大学物理21-牛顿定律.ppt

牛顿定律适用条件 惯性参考系 宏观质点 低速运动 * * 第二章 质点动力学 * 质点动力学（第二章 力 动量 能量）： 牛顿三定律（2-1） 动量定理（2-2） 动能定理（2-3） 功能原理（2-4） 动量守恒定律（2-2） 机械能守恒定律（2-4） 教学基本要求: 一 掌握牛顿定律的基本内容及其适用条件 . 二 熟练掌握用隔离体法求解质点动力学问题 . 　　牛顿，杰出的英国物理学家、数学家、天文学家，经典物理学的奠基人 .他的不朽巨著《自然哲学的数学原理》总结了前人和自己关于力学以及微积分学方面的研究成果，其中含有牛顿三条运动定律和万有引力定律，以及质量、动量、力和加速度等概念。在光学方面，他说明了色散的起因，发现了色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说。牛顿是近代自然科学奠基时期具有集前人之大成的贡献的伟大科学家 . 牛顿 Issac Newton （1643－1727） §2-1 牛顿运动定律 任何物体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运动状态为止 . 一 牛顿第一定律 惯性和力的概念;力是运动状态改变的原因. 二 牛顿第二定律 时， 恒矢量 动量为 的物体，在合外力 的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力 . 当 时， 为常量 分量式： 瞬时关系。 变则 变。 牛顿定律仅适用于质点的运动，以SI制为单位。 自然坐标系： 直角坐标系 力的叠加原理 当几个外力同时作用于物体时，其外力所产生的加速度 ，与每个外力 所产生的加速度的矢量和是一样的。 直角坐标系 两个物体之间作用力 和反作用力 , 沿同一直线, 大小相等, 方向相反, 分别作用 在两个物体上 .　　　　　 （二者是同性质的力；同时存在、同时消失；不能抵消） 三 牛顿第三定律 地球 四 力学中几种常见的力 万有引力,弹性力,摩擦力 1 万有引力 万有引力:星体之间,地球与地球表面附近的物体之间以及所有物体与物体之间都存在着一种相互吸引的力,所有这些力都遵循同一规律,这种相互吸引的力叫做万有引力. 定律表述为: 在两个相距为 ,质量分别为 , 的质点间的万有引力,其方向沿着它们的连线,其大小与它们质量乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比,即 引力常量 方向单位矢量 重力 3 摩擦力 2 弹性力 一般情况 （压力，拉力，弹簧弹性力等） 弹簧弹性力 滑动摩擦力 静摩擦力 两个物体通过一定面积相互挤压产生正压力 绳子对物体的拉力 1）确定研究对象，隔离物体； 2）进行受力分析，画受力图； 3）取坐标系，列方程（一般用分量式）、解方程. 解题的基本步骤（隔离法）： 质点动力学的两类基本问题： 第一类问题：已知运动状态 求作用力（微分） 第二类问题：已知作用力 求运动状态（积分） 实际问题：1）常力、多体问题；2）变力、单体。 五 牛顿定律的应用 例1 求如图所示物体组的 加速度和A、B两绳中的张 力。绳与滑轮的质量及所 有摩擦力均不计，且绳不 可伸长。 C D E A B 2m m 2m 解：由牛顿第二定律列出方程 C物体 D物体 E物体 分量式： 得： 例2 如图所示（圆锥摆），长为 的细绳一端固定在天花板上，另一端悬挂质量为 的小球，小球经推动后，在水平面内绕通过圆心 的铅直轴作角速度为 的匀速率圆周运动 . 问绳和铅直方向所成的角度 为多少？空气阻力不计. 解 越大， 也越大 值得一提的是，在蒸汽机发展的早期，瓦特就是根据上述圆锥摆的摆角 随角速度 的改变而改变的道理制成蒸汽机的调速器的，如图所示。 当转速超过一定限度时，摆角增大，使阀门关闭，进入汽缸中蒸汽的量有所减少；当转速过低时，摆角减小，使阀门打开，增加汽缸中的蒸汽 量，从而达到调速的作用.