清华大学物理学牛顿和经典力学的成熟

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1、牛顿和经典力学------蒲柏(VonPope),18世纪英国著名诗人大自然界及其法则在黑暗中隐藏;上帝说：“派牛顿去吧！”于是,一切豁然开朗。Newton(1642—1727)一、牛顿简介英国杰出的物理学家、数学家、发明家牛顿，1642年生于英国林肯郡伍尔索普，是一个十足的农家孩子。小时候对机械发明很感兴趣。1661年考入剑桥大学，博学多才的著名学者巴罗将牛顿引向自然科学的广阔天地。是现代自然科学的奠基人，经典物理学的创始人，微积分的发明人之一。牛顿的贡献1.牛顿确定了力学的三条基本定律和万有引力定律;2.为了表述力学运动，他与莱布尼兹同时发明了微积分;牛顿发明反射望远镜3

2、.在光学中，他发现了太阳光的光谱;4.他的名著《自然哲学的数学原理》是科学史上最伟大的著作.在科学方法上的重大贡献是把归纳法和演绎法结合起来。《自然哲学的数学原理》著作中提出了具有严谨逻辑结构的力学体系，使力学成为一门研究物体机械运动基本规律的学科。在这部著作中，牛顿定义了时间、空间、质量和力等基本概念，同时揭示了物体运动的基本规律。牛顿运动定律是经典力学的基本定律。牛顿名著《原理》扉页1.牛顿第一定律（惯性定律）一个不受外力作用的物体,将保持它的静止或者匀速直线运动状态。数学形式：惯性：任何物体保持其运动状态不变的性质。二、牛顿力学三定律2.牛顿第二定律(运动定律)数学形式

3、：说明：（1）牛顿运动方程只适用于质点的运动。（2）牛顿第二定律中和的关系为瞬时关系或由外力引起的物体的加速度,正比于力,且在所加力的方向上，而反比于物体的质量　。动画３.牛顿第三定律（作用力和反作用力定律）数学形式：（1）作用力和反作用力总是成对出现；（2）作用力和反作用力分别作用于两个物体，因此不能平衡或抵消；（3）作用力和反作用力属于同一种性质的力。动画说明：三、力的分类1.三种常见的力重力：使物体产生重力加速度的力，即重力来源于地球对物体的引力，但只是地球引力的一部分（另一部分提供物体随地球转动的向心力)重力随物体所处高度和纬度而微小变化摩擦力：两相互接触的物体由于相

4、对运动或有相对运动的趋势而在接触面间产生的一对阻止相对运动或相对运动趋势的力。弹力：物体由于形变而对引起形变的物体产生的作用力。动画在弹性范围内：静摩擦力：滑动摩擦力：等于物体受到其它外力的合力。2.四种基本的力宏观世界里除了重力来源于万有引力外，其它的力几乎都源于电磁力a、强相互作用，存在核内，以胶子为传递媒介。b、弱相互作用，仅在粒子间的某些反应时才显现，以中间玻色子（W+，W，Z-0）为传递媒介。c、电磁相互作用，带电粒子或带电宏观物体之间的作用，以光子为媒介。d、万有引力相互作用，任何两个物体的作用（以引力子为媒介）。后两者的作用范围可达无限远；强相互作用的范围为：1

5、0-15M；弱相互作用的范围为：10-18M.四种力强度的比较如下：名称距离（距源强度强相互作用10-15M１弱相互作用10-15M10-13电磁相互作用10-15M10-2万有引力10-15M10-38引力波的探测问题：从上比较可得出什么结论？2004年诺贝尔物理奖哈佛大学戴维.波利策普林斯顿大学戴维.格罗斯普林斯顿大学夫兰克.维尔切克因发现了粒子物理的强相互作用理论中的“渐进自由”现象而分享2004年诺贝尔物理奖。宇宙物质分子原子原子核电子质子中子夸克费米子费米子玻色子（0，1，2）夸克“夸克紧闭”（从未发现单个夸克）1972年，荷兰物理学家霍夫特提出了“渐进自由”理论。

6、其老师韦尔特曼认为太简单。（1999，弱电量子结构）1973年科尔曼西要波利策计算非阿贝尔规范场耦合常数随动量的变动。戴维.格罗斯也要夫兰克.维尔切克做同样的计算,得出了同样的结果。四、牛顿第二定律的应用1.牛顿第二定律的数学表达式矢量式：分量式：2.用牛顿第二定律解质点动力学问题1)已知运动，求受力：求导过程2)已知受力，求运动：积分过程m2m1图13m2m1N解：取自然坐标系m2m1Fvgmv1Tv'Tv对m2切向:对m1切向:对m1法向:….1….2….31+2得:五、万有引力定律的创立过程1.从苹果到月亮苹果落地是受到地球的引力，那么月球受到地球的引力为什么不掉向地球

7、呢?2.牛顿的解释：(a)牛顿的抛体运动(b)不断下落的月亮(c)月亮的轨道动画ABB'O月亮地心不断下落的月亮月亮也在下落吗？如果没有地球引力，月亮将沿直线运动。因为地球引力的作用，月亮离开直线，偏向地球。下落的距离月亮不断下落的结果是：它沿一个圆轨道绕地球运动。速度的改变有三种可能：（1）v只改变大小，不改变方向；（2）v只改变方向，不改变大小；圆周运动：物体（质点）在向心力的作用下所作的轨迹是圆周的运动。（3）v大小方向都改变。动画向心力与向心加速度“向心力使物体受到一个指向中心点的吸引”1.做圆