第2章-牛顿运动定律课件

11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院1 牛顿第一定律（惯性定律）牛顿第一定律（惯性定律）任任何何物物体体如如果果没没有有受受到到其其他他物物体体的的作作用用，都都将保持将保持静止静止或作或作匀速直线运动匀速直线运动的状态。的状态。一一 牛顿运动三定律牛顿运动三定律11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院(1)定义了定义了惯性参考系惯性参考系的概念的概念 物体静止或匀速直线运动，相对哪个参照系物体静止或匀速直线运动，相对哪个参照系?(2)定义了物体的定义了物体的惯性惯性和和力力的概念的概念 物体保持运动状态的特性物体保持运动状态的特性惯性惯性 惯性参考系惯性参考系改变物体运动状态的原因改变物体运动状态的原因力力（物体间的相互作用）（物体间的相互作用）说明说明11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院2 牛顿第二定律牛顿第二定律（1）实验表明：实验表明：力力满足矢量的平行四边形叠加定则。满足矢量的平行四边形叠加定则。即即:质点所受的质点所受的合外力合外力为所有作用在质点上的外力的矢为所有作用在质点上的外力的矢量和：量和：（2）在在合合外力外力作用下，质点的加速度作用下，质点的加速度 有以下性质：有以下性质：(a)加速度方向与合外力相同加速度方向与合外力相同(b)11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院(1)牛顿第二定律同时定义牛顿第二定律同时定义（a）力力的量度的量度（b）物体（物体（惯性惯性）质量质量力力的量度和物体的量度和物体质量质量通过通过牛顿第二牛顿第二 定律协调定义。定律协调定义。在国际单位制中：在国际单位制中：，N，m，kg，a，m/s2说明说明11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院(2)牛顿牛顿第二第二定律的定律的瞬时性瞬时性(3)牛顿第二定律的牛顿第二定律的矢量性矢量性质点的加速度与其所受的力同时出现或同时消失！质点的加速度与其所受的力同时出现或同时消失！在直角坐标系中：在直角坐标系中：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院在自然坐标系中：在自然坐标系中：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院3 牛顿第三定律牛顿第三定律(作用力与反作用力定律作用力与反作用力定律)作用力作用力与与反作用力反作用力在同一直线上，大小相等、在同一直线上，大小相等、方向相反，作用在不同物体上。方向相反，作用在不同物体上。11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院 (1)分别作用在两个不同的物体上，它们不能分别作用在两个不同的物体上，它们不能互相抵消。互相抵消。(2)是同一种性质的力。是同一种性质的力。说明说明（1）仅对惯性系成立仅对惯性系成立.（2）适用于低速适用于低速(相对于观测者相对于观测者)系统系统称经典力学称经典力学.（3）适用于宏观系统和部分微观系统力学性质研究适用于宏观系统和部分微观系统力学性质研究.（4）适用于实物的相互作用问题，不适用于场传递的适用于实物的相互作用问题，不适用于场传递的 相互作用相互作用.4 牛顿力学的适用范围牛顿力学的适用范围11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院二二 相互作用与力相互作用与力 1964年，年，Gellman和巴伊科提出夸克的概念，日常和巴伊科提出夸克的概念，日常生活中的物质完全由上夸克和下夸克组成。生活中的物质完全由上夸克和下夸克组成。其它夸克组成的粒子寿命很短，只有在实验室中产其它夸克组成的粒子寿命很短，只有在实验室中产生。生。夸克和胶子的等离子态于夸克和胶子的等离子态于1999年在年在CERN观察到观察到1 基本粒子基本粒子11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院基基 本本粒粒子子11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院基基 本本粒粒子子11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院（1）（万有）引力作用）（万有）引力作用（2）电磁作用）电磁作用（3）弱相互作用）弱相互作用（4）强相互作用）强相互作用2 四种基本相互作用四种基本相互作用11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院弱电统一、大统一、超统一（超弦与超引力）弱电统一、大统一、超统一（超弦与超引力）11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院3 自然界中常见力自然界中常见力Mm（1）引力引力：引力常数，：引力常数，：引力质量：引力质量对一切物体：对一切物体：受力受力:精度：精度：所以可令：所以可令：引力质量引力质量惯性质量惯性质量11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院（2）重力重力可以证明：可以证明：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院（3）弹性力弹性力k：劲度系数：劲度系数 ：端点的位移端点的位移 O：为平衡位置。：为平衡位置。弹簧弹簧 发生形变的物体，由于力图恢复原状，对与它接发生形变的物体，由于力图恢复原状，对与它接触的物体产生的作用力。如压力、张力、拉力、支持触的物体产生的作用力。如压力、张力、拉力、支持力、弹簧的弹力。力、弹簧的弹力。11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院张力张力:绳子中各处张力相等的条件绳子中各处张力相等的条件:m在绳子上取微元在绳子上取微元m,受力为受力为:T1,T2T1T2由牛顿第二定律由牛顿第二定律T2-T1=ma=la对任一段绳子对任一段绳子,只有只有=0即即m=0时才有时才有 结论：结论：绳子的质量可不计时绳子的质量可不计时(轻绳轻绳)时才时才有有绳子中各处张力相等绳子中各处张力相等。T2=T111-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院（4）摩擦力摩擦力 阻阻止止两两个个相相接接触触物物体体之之间间相相对对运运动动（滑滑动动）趋趋势的力势的力摩擦力摩擦力最大静最大静摩擦力摩擦力滑动滑动摩擦力摩擦力l 滑动滑动摩擦系数摩擦系数与物体相对运动速度有关（如上图示）与物体相对运动速度有关（如上图示）11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院（5）流体阻力流体阻力 湍流（旋涡）湍流（旋涡）b 与流体及物体的性质有关与流体及物体的性质有关物体在流体中运动时，会受到流体的阻力。物体在流体中运动时，会受到流体的阻力。物体运动速度小时：物体运动速度小时：物体运动速度大时：物体运动速度大时：物体运动速度更大时：物体运动速度更大时：c 与流体及物体的性质有关与流体及物体的性质有关11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院三三 牛顿定律的应用牛顿定律的应用关键步骤关键步骤（1）选取研究对象）选取研究对象（2）对研究对象隔离，分析受力情况）对研究对象隔离，分析受力情况（3）选择适当坐标系，列出相应方程）选择适当坐标系，列出相应方程（4）解方程，并对结果进行分析和讨论）解方程，并对结果进行分析和讨论 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两类常见问题两类常见问题11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院例例 2-1 研究如图所示系统的运动规律。研究如图所示系统的运动规律。mBmA11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院mBmA研究对象：研究对象：A、B，受力分析如下图。受力分析如下图。解：解：mBmAA:B:附加方程附加方程11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院讨论讨论（1）当当 时时,A、B加速运动。加速运动。（a）从静止开始从静止开始（b）从某运动状态开始从某运动状态开始（2）当当 时时,。（a）若若A、B 原为静止，则不可能！原为静止，则不可能！（b）若若A、B 原原为为运动状态，运动状态，A、B运动运动均为减速运动。均为减速运动。出现上述情况的原因是：出现上述情况的原因是：当当 时时，摩擦力为静摩擦情况。，摩擦力为静摩擦情况。mB11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院 例例 2-2 讨论雨滴下落过程中受到空气黏滞力作讨论雨滴下落过程中受到空气黏滞力作用时的运动规律。用时的运动规律。解：解：设雨滴初始时刻静止于原点（如图）。设雨滴初始时刻静止于原点（如图）。Ox根据雨滴受力分析（如图），列出根据雨滴受力分析（如图），列出牛顿方程：牛顿方程：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院雨滴的位置坐标：雨滴的位置坐标：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院讨论讨论（1）当当 时，时，终极速度终极速度(terminal velocity)物体达到终极速度条件是物体加速度为零。物体达到终极速度条件是物体加速度为零。（2）若若 ，终极速度不同！终极速度不同！物体运动规律也不相同！物体运动规律也不相同！11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院 例例 2-3 一一固固定定光光滑滑圆圆柱柱体体上上的的小小球球（m）从从顶顶端端下滑。求小球下滑到下滑。求小球下滑到 q 时小球对圆柱体的压力时小球对圆柱体的压力。oyx11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院解：解：在在q 处时，处时，质点受力如图质点受力如图自自然然坐坐标标系系oo小球对圆柱体的压力为：小球对圆柱体的压力为：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院则小球对圆柱体的压力为：则小球对圆柱体的压力为：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院从上述结果可以看出：从上述结果可以看出：随着小球下滑，随着小球下滑，q 从从 0 开始增大。开始增大。cos 逐渐减小，逐渐减小，N 逐渐减小。逐渐减小。当当继续增大继续增大时，时，会有何结果？会有何结果？oyx讨论讨论当当 cos 2/3 时，时，N 0。这可能吗？为什么？这可能吗？为什么？11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院当当 cos 2/3 时，时，N=0。此时，小球将离开圆此时，小球将离开圆柱体。柱体。将不再适用！将不再适用！此后，小球将做抛体运动！此后，小球将做抛体运动！动动力力学学方方程程11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院lhxyo解：解：设设 例例 2-4 飞飞机机以以水水平平速速度度 飞飞离离跑跑道道后后逐逐步步上上升升，其其上上升升轨轨道道为为抛抛物物线线，并并测测得得x=l 时时y=h。设设飞飞机机的的质质量量为为m，上上升升过过程程中中水水平平速速度度保保持持 不不变变，求求飞飞机机在在起起飞飞时时受受到到空空气气的上升力。的上升力。11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院Rm正正向向 例例 2-5 设设一一物物体体在在离离地地面面上上空空高高度度等等于于地地球球半半径径处处由由静静止止向向地地面面落落下下，计计算算它它到到达达地地面面时时的的速速度度（不不计空气阻力和地球自转）。计空气阻力和地球自转）。解：解：11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院R11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院omxy 例例 2-6 设一高速运动的带电粒子沿竖直方向以速设一高速运动的带电粒子沿竖直方向以速度度v0向上运动，从某时刻向上运动，从某时刻t=0开始粒子受水平方向向右、随开始粒子受水平方向向右、随时间成正比的电力时间成正比的电力 的作用，的作用，f0是已知常量，粒子是已知常量，粒子质量为质量为m。求粒子的运动轨道。求粒子的运动轨道。11-1 11-1 电荷电荷第11章 静电场第二章第二章 牛顿运动定律牛顿运动定律第2章 牛顿运动定律及力学守恒定律安徽科技学院解：解：omxy