大学物理第二章质点动力学.ppt

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1、第二章质点动力学2-1动量与牛顿运动定律一．牛顿第一定律、惯性系牛顿第一定律：“任何物体都要保持其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”。第一定律首先表明，物体都有保持运动状态不变的特性，这种特性称为物体的惯性。第一定律还表明，要使物体的运动状态发生变化，一定要有其他物体对它的作用，这种作用称为力。第一定律还定义了一种特殊的参考系——惯性系。只有在惯性系中，不受外力作用的物体才会保持静止或匀速直线运动状态不变，而惯性定律在其中不成立的参考系称为非惯性系常见的惯性系：研究地面附近物体运动时可选地球为惯性系；研究太阳

2、系中行星的运动时选太阳为惯性系；研究天体运动时，可选多个恒星或星系参考系为惯性系。不存在绝对的惯性系。但由于相互作用与距离的平方成反比，只要选为参考系的星系与其它星系间的距离越遥远，它就是越严格的惯性系。相对于某一个惯性系作匀速直线运动的任何物体也都是惯性系，反之相对一惯性系作加速运动的物体则不是惯性系。二、动量、牛顿第二定律1、动量定义：质量为m，速度为　的质点动量2、牛顿第二定律物体受到外力作用时，物体的动量将发生变化，物体所受合外力F等于物体的动量随时间的变化率。质量m不变，有关于牛顿第二定律，应当明确以下几点：（1）第二定律和第一定

3、律一样只适用于惯性参照系。（2）第二定律给出了力与加速度之间的瞬时关系。即F与a同时产生，同时变化，同时消失。（3）第二定律概括了力的独立性原理或力的叠加原理：几个力同时作用在一个物体上所产生的加速度等于每个力单独作用时所产生的加速度的矢量和。（4）由于力、加速度都是矢量，第二定律的表示式是矢量式。在解题时常常用其分量式，如在平面直角坐标系X、Y轴上的分量式为：在处理曲线运动问题时，还常用到沿切线方向和法线方向上的分量式，即：三、牛顿第三定律物体间的作用是相互的。两个物体之间的作用力和反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个

4、物体上。第三定律主要表明以下几点：（1）物体间的作用力具有相互作用的本质：即力总是成对出现，作用力和反作用力同时存在，同时消失，在同一条直线上，大小相等而方向相反。（2）作用力和反作用力分别作用在相互作用的两个不同物体上，各产生其效果，不能相互抵消。（3）作用力和反作用力是同一性质的力。四、四种相互作用和力学中常见的力1、自然界中的四种相互作用自然界中存在着四种最基本的相互作用，如下表中所示：相互作用相互作用的物体力的强度力程强相互作用重子、介子　110－15m电磁相互作用　带电粒子10－2无限远弱相互作用　大多数粒子10－1310－18m

5、引力相互作用一切物体10－38无限远2、力学中常见的力万有引力:它存在于任何两个物体之间。两个质点间的引力方向沿二者连线，大小与两质点质量的乘积成正比，与二者距离的平方成反比：其中G0=6.671011N·m2kg，为引力常数。原子核中两个相邻的质子之间的万有引力1034N相隔1m的两个人之间的引力约107N。在宇宙天体之间，由于天体质量巨大，引力起着主要作用。m1m2r重力：地面附近的物体由于地球的吸引而受到的力叫重力。在重力作用下，任何物体产生的加速度都是重力加速度。忽略地球自转的影响重力近似等于地球的引力弹性力：物体在发生

6、形变时，由于力图恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力叫弹性力。其表现形式有：正压力、支持力、拉力、张力、弹簧的恢复力等。在弹性限度内f=kx—胡克定律k叫劲度系数静摩擦力:大小介于0和最大静力摩擦力fS之间，视外力的大小而定。最大静摩擦力：fS=SN滑动摩擦力:fk=kN对给定的一对接触面，Sk，它们一般都小于1。摩擦力：两个相互接触的物体在沿接触面相对运动时,或者有相对运动趋势时,在接触面之间产生的一对阻碍相对运动的力,叫做摩擦力。它们大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上。流体阻力：物体在流体中运动时受到流体的阻力。在相

7、对速率v较小时，阻力主要由粘滞性产生，流体内只形成稳定的层流。此时f=-kvk决定于物体的大小和形状以及流体的性质。在相对速率较大时，流体内开始形成湍流，阻力将与物体运动速率的平方成正比：f=-cv2若物体与流体的相对速度接近空气中的声速时，阻力将按fv3迅速增大。常见的正压力、支持力、拉力、张力、弹簧的恢复力、摩擦力、流体阻力等，从最基本的层次来看，都属于电磁相互作用。五、牛顿定律的应用应用牛顿运动定律解题时，通常要用分量式：如在直角坐标系中：　　　　　　在自然坐标系中：1、恒力作用的情况这类情况中常有多个有关联的物体一起运动。解题步骤

8、如下：分析各物体受力状况，选择隔离体，画受力图。分析各隔离体相对一惯性系运动的加速度，并建立坐标系。写出各隔离体运动方程分量式以及力和加速度之间的关系式。解方程组，并对计算结果作