳阳系系:太太阳阳中中心心为为原原点点,坐坐标标轴轴指指向向恒恒星星绕银河中心向心加速度绕银河中心向心加速度1.81.8 1010-10-10m/s2。稍好点惯性
4、系稍好点惯性系第4页(3 3)地地心心系系:地地心心为为原原点点,坐坐标标轴轴指指向向恒恒星星绕太阳向心加速度绕太阳向心加速度6 6 1010-3-3m/s2。(4 4)地地面面系系(试试验验室室系系):坐坐标标轴轴固固定定在在地地面上面上赤道处自转向心加速度赤道处自转向心加速度3.43.4 1010-2-2m/s2普通工程上可用惯性系:普通工程上可用惯性系:第5页二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律 (Newtons Second Law)动量为动量为 质点,在合外力作用下,其动量随时质点,在合外力作用下,其动量随时间改变率等于作用于物体合外力。间改变率等于作用于物体合外力。当当 时,时,为为常
5、量,常量,则则牛二律表明:牛二律表明:力是力是一个物体对另一个物体一个物体对另一个物体作用作用,这,这种作用迫使物体改变其运动状态,即产生种作用迫使物体改变其运动状态,即产生加速度加速度。定义质点定义质点动量动量:表示式:表示式:或:或:牛二牛二定义了物体定义了物体“惯性质量惯性质量”(m:惯性大小度量惯性大小度量)第6页1.牛顿定律研究对象是单个物体,即牛顿定律研究对象是单个物体,即质点质点。应用牛顿第二定律应注意:应用牛顿第二定律应注意:2.合外力与加速度关系合外力与加速度关系 ,是,是瞬时瞬时关系,关系,4.4.此式为此式为矢量关系矢量关系,通常要用分量式:通常要用分量式:3.是是协力协
6、力。力力叠加叠加原理:原理:第7页三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律(Newtons Third Law)地球地球1.作用力与反作用力总是作用力与反作用力总是成对出现成对出现。2.力力性质(类型)相同性质(类型)相同。3.分别分别作用于作用于两个两个物体,不能抵消。物体,不能抵消。4.注意区分于一对注意区分于一对平衡力平衡力。作用力与反作用力总是大小相等、作用力与反作用力总是大小相等、方向相反,作用在同一条直线上。方向相反,作用在同一条直线上。第8页四、惯性参考系(惯性系)四、惯性参考系(惯性系)惯惯性性定定律律(牛牛顿顿第第一一定定律律)在在其其中中严严格格成立参考系叫惯性系,成立参考系叫惯性
7、系,不然为非惯性不然为非惯性系。系。相对惯性系作匀速运动参考系也是惯性系。相对惯性系作匀速运动参考系也是惯性系。哪些参考系是惯性系呢哪些参考系是惯性系呢?只能靠试验来确定。只能靠试验来确定。牛顿第一、二定律牛顿第一、二定律只在惯性系中成立只在惯性系中成立。马赫曾经指出:马赫曾经指出:“所谓惯性系,其实是相对整所谓惯性系,其实是相对整个宇宙平均速度为零参考系个宇宙平均速度为零参考系”。第9页五、五、SI单位和量纲单位和量纲SI单位单位力学基本量(单位)力学基本量(单位):长度长度(m),质量质量(kg),时间时间(s)SI(System International)国际单位制国际单位制1960年
8、第年第11届国际计量大会经过届国际计量大会经过导出量(单位)导出量(单位):速度速度(m/s),加速度加速度(m/s2),力力(N)等等量纲量纲将一个物理量用若干基本量幂次组合式子,称为该物将一个物理量用若干基本量幂次组合式子,称为该物理量量纲理量量纲.导出单位导出单位是基本单位组合。是基本单位组合。第10页e.g.v=LT-1a=LT-2F=MLT-2 量纲分析量纲分析利用量纲来检验文字结果正利用量纲来检验文字结果正 确性方法确性方法.F=MLT-2e.g.MV2=ML2T-2基本量以基本量以 T、L和和M表表示示导出量可用导出量可用T、L和和M幂幂次组合表示次组合表示 量纲应用量纲应用检验
9、等式检验等式-一个等式中各项量纲均应相同。一个等式中各项量纲均应相同。比如比如正确是否?正确是否?各项量纲均为各项量纲均为 L正确正确第11页 万有引力、弹性力、摩擦力万有引力、弹性力、摩擦力一、万有引力一、万有引力(universal gravitation)重力重力用矢量矢量形式表示2.2 力学中常见几个力力学中常见几个力重力加速度重力加速度矢量式矢量式第12页重力加速度和质量无关重力加速度和质量无关比比萨萨斜斜塔塔第13页r 讨论:讨论:v万有引力公式只适合用于万有引力公式只适合用于两两质点。质点。v普通物体万有引力很小,普通物体万有引力很小,但在天体运动中却起支配但在天体运动中却起支配
10、作用。作用。第14页二、弹性力二、弹性力(elastic force)常见有:弹簧弹力、绳索间张力、压力、支撑力等。常见有:弹簧弹力、绳索间张力、压力、支撑力等。物体发生弹性变形后,内部产生欲恢复形变力。物体发生弹性变形后,内部产生欲恢复形变力。弹簧弹性力:弹簧弹性力:x 表示弹簧形变量,负号表示弹簧作用于物体弹表示弹簧形变量,负号表示弹簧作用于物体弹性力总是要使物体回复至平衡位置,通常叫做性力总是要使物体回复至平衡位置,通常叫做弹性回复力。弹性回复力。第15页FF 张力张力 :支撑力支撑力(正压力正压力):垂直于接触面,指向受力物体。垂直于接触面,指向受力物体。轻绳轻绳中各处张力中各处张力大
11、小相等,且大小相等,且 T=F=F方向沿绳长。方向沿绳长。拉紧绳中任一截面两侧两拉紧绳中任一截面两侧两部分之间相互作用力称为部分之间相互作用力称为该截面处张力。该截面处张力。第16页2.2.滑动摩擦力:滑动摩擦力:当物体相对于接触面当物体相对于接触面滑动时,所受接触面对它阻力。其方滑动时,所受接触面对它阻力。其方向与滑动方向相反。向与滑动方向相反。为滑动摩擦系数为滑动摩擦系数1.静摩擦力静摩擦力:当物体与接触面有相对滑动趋势时,所受当物体与接触面有相对滑动趋势时,所受 接触面对它阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。接触面对它阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。注意:注意:静摩擦力大小随外力改变
12、而改变。静摩擦力大小随外力改变而改变。最大静摩擦力:最大静摩擦力:0为静摩擦系数为静摩擦系数万有引力万有引力是是非接触力非接触力,其大小只随两物体距离而变;弹,其大小只随两物体距离而变;弹性力和摩擦力均属性力和摩擦力均属接触力接触力,其大小随物体运动状态而变,其大小随物体运动状态而变。三、摩擦力:三、摩擦力:阻止阻止两个相互接触物体两个相互接触物体相对运动相对运动或或相对相对运动趋势运动趋势力。方向沿两物体接触面。力。方向沿两物体接触面。第17页力种类力种类力相对强度力相对强度大多数基本粒子间大多数基本粒子间万有引力万有引力 弱力弱力 电磁力电磁力 强力强力作用对象作用对象一切物体间一切物体间
13、核子、介子等强子核子、介子等强子 一切带电粒子间一切带电粒子间 无限无限(长程力)长程力)力力 程程一、四一、四 种种 基基 本自然本自然 力力*2.3 基本自然力基本自然力 无限无限(长程力)长程力)(短程力)(短程力)(短程力)(短程力)(最弱)(最弱)近代科学证实:自然界中只存在四种基本近代科学证实:自然界中只存在四种基本力。力。每种力特征包含:作用对象;强度;力程。每种力特征包含:作用对象;强度;力程。第18页二、关于力统一二、关于力统一“统一统一”:是一个进步:是一个进步,是对客观世界认识是对客观世界认识深化深化(如电和磁统一如电和磁统一)。四种基本力:四种基本力:电磁力、引力电磁力
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