大学物理质点动力学

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,14 九月 2024,第二章,质点运动的基本定律,以质点为对象，研究质点间的,相互作用对其运动状态的影响。,1,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,2.1 牛顿运动定律,2.1.1,牛顿运动定律表述,一、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。,给出了两个重要的物理概念：,惯性,（,inertia,）,力,（,force,）,惯性：,物体保持静止或匀速直线运动状态的特性称为惯性。,力：,力是外界物体施加的作用，它是物体状态改变的原因。,2,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,二、牛顿第二定律,物体受外力作用时，获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体质量成反比；加速度的方向与合外力的方向相同。,（,1,）迭加性：,是合外力；,（,2,）瞬时性： 和 是瞬时关系，二者同时出现，同时消失。,（,3,）矢量性：,3,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,三、牛顿第三定律,物体间的作用力和反作用力在同一直线上，大小相等而方向相反。,A,B,（,1,）二力同时存在、同时消失、相互依存；,（,2,）分别作用在两个物体上，不是平衡力；,（,3,）作用力和反作用力具有相同性质。,（,5,）公式定义的质量,m,反映了物体惯性的量度，称为,惯性质量,；,（,4,）公式中的运动量 称为质点的动量；,4,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,2.1.3 牛顿运动定律适用范围,1.,牛顿定律只适用于惯性系,2.,牛顿定律只适用于低速宏观物体,牛顿定律不成立参照系叫做非惯性系。,牛顿定律成立的参照系叫做惯性系。,低速：,物体速度远低于光速。,宏观：,物体尺寸远大于原子的尺度。,3.,利用牛顿定律解题步骤：,（,1,）选惯性系，取隔离体；,（,2,）受力分析，列矢量方程；,（,3,）建立坐标，写投影方程；,（,4,）求解分析。,5,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,例2.1,一个质量为,m,的物体，在有粘性的流体中运动，受到的阻力与速度大小成正比，方向相反，即,f,=,bu,，式中,b,为常数。若物体只受阻力作用，当,t,= 0,时，物体以初速度,u,0,开始在流体中运动，试求物体的速度方程。,解 以物体为研究对象，其受力,f,=,bu,。根据牛顿第二定律，则有,即,两边积分,整理后得出,速度随时间增加而减小，减小的快慢取决于,m,和,b,的大小。,6,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,例2.2,如图所示，质量为,m,的质点，沿半径为,R,的圆环的内壁运动，整个圆环水平地固定在一光滑桌面上。已知质点与环壁间的摩擦系数为,m,，质点开始运动的速率为,u,0,，试求质点在任一时刻的速率。,解：,选地面参照系和隔离体：如图,N,=,m,u,2,/,R,-,m,m,u,2,/,R,=,m d,u,/,dt,O,N,f,m,R,分析受力，列出矢量方程：,求解分析：,积分得出,注意,：,在运动过程中，摩擦力是变化的。,7,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,2. 2 力学相对性原理,2.1.1,力学的相对性原理,对于描述,力学规律,来说，所有惯性系都是等价的，这就是力学的,相对性原理,，亦称,伽利略相对性原理,。,1632,年伽利略航船实验，得出：,1,、在相对于惯性系作匀速直线运动的参照系中力学规律与惯性系相同。,2,、相对于惯性系作匀速直线运动的一切参照系都是惯性系。,伽利略航船,8,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,一、伽利略变换,是建立在经典时空观基础上的不同参照系之间的时空变换关系。,P,点时空坐标：,y,z,P,2.2.2,经典力学时空观,9,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,1,、反映了牛顿绝对空间和时间的经典时空理论。,表明了运动的,相对性。,加速度变换式,（,Galileo acceleration transformation,）,伽利略速度变换式,（,Galileo velocity transformation,）,2,、只适用于经典力学范围。,应当明确：,牛顿第二定律的表现形式不变。,10,14 九月 2024,吉林大学 物理教学中心,1,、同时性是绝对的,2,、时间间隔是绝对的,3,、两地之间的距离是绝对的,时空和物质的运动是无联系的，时空的量度与参照系无关，是绝对的。这正是牛顿的绝对时空观。是伽利略变换成立的前提。,与观察者的运动状态无关,二、经典力学的,时空观,11,