物理竞赛牛顿运动定律.pdf

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1、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯最新资料推荐⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯竞赛专题二牛顿运动定律宋善炎严娇【基本知识】一、惯性系和牛顿运动定律1、惯性系牛顿定律成立的参考系叫惯性系。一切相对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。实验证明：地球参考系可以近似看做惯性系。相对地面静止或匀速直线运动物体上的参考系可视为惯性系。2、牛顿运动定律（1）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。任何物体都有保持自已原有运动状态不变的性质叫惯性。惯性是物体固有的属性，可用

2、质量来量度，惯性是维持物体运动状态的原因，力是物体运动状态变化的原因．（2）牛顿第二定律：在外力作用下，物体所获得的加速度的大小与所受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，其数学表达式为Fma该定律只适用于质点或做平动的物体，只在惯性系中成立，遵从力的独立性原理（叠加原理）：作用在质点上的每一个力都各自产生对应的加速度，即Fima如在直角坐标系中，有分量式FxmaxFymayFzmaz在自然坐标系中，则有：2dvvFmam,Fnmanmdt由加速度的定义，可以给出第二定律的微分形式2dvdrFmm（

3、3）牛顿第三定律dtdt2当物体A以F1作用在物体B上时，物体B也必同时以F2作用在物体B上，F1和F2在同一直线上，大小相等而方向相反，数学表达式为F1F2牛顿三定律只适用于宏观、低速（远小于光速）的机械运动。v3、牛顿定律在曲线中的应用（1）物体作曲线运动的条件：物体的初速度不为零，受到的合外力与初速F度不共线且指向曲线“凹侧”。如图该时刻物体受到的合外力F与速度的夹角为图1oo，满足的条件是0180。（2）圆周运动物体做匀速圆周运动的条件是，物体受到始终与速度方向垂直、沿半径指向圆心、大小2恒定的力作用，其大小是Fmamvm2

4、RnR变速圆周运动中，合外力在法线方向和切向方向都有分量，法向分量产生向心加速度2vv2，切向分量产生切向加速度Fmam。FnmanmmRrrRt1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯最新资料推荐⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（3）一般曲线运动与变速圆周运动类似没在一般曲线运动中，合外力在法线方向和切线方向都有分量，法2v向分量的大小为Fmam，R为曲线在该处的曲率半径，切向分量的大小为nnRvFrmarm。t二、非惯性系中的力学问题1、非惯性系相对惯性系做变速运动的参考系，牛顿运动定律不适用，称为非惯性系。2、惯

5、性力F惯ma，其中a是非惯性系相对惯性系的加速度。引入惯性力的概念后，牛顿方程在非惯性系中形式上得以成立，有FFma'，惯式中，F为真实力，F惯为惯性力，a'为质点在非惯性系中的加速度，从产生的效果看，惯性力与真实力一样，都可以改变物体的运动状态,即产生加速度。惯性力的方向与非惯性系的加速度的方向相反，F惯具体形式与非惯性系的运动状态有关。（1）平动加速系中的惯性力在平动加速参考系中，F惯mao，ao为非惯性系的加速度。平动非惯性系中，惯性力由非惯性系相对惯性系的加速度及质点的质量决定，与质点的位置及质点相对于非惯性下速度无关。（2

6、）匀速转动系统中的惯性力——惯性力离心力2在转动参考系中，F惯mr，式中为转动系的角速度，r为物体在转动系中的矢径．三、万有引力天体的运动1、开普勒行星运动定律（1）开普勒第一定律也叫椭圆轨道定律，它的具体内容是：所有行星分别在大小不同的轨道上围绕太阳运动。太阳在这些椭圆的一个焦点上。（2）开普勒第二定律：对任意行星来说，他与太阳的连线（称为径矢）在相等的时间内扫过相等的面积。（3）开普勒第三定律的具体表述是:行星绕太阳运动轨道半长轴a的立方与运动周期T3ak2的平方成正比T2、万有引力定律自然界中任何两个物体都是相互吸引的，引力的

7、大小跟这两个物体的质量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比。如果用m1和m2表示两个物体的质量，用r表示它们的距离，那么万有引力定律可以用m1m2下面的公式来表示F=G2r3、宇宙速度2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯最新资料推荐⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯GM地（1）第一宇宙速度v1gR7.9km/sR地如果发射速度小于7.9km/s，物体将落到地面，而不能成为一颗卫星；发射速度等于7.9km/s，它将在地面附近作匀速圆周运动；要发射一颗半径大于地球半径的人造卫星，发射速度必须大于7.9km/s。可见，

8、向高轨道发射卫星比向低轨道发射卫星要困难。第一宇宙速度是人造卫星在地面附近环绕地球作匀速圆周运动所必须具有的速度，所以也称为环绕速度。2GM地（2）第二宇宙速度v22gR11.2km/s，使卫星挣脱地球的束缚，R地成为绕太阳运行的人造