大学物理第2章ppt课件.ppt

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1、大学物理目录第一篇力学第1章质点运动学第2章牛顿运动定律第3章动量守恒第4章能量守恒第5章刚体的定轴转动目录第二章牛顿运动定律第一节牛顿运动三定律第二节力学中常见的力第三节牛顿运动定律的应用第四节惯性参考系和惯性力第二章牛顿运动定律动力学研究物体之间的相互作用对物体运动的影响。牛顿（Newton）在前人实践和研究的基础上，经过分析总结得出了物体机械运动状态变化与物体间相互作用的关系，即牛顿运动定律.牛顿运动定律是动力学的核心，也是经典力学的基础.本章着重研究力对质点瞬时作用的规律，并介绍牛顿运动定律处理质点动力学问题的基本方法.第一节牛顿运动

2、三定律任何物体都具有保持静止或匀速直线运动状态不变的性质,这样的一种特性称为惯性.在研究物体相对运动时，选取的参考系是牛顿运动定律适用的参考系，这样的系统称为惯性参考系.凡是相对于某一已知的惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性参考系.地球有自转和公转，所以地球不是一个很好的惯性系.太阳也不是一个理想的惯性系，因为太阳绕银河系的中心旋转，银河系和河外系也都在总星系中旋转.如此说来，宇宙中严格的惯性系并不存在.第一节牛顿运动三定律不过，一个参考系能否被看作惯性系，只能根据观测和实验结果来判断.实验证明，在许多情况下，地球的自转和相互作用的影响可以

3、忽略不计，固定在地球表面上的参考系和地心参考系可以看作近似程度相当好的惯性系；太阳绕银河系的中心旋转的角速度比地球自转和公转的角速度都小得多，因此，太阳参考系与惯性系的相似程度比地球高得多，天文观测的结果也证明了这一点.由此可以看出，只要将参考系在宇宙中不断地扩大，就能获得越来越精确的惯性系.严格的惯性系是参考系的一种理想模型，目前最好的实用惯性系是以选定的1535颗恒星平均静止位形作为基准的参考系——FK4系.第一节牛顿运动三定律牛顿第一定律一、牛顿将伽利略的发现总结为动力学的重要定律.1686年，他在著名的《自然哲学的数学原理》中写道：任

4、何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直到其他物体作用的力迫使它改变这种状态为止.这就是牛顿第一定律，也称为惯性定律.牛顿第一定律提出了两个力学基本概念，一个是物体的惯性，另一个就是力.仅当物体受到其他物体作用时才会改变其运动状态，这种作用称为力.也就是说，力是使物体改变运动状态的原因，而不是维持物体运动的原因.在自然界中，完全不受其他物体作用的物体实际上是不存在的.任何物体总要受到接触力或场力的作用,因此，牛顿第一定律不能简单地直接通过实验来验证.第一节牛顿运动三定律牛顿第二定律二、牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中，对力与物体运动状态之间的

5、规律提出了下述定量关系，即（2-1）式（2-1）表明，物体所受的力等于物体动量的瞬时变化率，其中，mv为物体的动量，记为p=mv，动量p的方向与速度v的方向相同.第一节牛顿运动三定律在国际单位制中，动量的单位为千克·米/秒（kg·m/s）.式（2-1）可以写为（2-2）当物体在低速情况下运动，即物体运动的速度远远小于光速时，物体的质量可以视为不依赖于速度的常量，于是，式（2-2）可以写成（2-3）这是人们比较熟悉的牛顿第二定律的形式.当物体的质量发生变化时，如火箭在发射过程中，火箭的质量随时间减少，此时，就不能用式（2-3）来分析这类

6、变质量物体的运动.而且，当物体的速度接近光速时，即使物体在运动过程中并不喷出质量，物体的质量也将随速度而变化，因而式（2-3）也不再适用，但式（2-1）被实验证明依然是成立的.所以，式（2-1）具有更广泛的意义.第一节牛顿运动三定律在国际单位制中，质量的单位为千克（kg），加速度的单位为米/秒-2（m/s2），力的单位为牛（N）.牛顿第二定律是牛顿运动定律的核心，对它必须有正确的理解.应用牛顿第二定律时，必须明确：（1）牛顿第二定律概括了力的叠加原理.实验表明，如果物体同时受到几个力F1、F2、F3、…也等于每个力单独所产生的加速度a1、a

7、2、a3、…的矢量和.也就是说，每个力对物体作用的结果，并不因为同时有其他力的作用而有所改变，这就是力的叠加原理.该原理的数学表达式为（2-4）故F应理解为所有外力的矢量和，a就是合外力作用下物体的加速度.第一节牛顿运动三定律（2）矢量性.力和加速度都是矢量，式（2-3）是矢量关系.因此，在运用此定律时应采用矢量的法则来处理，为了运算方便，可选取适当的坐标系，把式（2-3）分解为各坐标方向上的分量形式.在直角坐标系下，式（2-3）可分解为第一节牛顿运动三定律（2-5）（2-6）第一节牛顿运动三定律在式（2-6）中，Fn和Fτ分别是质点在该时

8、刻所受合力F在法向和切向的分力.这两组分量形式表现了牛顿运动定律的矢量意义，即某方向的外力只能改变该方向上物体的运动状态，只能在该方向上使物体产生加速度.（3）瞬时