孙厚谦《大学物理上》第2章课件.ppt

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1、第二章牛顿运动定律刚体定轴转动定律主要内容（1）牛顿运动定律（2）刚体定轴转动定律（3）牛顿运动定律和刚体定轴转动定律的应用。一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变运动状态为止。讨论:第一定律的物理意义⑴任何物体具有保持静止或匀速直线运动状态的性质—惯性；⑵定性地揭示了力和运动的关系。牛顿运动定律2.12.1.1牛顿第一定律（惯性定律）(3)惯性定律描述的是物体在理想状态下的运动规律，是伽利略等人理想化抽象思维得到的。爱因斯坦说：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真

2、正开端。”★惯性定律（牛顿运动定律）只是在惯性参照系成立的。★相对于惯性系作匀速直线运动的任何其他参照系也都是惯性系。★在研究地球表面物体运动时，地球可看作一个近似程度相当高的惯性系。在研究天体运动时，太阳是一个近似程度相当高的惯性系。如转动的物体(4)定义了惯性参照系在该类参照系中,一个不受力作用的物体将保持静止或匀速直线运动的状态。★相对于某一惯性系作加速运动的参照系，则是非惯性系。物体受到外力作用时，它所获得的加速度的大小与外力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。1.第二定律给出力和运动的定量关系，确定了力和

3、加速度的瞬时矢量关系。2.质量质量是惯性的量度。不受外力保持运动状态不变；一定外力作用时，质量越大，加速度越小，运动状态越难改变；质量越小，加速度越大，运动状态容易改变。因此，这里的质量叫做惯性质量。引力质量、电磁质量2.1.2牛顿第二定律讨论3.第二定律只适用于质点的运动。物体作平动时，物体的运动可视作质点的运动。4.力的叠加原理：几个外力同时作用于一个物体时，合外力产生的加速度等于每个力单独作用时产生的加速度的矢量和。直角坐标系与自然坐标系中的分量形式两个质点互相作用时,作用力与反作用力在同一直线上，大小相等，方向相反。(1)作用力、反作

4、用力，互以对方为自己存在的条件,同时产生，同时消灭;(3)作用力和反作用力是性质相同的力。注意(2)作用力、反作用力，分别作用于二物体，因此绝对不是一对平衡力；2.1.3牛顿第三定律注:牛顿定律只适用于质点模型,只在惯性系中成立.可以证明,牛顿定律、动量定理和动量守恒定律、动能定理、功能原理和机械能守恒定律、角动量定理和角动量守恒定律等都只在惯性系中成立，并且牛顿定律只能在低速（不考虑相对论效应时）、宏观（不考虑量子效应时）的情况下适用。质点动力学的两类问题：（1）已知运动情况求力—微分方法（2）已知力的作用情况求运动—积分方法解题步骤（1）

5、隔离物体，画受力图，分析运动情况；（2）选择合适的坐标系；（3）列方程，求解。牛顿运动定律和刚体定轴转动定律的应用2.32.3.1牛顿运动定律的应用已知或已知与时例一质点质量为，在力的作用下沿直线运动，在时刻时，求质点速度和运动方程的表达式。解因为所以因为所以分离变量并积分得即：讨论：取y轴竖直向下,设t=0时,解小球受到的力如图。称为收尾速度例球形物体在空气中的阻力与其速度成正比，比例系数为b，求球形物体在下落过程中的速度表达式。y课堂练习静止在处的质量为的物体，在力的作用下沿轴运动，证明物体在x处的速率为解在任意位置，小球受力如图.切向法

6、向由（1）例长度为的轻绳，一端系质量为m的小球，另一端系于原点o，开始时小球处于最低位置。若小球获得足够大的初速，使其在竖直平面内作圆周运动。求小球在任意位置时的速率及绳的张力。代入（2）例有一密度为的细棒，长度为，其上端用细线悬着，下端紧贴着密度为的液体表面。现悬线剪断，求细棒在恰好全部没入水中时的沉降速度。设液体没有粘性。解以棒为研究对象，在下落的过程中，受力如图.x当棒的最下端距水面距离为时x，浮力大小为(设棒的横截面积为S)：此时棒受到的合外力为：xo取竖直向下为轴。初始条件为简化起见,假设力均在转动平面内。是与转轴平行的

7、分量,对刚体绕轴的转动不起作用是位于转动平面内，即与转轴垂直的分量,能使刚体转动.转动平面刚体定轴转动定律2.22.2.1力对固定转轴的力矩任意方向的力对固定转轴的力矩力矩的大小等于力的大小与转轴Z到力的作用线的距离d(力臂）的乘积。如果有几个外力矩作用在刚体上正负的规定：如果螺旋前进的方向沿转轴ｏz轴，当　　使刚体的转向与右手螺旋的转向一致时，则为正；反之为负值。或：由轴　　从上向下看产生逆时针方向转动的力矩为正，产生顺时针时针方向转动的力矩为正。转动平面转动平面判断如图力矩的正负.2.2.2刚体定轴转动定律刚体绕定轴转动时，它的角加速度与

8、作用于刚体上的合外力矩成正比，与刚体对转轴的转动惯量成反比。推导对刚体中任一质量元-外力-内力OO’ω自然坐标系法向力的作用线通过转轴,其力矩为0切向OO’ω为外力