马文蔚 《物理学教程》教案chapter 02 牛顿定律

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1、课题第02章牛顿定律课时安排4课时教学目的要求1、理解力、质量、惯性参考系等概念；2、掌握牛顿三定律及其适用条件；3、了解自然力与常见力；了解物理量学的量纲；4、熟练应用牛顿第二定律求解力学中的两大类问题。主要内容与时间分配第一节牛顿定律*第二节物理量的单位和量纲第三节几种常见的力第四节牛顿定律的应用举例*第五节力学相对性原理惯性系和非惯性系重点难点牛顿三定律及其适用条件及解题教学方法和手段以讲授为主，使用多媒体课件课后作业练习总结和改进意见2-21《物理学教程》（第二版）马文蔚编第二章牛顿定律§2-1牛顿定律一、牛顿第一定律按照古

2、希腊哲学家亚里士多德（Aristotle，公元前384-322）的说法，静止是物体的自然状态，要使物体以某一速度作匀速运动，必须有力对它作用才行。意大利物理学家和天文学家伽利略指出，如果没有外力作用，物体将以恒定的速度运动下去。力不是维持物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因。1686年，牛顿在他的名著《自然哲学的数学原理》一书中写道：任何物体都要保持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，这就是牛顿第一定律，牛顿第一定律的数学形式表示为：(2-1)第一定律表明，任何物体都具有保持其运动状态不变的性质，这个性质

3、叫做惯性，一定要有其它物体对它作用，这种作用被称之为力。二、牛顿第二定律1.动量物体运动时总具有速度，我们把物体的质量与其运动速度的乘积叫做物体的动量，用表示，即(2-2)动量显然也是一个矢量，其方向与速度的方向相同。与速度可表示物体运动状态一样，动量也是表述物体运动状态的量，但动量较之速度其涵义更为广泛，意义更为重要，当外力作用于物体时，其动量发生改变，牛顿第二定律阐明了作用物体的外力与物体动量变化的关系。2.牛顿第二定律牛顿第二定律表明，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物体的合外力，即(2-3a)

4、当物体在低速情况下运动时，即物体的运动速度v远小于光速c(v<

5、特别指明，在论及物体的平动时，都是把物体当作质点来处理的。(2)牛顿第二定律所表示的合外力与加速度之间的关系是瞬时关系，也就是说，加速度只在外力有作用时才产生，外力改变了，加速度也随之改变。(3)力的叠加原理。当几个外力同时作用于物体时，其合外力所产生的加速度，与每个外力所产生加速度的矢量和是一样的，这就是力的叠加原理。式(2-3)是牛顿第二定律的矢量式，它在直角坐标系Ox、Oy和Oz轴上的分量式分别为(2-4)式中Fx、Fy和Fz分别表示作用在物体上所有的外力在Ox、Oy和Oz轴上的分量之和；ax、ay和az分别表示物体加速度a在

6、Ox、Oy和Oz轴上的分量。4.自然坐标系的分量形式eneta图2-1当质点在平面上作曲线运动时，我们可取图2-1所示的自然坐标系en为法向单位矢量，et为切向单位矢量，于是质点在点A的加速度a在自然坐标系的两个相互垂直方向上的分矢量at和an，这样，质点平面上作曲线运动时，在自然坐标系中牛顿第二定律写成(2-5a)如以Ft和Fn代表合外力F在切向和当向的分矢量，则有(2-5b)式中Ft叫做切向力，Fn叫做法向力（或向心力）；at和an相应地叫做切向加速度和法向加速度。三、牛顿第三定律2-21《物理学教程》（第二版）马文蔚编牛顿第一

7、定律指出物体只有在外力作用下才改变其运动状态，牛顿第二定律给出物体的加速度与作用于物体的力和物体质量之间的数量关系，牛顿第三定律说明力具有物体间相互作用的性质。两个物体之间的作用力F和反作用力F¢，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两物体上，这就是牛顿第三定律，其数学表达式为（2-6）作用力和反作用力是同时产生、同时消灭、分别作用在两个物体上的属于同种性质的力。思考题试分析下列问题：(1)物体的运动方向和合外力方向是否一定相同？（不一定）(2)物体受到几个力的作用，是否一定产生加速度？（不一定）(3)物体运动的速率不变，所受

8、合外力是否为零？（不一定）四、力学相对性原理1.惯性参考系（1）惯性系在运动学中，研究物体的运动可任选参考系，只是所选择的参考系应给物体运动的研究带来方便。那么在动力学中，应用牛顿运动定律研究物体的运动时，参考系还能不能任意选择呢？我