第一章运动和力4课件

第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学圆周运动圆周运动vxOr上节回顾上节回顾1第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学例例2 一歼击机在高空点一歼击机在高空点A时时的水平速率为的水平速率为1940 km/h,沿近似圆弧曲线俯冲到点沿近似圆弧曲线俯冲到点B，其速率为其速率为2192 km/h,经经历时间为历时间为3 s,设设 的半径的半径约为约为 3.5 km,AB飞机从飞机从A到到B过程视为过程视为匀变速率匀变速率圆周运动，不计圆周运动，不计重力加速度的影响，求：重力加速度的影响，求：(1)飞机在点飞机在点B的加速的加速度；度；(2)飞机由点飞机由点A到点到点B所经历的路程所经历的路程.2第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学解（解（1）而而B点点解得：解得：AB3第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学（2）矢径矢径 所转过的角度所转过的角度AB4第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学解：解：例例3 半径为半径为r=0.2 m的飞轮，可绕的飞轮，可绕O轴转动。已知轴转动。已知轮缘上一点轮缘上一点M的运动方程为的运动方程为=-t 2+4t，求在求在1秒秒时刻时刻M点的速度和加速度。点的速度和加速度。ox5第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学ox解：解：例例3 半径为半径为r=0.2 m的飞轮，可绕的飞轮，可绕O轴转动。已知轴转动。已知轮缘上一点轮缘上一点M的运动方程为的运动方程为=-t 2+4t，求在求在1秒秒时刻时刻M点的速度和加速度。点的速度和加速度。6第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学要点回顾要点回顾线量（平面运动）线量（平面运动）角量（圆周运动）角量（圆周运动）位矢位矢角位置角位置位移位移角位移角位移速度速度角速度角速度加速度加速度角加速度角加速度7第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学1.1 质点运动学质点运动学1.2 牛顿运动定律牛顿运动定律第一章第一章 运动和力运动和力动力学是研究物体与物体之间的相互作用以及由于这种相互作用而引起的物体运动状态的变化规律。14第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学 古希腊哲学家亚里士多古希腊哲学家亚里士多德（德（AristotleAristotle，公元前，公元前384384一公元前一公元前322)322)认为：认为：力是维持物体运动的原因。古代物理学的形式是属古代物理学的形式是属于经验总结性的，对事物的于经验总结性的，对事物的认识主要是凭直觉的观察、认识主要是凭直觉的观察、凭猜测和臆想。凭猜测和臆想。1.2 牛顿定律牛顿定律15第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学16第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学力不是维持运动的原因。伽利略对力学的贡献在于把伽利略对力学的贡献在于把有目的的实验有目的的实验和和逻辑推理逻辑推理和和谐地结合在一起，构成了一谐地结合在一起，构成了一套完整的科学研究方法。套完整的科学研究方法。伽利略(Galileo，1564一1642）近代科学的先驱。17第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学 牛顿（牛顿（Isaac Isaac NewtonNewton，1642-17271642-1727），英），英国伟大的物理学家，一生对国伟大的物理学家，一生对科学事业所做的贡献，遍及科学事业所做的贡献，遍及物理学、数学和天文学等领物理学、数学和天文学等领域。在物理学上，牛顿在域。在物理学上，牛顿在伽伽利略、开普勒利略、开普勒等人工作的基等人工作的基础上，建立了牛顿三定律和础上，建立了牛顿三定律和万有引力定律，并建立了经万有引力定律，并建立了经典力学的理论体系。典力学的理论体系。牛顿定律牛顿定律牛顿牛顿 Issac Newton （16431727）18第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学任何物体都要保持其静止或匀速直线运任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止.一一 牛顿第一定律牛顿第一定律惯性和力的概念惯性和力的概念时，时，恒矢量恒矢量 如如物体在一参考系中不受其它物体作用，物体在一参考系中不受其它物体作用，而保持静止或匀速直线运动，这个参考系就称而保持静止或匀速直线运动，这个参考系就称为为惯性参考系惯性参考系。牛顿第一定律成立的参考系牛顿第一定律成立的参考系19第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学一种表达一种表达：物体受到外力作用时，所获得的加速度大：物体受到外力作用时，所获得的加速度大小与外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加小与外力的大小成正比，并与物体的质量成反比，加速度的方向与外力的方向相同。速度的方向与外力的方向相同。二牛顿第二定律二牛顿第二定律常规表达常规表达：动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力物体的合外力合外力合外力20第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学(1)瞬时性瞬时性，即等式两边的各物理量都是，即等式两边的各物理量都是同一时刻的物理量。同一时刻的物理量。是一个变力是一个变力(3)在一般情况下在一般情况下,力力注意注意(2)牛顿定律只适用于牛顿定律只适用于质点质点21第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学即即是作用在质点上各力的矢量和。是作用在质点上各力的矢量和。(4)注意注意22第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学注：注：为为A处曲线的处曲线的曲率半径曲率半径自然坐标系中自然坐标系中A注意注意23第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学 两个物体之间作用力两个物体之间作用力 和反作用力和反作用力 ，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上用在两个物体上（物体间相互作用规律）（物体间相互作用规律）三三 牛顿第三定律牛顿第三定律1 21224第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学地球地球例例 分析物体间的相互作用力分析物体间的相互作用力25第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学作用力与反作用力特点：作用力与反作用力特点：(1)大小相等、方向相反，分别作用大小相等、方向相反，分别作用在不同物体上，在不同物体上，同时存在、同时消失同时存在、同时消失，它们不能相互抵消它们不能相互抵消 (2)是同一性质的力是同一性质的力注意注意 说明：说明：牛顿定律是对牛顿定律是对质点质点而言，而言，而一般物体可认而一般物体可认为是质点的集合，为是质点的集合，故故牛顿定律具有普遍意义。牛顿定律具有普遍意义。26第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学1、力是使物体速度、力是使物体速度改变改变的原因，而不是的原因，而不是维持维持速度的原因。速度的原因。3、作用力和反作用力是作用在不同物体上、作用力和反作用力是作用在不同物体上的同一性质的力。的同一性质的力。总结牛顿第一、第二、第三定律可得到力的完整概念2、力是动量对时间的变化率。力是动量对时间的变化率。(当力为变力时当力为变力时常用此式常用此式)27第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学 四种相互作用的力程和强度的比较四种相互作用的力程和强度的比较表中表中强度是强度是以两质子间相距为以两质子间相距为 时的相互时的相互作用强度为作用强度为1给出的给出的种种 类类相互作用粒子相互作用粒子力程力程/m力的强度力的强度引力作用引力作用所有粒子、质点所有粒子、质点弱相互作用弱相互作用带电粒子带电粒子电磁作用电磁作用核子、介子等强子核子、介子等强子强相互作用强相互作用放射性衰变粒子放射性衰变粒子1.2.4 常见的几种力常见的几种力28第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学一万有引力一万有引力引力常数引力常数m1 m2r 重力重力地表附近地表附近非接触力，通非接触力，通过场作用的力过场作用的力29第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学二弹性力二弹性力 （接触力）（接触力）常见弹性力有：压力、张力、弹簧弹力常见弹性力有：压力、张力、弹簧弹力弹簧弹性力弹簧弹性力胡克定律胡克定律由物体形变而产生的由物体形变而产生的存在条件：存在条件：1）相互接触）相互接触2）挤压、拉伸变形）挤压、拉伸变形劲度劲度系数系数0 x1 1 弹簧的弹性力弹簧的弹性力30第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学2 绳中的张力绳中的张力31第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学3 正压力正压力两个较硬的物体通过相互挤压的两个较硬的物体通过相互挤压的作用力作用力和和反作用力反作用力ABNNN -正压力正压力N -支持力支持力32第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学（1 1）静摩擦力）静摩擦力 当物体与接触面存在当物体与接触面存在相对滑动趋势相对滑动趋势时，物时，物体所受到接触面对它的阻力。其方向与相对滑体所受到接触面对它的阻力。其方向与相对滑动趋势方向相反。动趋势方向相反。大小随外力的变化而变化大小随外力的变化而变化4 摩擦力摩擦力最大静摩擦力：最大静摩擦力：0为静摩擦系数静摩擦系数33第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学（2 2）滑）滑动摩擦力摩擦力 当物体当物体相对于接触面滑动相对于接触面滑动时，物体所时，物体所受到接触面对它的阻力。其方向与滑动方受到接触面对它的阻力。其方向与滑动方向相反。向相反。为滑滑动摩擦系数摩擦系数一般情况认为一般情况认为略小于略小于0 或或34第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学联系力与运动的联系力与运动的桥梁桥梁是是加速度加速度一重、二弹、三摩擦一重、二弹、三摩擦牛顿定律的应用举例牛顿定律的应用举例 已知力求运动方程已知力求运动方程 已知运动方程求力已知运动方程求力一一两类常见问题两类常见问题二解题步骤二解题步骤 建立坐标建立坐标 隔离物体隔离物体列方程列方程 解方程解方程 结果讨论结果讨论受力分析受力分析简述为：简述为：选物体，看运动，查受力，列方程选物体，看运动，查受力，列方程35第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学受力分析：mAg Tf 1 N1mBg N1f 1f 2 BF T N2A例例1、如图所示，两木块质量分别为如图所示，两木块质量分别为mA=1.0kg,mB=2.0kg。A、B间的摩擦系数间的摩擦系数 1=0.20。B与桌面的与桌面的摩擦系数摩擦系数 2=0.30。若木块滑动后它们的加速度大小。若木块滑动后它们的加速度大小均为均为0.15 m/s2。求作用在求作用在B 物上的拉力？物上的拉力？AyxFB36第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学A A：B B：由由A式：式：由由B式：式：解得：解得：yxmAg Tf 1 N1mBg N1f 1f 2 BF T N2A37第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学例例2如图摆长为如图摆长为l 的的圆锥圆锥摆，摆，细绳一端固定在天花细绳一端固定在天花板上，另一端悬挂质量为板上，另一端悬挂质量为 m 的小球，小球经推动后，的小球，小球经推动后，在水平面内绕通过圆心在水平面内绕通过圆心O的铅直轴作角速度为的铅直轴作角速度为 的匀速率圆周运动的匀速率圆周运动问绳和铅直方向所成的角度问绳和铅直方向所成的角度 为多少？空气为多少？空气阻力不计阻力不计38第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学解解越大，越大，也越大也越大另有另有39第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学利用此原理，可制成蒸汽机的调速器利用此原理，可制成蒸汽机的调速器（如图所示）（如图所示）40第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学解解 取坐标如图取坐标如图例例3 3 一质量一质量m，半径，半径r 的球的球体在水中静止释放沉入水底体在水中静止释放沉入水底已知阻力已知阻力 ,为粘滞系数，求为粘滞系数，求 .浮力浮力令令41第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学 浮力浮力42第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学（极限速度）（极限速度）当当 时时一般认为一般认为 43第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系物体运动的轨迹依赖于观察者所处的参考系 相对运动与惯性参考系相对运动与惯性参考系55第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学问题：问题：加速行驶的光加速行驶的光滑平面上有一小球滑平面上有一小球.地面观察者：地面观察者：车上观察者：车上观察者：结论结论:以加速小车为参照系牛顿定律不成立以加速小车为参照系牛顿定律不成立!aa地面参照系牛顿定律成立地面参照系牛顿定律成立 相对运动与惯性参考系相对运动与惯性参考系56第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学根据天文观察，以太阳系作为参考系研究行星运动时发根据天文观察，以太阳系作为参考系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律现行星运动遵守牛顿定律，所以太阳系是一个惯性系，所以太阳系是一个惯性系。地球有公转和自转，所以地球只能看作一个近似的惯性系地球有公转和自转，所以地球只能看作一个近似的惯性系惯性系惯性系 牛顿定律成立的参考系牛顿定律成立的参考系。非惯性系非惯性系:牛顿定律不成立牛顿定律不成立的参照系的参照系相对惯性系作加速运动的参考系是相对惯性系作加速运动的参考系是非惯性系非惯性系。而相。而相对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。对惯性系作匀速直线运动的参考系也是惯性系。57第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学注意：注意：经典力学的局限性经典力学的局限性牛顿定律的适用范围牛顿定律的适用范围：只适用于宏观物体的低速运动只适用于宏观物体的低速运动微观粒子的运动：量子力学微观粒子的运动：量子力学高速物体：爱因斯坦的狭义相对论高速物体：爱因斯坦的狭义相对论58第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学应用：应用：GPS美国：美国：Global Positioning System俄罗斯：俄罗斯：Global Navigation Satellite System欧盟：欧盟：Galileo positioning system中国：中国：Compass navigation system59第一章第一章 运动和力运动和力质点动力学质点动力学求求v，会做吗？会做吗？60