大学物理基础课件：第二章质点动力学.ppt

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1、第二章质点动力学前一章：质点运动描述，未研究物体为什么会这样或那样的运动及物体运动状态变化的原因。本章:研究物体运动状态变化与物体之间相互作用即力的关系。古希腊亚里士多德将物体的运动分为自然运动和强迫运动。自然运动指重物垂直下落和轻物体竖子直上升的运动，物体速度与重量成正比。强迫运动指借助推力才能进行的运动。不推，物体静止。物体运动速度与外力成正比，与阻力成反比。显然是错误的。牛顿力学否定了亚里斯多德的观点。三百多年前，牛顿在前人基础上建立了运动基本定律，奠定了经典力学基础。然而在上一世纪初，牛顿定律受到严重挑战。相对论和量子力学把对运动和物体相

2、互作用的关系的认识推上了新的高峰。人们认识到了经典牛顿力学的局限性。但是，从天体运动到基本粒子运动，从日常生活到工程技术，牛顿定律仍然有广泛的实用价值和重要意义。例如怎样设计推力才能将火箭送到预定轨道等等。工程技术中的许多问题仍然以牛顿力学为基础。由牛顿定律可以进一步得到动量定理与动量守恒定律、功能原理及机械能守恒定律、角动量定理及角动量守恒定律、刚体和流体运动规律，从而形成了以牛顿定律为基础的经典力学理论。2-1牛顿运动定律一、牛顿定律表述1、牛顿第一定律（惯性定律）任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直到其它物体迫使它改变这种状态为止。现代

3、语言：自由粒子永远保持静止或匀速直线运动状态。理解：（实质）（1）不能用实验直接验证，理想实验结果。伽利略斜面对接理想实验无摩擦，滚后达原高度，斜率减小，滚得越远，若水平，将永远滚下去总结出第一定律（2）说明了两个重要概念：惯性和力不可能不受其他物体作用第一，任何物体都有惯性即保持原有状态不变的特性（一种基本属性）第二，力是改变物体运动状态的原因，而不是维持运动状态的原因。是一个物体对另一物体的相互作用.（3）定义了一种参照系：惯性参照系“运动”描述需要参照系，在这种参照系中，不受力的物体将保持静止或匀速直线运动。定义：牛顿第一定律成立的参照系称

4、作惯性系。并非所有的参照系，牛顿第一定律都成立。什么样的参照系牛顿定律不成立？设想一学者在验证牛顿第一定律。他在水平桌面上推一小球，用气垫消除摩擦，观察到小球相当准确地做匀速直线运动。正当宣布实验成功时，球突然偏向一边滚去。？原来有人安装了一种机械，使房子转了起来。于是，定律不成立了。所以，在旋转参照系中，牛顿第一定律不成立。地球在转动，是惯性系吗？实验证明，地球不是精确的惯性系。但由于转动慢，如果讨论的运动范围不大（洋流，大气运动这类大范围运动除外），可以视为较好的惯性系。太阳是更好的惯性系。是否惯性系？需要实验证明第一定律是否成立？。2、牛顿

5、第二定律物体获得的加速度大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同，即理解实质：（1）定量描述了力的效果：产生加速度的原因（还是产生形变的原因）；量度了质点的惯性（质量）。（2）瞬时关系，力与加速度时刻对应，成比例。（3）矢量关系，且概括了力的独立作用原理。几个力同时作用，各自产生效果，互不影响。直角坐标系中自然坐标系中3、牛顿第三定律两个物体间的相互作用力大小相等，方向相反，且沿同一条直线，分别作用于不同的物体上。说明：（1）进一步明确了力是物体间的相互作用。（2）作用于不同物体，不可抵消，区别于平衡力。二、惯

6、性系与非惯性系前述：牛顿第一定律成立的参照系叫惯性系，实际上，牛顿第二定律也只在惯性系中成立。牛顿第一、第二定律不成立的参照系叫非惯性系（牛顿第三定律成立）。光滑如右图：对地加速的车：球水平方向合外力为0，但向后加速（牛顿第一二定律不成立）。地：定律成立。所以，对地加速的车是非惯性系，地是惯性系又如，两人同时从高台落下。从一人看另一人，定律不成立。从地面看两人，定律成立。判断是否惯性系的标准：实验。所以，地是惯性系，对地加速的人是非惯性系。实验证明：地球是一个好的惯性系，太阳更好。有绝对的惯性系吗？否！结论：凡是相对于惯性系加速运动的参照系是非惯

7、性系。凡是相对于惯性系匀速直线运动的参照系也是惯性系（如匀速直线运动的车）。如果在非惯性系中引入一种“假想力”——惯性力，同样可以用牛顿定律处理问题。计入合力，称为惯性力惯性力是真实的力吗？惯性力本质上不是力，因为无反作用力。人为引进，本质上是非惯性系加速度的反映。注意在非惯性系中引入惯性力，处理问题方便。如：光滑由于牛顿第一二定律只适应于惯性系，由它们导出的所有力学规律包括动量定理与动量守恒定律，动能定理、功能原理与机械能守恒定律，角动量定理与角动量守恒定律以及刚体力学规律都只在惯性系中成立。三、力学中的常见力与基本自然力1、力学中常见力万有引

8、力与重力牛顿根据开普勒行星运动定律，结合牛顿运动定律，发现有一种与太阳到行星距离平方成反比的力支配着行星运动，进而提出了万有引力定律：自