质点运动的基本定律

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1、第二章质点运动的基本定律7/23/2021吉林大学物理教学中心概述研究基础：以牛顿三定律为基础，从而建立起整个经典力学的体系。研究对象：质点、质点系研究内容：质点间的相互作用对其运动状态的影响。质点运动状态变化的原因及运动状态变化所遵循的规律。7/23/2021吉林大学物理教学中心2.1牛顿运动定律2.1.1牛顿运动定律表述一、牛顿第一定律任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。用数学形式表示为7/23/2021吉林大学物理教学中心牛顿第一定律给出了两个重要的物理概念：惯性（inertia）力（force）惯性：物体

2、保持静止或匀速直线运动状态的特性称为惯性。力：力是外界对物体施加的作用,它是物体状态改变（即产生加速度）的原因。二、牛顿第二定律物体受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小与作用在物体上的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。7/23/2021吉林大学物理教学中心（1）叠加性：是合外力；（4）公式中的运动量称为质点的动量；（5）公式中的质量m反映了物体惯性的量度，称为惯性质量；（3）瞬时性：和是瞬时关系，二者同时出现，同时消失。（2）式（2.1）和（2.2）应用时使用分量式7/23/2021吉林大学物理教学中心三、牛顿第三

3、定律物体间的作用力和反作用力在同一直线上，大小相等而方向相反。12（1）二力同时存在、同时消失、相互依存；（2）分别作用在两个物体上，不是平衡力；（3）作用力和反作用力具有相同性质。7/23/2021吉林大学物理教学中心2.1.2基本的自然力自然界的各种作用力，就其本质而言，都可以归结为四种基本的相互作用一、万有引力（任何物体之间都存在着相互引力）注意:(1)只适用于质点，即只有物体的尺寸远远小于它们之间的距离时，万有引力公式才可直接应用。(2)物体的重力是由地球对物体的引力产生的。7/23/2021吉林大学物理教学中心二、电磁力（电磁相互作用）存在于静止

4、电荷之间的电力和运动电荷之间的磁力，统称电磁力（electromagneticforce）。弹性力、张力、压力、摩擦力等都是原子、分子之间电磁力的宏观表现。当相互接触的物体发生形变时，彼此之间就有力的作用，这种与物体形变相联系的力成为弹性力。7/23/2021吉林大学物理教学中心弹性力可由胡克定律（Hookelaw）确定。即（1）弹簧中的弹性力（2）正压力接触是产生正压力的前提，挤压发生形变是产生正压力的关键。（3）绳中的张力一般说来绳中各处的张力不一定相同，与绳子各处的形变、绳子的质量分布及运动状态有关。几种常见的弹性力：7/23/2021吉林大学物理教

5、学中心（4）摩擦力是一种接触力，当两相互接触的物体之间有相对运动（或运动趋势）时，在接触面处产生一种切向力，其方向总是与相对运动（或运动趋势）的方向相反。万有引力和电磁力都是长程力（与距离平方成反比），在宏观现象中起着重要作用。三、强力（强相互作用）在原子核内的质子之间存在一种比电磁力更强的自然力，把原子核内的质子及其中子紧密的束缚在一起。称作强力（strongforce）。力程短(10－15~10－16米)，强度大(比库仑力大102倍)。7/23/2021吉林大学物理教学中心四、弱力（弱相互作用）主要存在于中子、质子、电子、中微子之间，力程更短（远小于1

6、0－15米），强度很弱（约为强力的10－15倍）。强力和弱力都是短程力，只在微观现象中才呈现。种类作用对象媒介粒子相对强度力程(m)强相互作用夸克胶子1<10－15电磁相互作用带电粒子光子10－2弱相互作用大多数粒子中间玻色子10－13<10－17引力相互作用全部粒子引力子（?）10－38四种基本自然力的特征:7/23/2021吉林大学物理教学中心2.1.3牛顿运动定律的适用范围一、惯性系与非惯性系a遵守第二定律不遵守第二定律惯性系非惯性系7/23/2021吉林大学物理教学中心二、牛顿定律适用范围牛顿定律适用于低速、宏观物体。狭义相对论高速运动问题量子

7、力学微观粒子问题1.牛顿定律成立的参照系叫惯性系，不成立的参照系叫做非惯性系。说明2.相对于惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。3.中，加速度是相对于惯性系的。低速：物体速度远低于光速。宏观：物体尺寸远大于原子的尺度。7/23/2021吉林大学物理教学中心三.利用牛顿定律解题步骤：（1）选惯性系，取隔离体；（2）受力分析；（3）建立坐标，写方程；（4）求解。7/23/2021吉林大学物理教学中心例2.1一个质量为m的物体，在有粘性的流体中运动，受到的阻力与速度大小成正比，方向相反，即f=－bu，式中b为常数。若物体只受阻力作用，当t=0时，物体以初速度

8、u0开始在流体中运动，试求物体的速度方程。解以物体为研究对象，其受