运动定律与力学中的守恒定律lu

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1、第2章运动定律与力学中的守恒定律§2.1牛顿运动定律§2.2非惯性系中的力学§2.3动量动量守恒定律§2.4质心质心运动定理§2.5功动能势能机械能守恒定律§2.6角动量角动量守恒定律§2.7刚体的定轴转动§2.8时空对称性和守恒定律1物体间的相互作用称为力,研究物体在力的作用下运动的规律称为动力学.2一、惯性定律 惯性参考系1.牛顿第一定律一孤立质点将永远保持其原来静止或匀速直线运动状态.牛顿第一定律又称为惯性定律.意义:(1)定性给出了两个重要概念,力与惯性力是物体与物体间的相

2、互作用.惯性是物体的固有属性.(2)定义了惯性参考系惯性定律成立的参照系为惯性系。§2-1牛顿运动定律32.惯性系与非惯性系相对于孤立质点静止或作匀速直线运动的参考系称为惯性参考系,简称惯性系.牛顿定律只适用于惯性系。asa/S/系S系光滑S/:牛顿定律不成立a/0S:牛顿定律成立a=04①确定惯性系──只有通过力学实验根据天文观察,以太阳系作为参照系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律,所以太阳系是一个惯性系。②相对于已知惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系非惯性系:相对于已知惯性系作加

3、速运动的参照系5二、牛顿第二定律物体受到外力作用时,它所获得的加速度的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F的方向相同瞬时性:第二定律是力的瞬时作用规律之间一一对应矢量性:有大小和方向,可合成与分解力的叠加原理6分解:直角坐标系中:自然坐标系中:定量的量度了惯性:①质量是物体惯性大小的量度;②引力质量:7三、牛顿第三定律当物体A以力F1作用在物体B上时,物体B也必定同时以力F2作用在物体A上.F1和F2大小相等,方向相反,且力的作用线在同一直线上.作用力与反作用力:①

4、总是成对出现,一一对应的.②不是一对平衡力.③是属于同一性质的力.说明:若相对论效应不能忽略时,牛顿第三定律的这种表达就失效了,这时取而代之的是动量守恒定律.8四、牛顿定律的应用解题思路:(1)选取对象(2)分析运动(轨迹、速度、加速度)(3)分析受力(隔离物体、画受力图)(4)列出方程(标明坐标的正方向;从运动关系上补方程)(5)讨论结果(量纲?特例?等)9例:升降机内有一光滑斜面,固定在底板上,斜面倾角为.当升降机以匀加速度a1竖直上升时,质量为m的物体从斜面顶端沿斜面开始下滑,如图所示.已

5、知斜面长为l,求物体对斜面的压力,物体从斜面顶点滑到底部所需的时间.a1解:(1)选取对象以物体m为研究对象.(2)分析运动m相对于斜面向下的加速度为a2xyNmga1m相对于地的加速度为(3)分析受力m受力如图10x方向:mgsin=m(a2-a1sin)y方向:N-mgcos=ma1cos(4)列出方程对m应用牛顿定律列方程:a2xyNmga1解方程,得:a2=(g+a1)sinN=m(g+a1)cos物体对斜面的压力大小N′=N=m(g+a1)cos垂直指向斜面.m沿斜面

6、向下作匀变速直线运动,所以11(5)讨论结果当=0时,N′=N=m(g+a1).当=0时,无水平滑动,l=0,t=012例:跳伞运动员在张伞前的俯冲阶段,由于受到随速度增加而增大的空气阻力,其速度不会像自由落体那样增大.当空气阻力增大到与重力相等时,跳伞员就达到其下落的最大速度,称为终极速度.一般在跳离飞机大约10s,下落300~400m时,就会达到此速度(约50m·s-1).设跳伞员以鹰展姿态下落,受到的空气阻力为F=k2(k为常量),如图所示.试求跳伞在任一时刻的下落速度.解:设向下为y

7、轴正向0y跳伞运动员受力如图Fmg由牛顿第二定律得时,终极速度13运动方程写为因t=0时,=0;并设t时,速度为.取定积分则有设m=70kg,T=54m·s-1,则k=0.24N2·m2·s-1.可得到如图所示的(t)函数曲线.14六、力学中的常见力和基本相互作用1.引力m2m1万有引力:引力常量G=6.67×10-11N·m2/kg22.重力W=mg3.弹性力在线性弹性限度内,胡克定律4.摩擦力静摩擦力Fsmax=sFN15滑动摩擦力Fk=FNs和皆为小于1的纯数,而且稍小于

8、s.5.流体阻力层流:F=bb为常量湍流:F=c24种基本相互作用力的种类相互作用的物体力的强度力 程万有引力弱力电磁力强力一切质点大多数粒子电荷核子、介子等10-34N10-2N102N104N无限远小于10-17m无限远10-15m16§2.3动量动量守恒定律整个物理学大厦的基石,三大守恒定律:动量守恒定律能量转换与守恒角动量守恒一.质点的动量定理定义:质点的动量—△状态矢量△相对量定义:力的冲量—17若一个质点,所受合外力为质点动量定理:微分形式积分形式作用于物体上的合外

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