第2章牛顿运动定律..doc

第2章 牛顿运动定律 ◆ 本章学习目标 了解：基本的自然力。 理解：牛顿运动定律，常见的几种力，惯性系与非惯性系，惯性力。 掌握：常见的几种力的计算；应用牛顿定律解题以及简单的非惯性系问题的求解。 ◆ 本章教学内容 1．牛顿运动定律 2．常见的几种力 3．应用牛顿定律解题 4．惯性系与非惯性系 5．惯性力 ◆ 本章重点 力和力的分析计算，牛顿定律及其应用。隔离物体法的使用。力的分析计算。一、牛顿第一定律 牛顿第一定律的内容：物体将保持静止或作匀速直线运动，直到其它物体对它的作用力迫使其改变这种状态为止。 牛顿第一定律阐明了物体运动的如下本质规律： 1、物体运动的惯性。由牛顿第一定律可知，物体之所以静止或作匀速直线运动是由于物体的本性造成的。这种本性叫做物体运动的惯性。 2、惯性的大小可以使用一个物理量—质量来描写。这个质量也称为物体的惯性质量。在国际单位制中，质量的单位是千克（kg）。物体质量越大，惯性越大，保持原有运动状态的本领越强。 3、牛顿第一定律阐明了力是改变运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的因素。这是牛顿的一个重大发现。在牛顿之前人们一直认为力是起维持物体运动状态的作用。 二、牛顿第二定律 牛顿第二定律的内容：物体受到外力作用时将产生一个加速度，加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体自身的质量成反比，加速度的方向在合外力的方向上。 牛顿第二定律是牛顿第一定律逻辑上的延伸，它进一步定量地阐明了物体受到外力作用时运动状态是如何变化的。（使物体产生一个加速度）。牛顿第二定律定量的数学表达式为： F=kma在国际单位制下，力是以牛顿（N）为单位，加速度以ms-2为单位，质量以kg为单位，这时k=1。故有： F=ma 上式是矢量形式的，也叫做牛顿运动方程。牛顿运动方程在固定直角坐标系和自然坐标系中它的分量式分别可以表示为： 和 。 在牛顿定律的应用中，大家特别要注意的是第二定律中的F是物体所受的合力。当有多个力作用在物体上时，由矢量合成规律可以得到 　　　　　　　(1) 式中是第i个分力，上式称为力的迭加原理。在大多数情况下，物体同时受到多个力的作用，F表示合力，a表示合力作用产生的总加速度。 牛顿第二定律是瞬时关系式，。物体在t时刻具有的加速度与同一时刻所受的力大小成正比，方向相同，并且表现为时间t的函数。在某些情况下，物体所受的力为恒力，物体具有的加速度为匀加速度，例如自由落体运动，这时力与加速度都不随时间t变化。但是更普遍的情况表现为物体所受的力为变力，力的大小方向都可能发生变化，相应物体的加速度也是变化的，这时物体的加速度与力在时间上应表现为一一对应的关系。 三、牛顿第三定律 牛顿第三定律的内容。牛顿第三定律有多种表述形式，这里我们要求大家掌握如下的表述：物体之间的作用力与反作用力大小相等，方向相反，作用在不同的物体上。 牛顿第三定律在逻辑上是牛顿第一、第二定律的延伸。在一、二定律中都使用了力的概念，但什么是力，力有什么特点都没有具体介绍。牛顿第三定律就是来补充力的特点和规律的定律。 根据牛顿第三定律，我们可以将力定义为：力就是物体间的相互作用。这种相互作用分别叫做作用力与反作用力。从牛顿第三定律我们知道作用力与反作用力之间有如下的特点： 1、作用力与反作用力大小相等；方向相反。力线是在同一直线上的。 2、作用力与反作用力不能抵消，因为它们是作用在不同的物体上的。 3、作用力与反作用力是同时出现，同时消失的；作用力与反作用力的类型也是相同的。如果作用力是万有引力，则反作用力也是万有引力。 四、牛顿运动定律应用中要注意的问题 (1)牛顿运动定律适用于质点。牛顿运动定律中的“物体”是指质点，或均针对质点成立。如果一个物体的大小形状在讨论问题时不能够忽略不计，可以将该物体处理为由许许多多质点构成的质点系统（简称为质点系）。质点系中每一个质点的运动规律都应当遵从牛顿运动定律。 (2)牛顿力学适用于宏观物体的低速运动情况。在牛顿于1687年提出著名的牛顿三大定律的年代，人们对物质及其运动的认识还仅仅局限于宏观物体的低速运动。低速运动则是指物体的运动速度远远小于光在真空中的传播速度。牛顿力学在宏观物体低速运动的范围内描述物体的运动规律是极为成功的。但是到了19世纪末期，随着物理学在理论上和实验技术上的不断发展，人类观察的领域不断扩大，实验上相继观察到了微观领域和高速运动领域中的许多现象，例如电子、放射性射线等等。人们发现用牛顿力学解释这些现象是不成功的。直到20世纪初，量子力学诞生，才对微观粒子的运动规律给予了正确的解释，而对于高速运动的物理图像，则必须用爱因斯坦的相对论进行讨论。 (3)牛顿力学只适用于惯性参照系。关于惯性系与非惯性系的问题我们将在以后专门讨论。 常见的力 经典力学中常见的力都是来源于自然界基本的相