物理学(力学)第二章牛顿运动定律

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1、第二章牛顿运动定律§2-1牛顿运动定律与惯性参考系§2.2SI单位和量纲§2.3相互作用力§2.4牛顿运动定律的应用§2.5伽利略的相对性原理§2.6非惯性系、惯性力前　　言运动和物体相互作用的关系是人类几千年来不断探索的课题。力的作用既有瞬时效应，又有积累效应：前者由牛顿定律描述，后者则由三大守恒律所描述；在深一层次上，人们还发现，反映力在时、空过程中积累效应的三大守恒律是与时、空的某种对称性相联系的。原来物体作何种运动，既与物体间的相互作用有关，又与物体自身的性质有关。当物体内部出现某种非线性因素时，在一定条件下即可能导致混沌。从

2、17世纪开始，以牛顿定律为基础建立起来的经典力学体系，一直被认为是“确定论”的。但廿世纪80年代，人们发现了在“确定论”系统中，却可能出现“随机行为”。在力学中，物体与物体间的相互作用称之为力。为什么？§2.1牛顿运动定律一、惯性定律惯性参照系在运动的描述中，各种参考系都是等价的。但实验表明，动力学规律并非是在任何参考系中都成立。这就引出了惯性参考系的问题。1、惯性定律“孤立质点”的模型：不受其它物体作用或离其他物体都足够远的质点。例如，太空中一远离所有星体的飞船。惯性定律：一孤立质点将永远保持其原来静止或匀速直线运动状态。BA静

3、止时AB惯性和惯性运动惯性运动：物体不受外力作用时所作的运动。问题的提出：惯性定律是否在任何参照系中都成立？惯性：任何物体都有保持其原有运动状态的特性，惯性是物质固有的属性。惯性和第一定律的发现，使人们最终把运动和力分离开来。２、惯性系和非惯性系左图中，地面观察者和车中观察者对于惯性定律运用的认知相同吗？什么是惯性系：孤立物体相对于某参照系为静止或作匀速直线运动时，该参照系为惯性系。如何确定惯性系──只有通过力学实验。*1地球是一个近似程度很好的惯性系但相对于已知惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。一切相对于已知惯

4、性系作加速运动的参照系为非惯性系。*2太阳是一个精度很高的惯性系太阳对银河系核心的加速度为马赫认为：所谓惯性系，其实质应是相对于整个宇宙的平均加速度为零的参照系──因此，惯性系只能无限逼近，而无最终的惯性系。※牛顿第二定律：物体受到外力作用时，它所获得加速度的大小与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F的方向相同。比例系数k与单位制有关，在国际单位制中k=1。二、牛顿第二定律　惯性质量　引力质量其数学形式为２o物体之间的四种基本相互作用；1、关于力的概念１o力是物体与物体间的相互作用，这种作用可使物体产生形变

5、，也可使物体获得加速度。力的概念是物质的相互作用在经典物理中的一种表述。3o力的叠加原理若一个物体同时受到几个力作用，则合力产生的加速度，等于这些力单独存在时所产生的加速度之矢量和。力的叠加原理的成立，不能自动地导致运动的叠加。2、关于质量的概念3、牛顿第二定律给出了力、质量、加速度三者间瞬时的定量关系１o质量是物体惯性大小的量度：２o引力质量与惯性质量的问题：调节引力常数Ｇ，使m引，m惯的比值为1。惯性质量与引力质量等价是广义相对论的出发点之一。（1）、理解：①、牛顿第二定律是实验定律②、牛顿第二定律的瞬时性、矢量性、独立性、同向性

6、。瞬时性：力和加速度同时存在，同时消失；矢量性：牛顿第二定律满足矢量的合成与分解。力只改变该方向上物体的运动状态；独立性：每个力对物体产生的加速度，与是否存在别的力无关或：多个力对同一物体产生的加速度，等于每一个力单独对物体产生的加速度的矢量和；同向性：作用力的方向和加速度的方向始终相同；（2）、牛顿第二定律的分量式在平面自然坐标系在平面直角坐标系③、适用条件：低速（v<

7、作用力分别作用于两个不同物体上，各自产生各自的效应。它们不能互相抵消。②、作用力和反作用力性质相同，且大小相等，方向相反，作用在同一直线上。③、作用力与反作用力是矛盾的两个方面，它们同时存在，同时消失，成对产生，没有主从之分，也没有先后之别，任何一方都不能孤立地存在。④、物体受力分析遵循的原则⑤、牛顿第三定律对任何参考系都成立。或者说：相对某惯性系作匀速直线运动的参考系，其内部发生的力学过程，不受系统整体的匀速直线运动的影响。上述结论，是伽利略在1632年，通过分析一个匀速直线运动的封闭船舱里发生的力学现象而总结出的，它也称作力学相对

8、性原理，或伽利略相对性原理。对于描述力学规律来说，所有的惯性参考系都是等效的。四、力学相对性原理伽利略相对性原理的数学表述：质量和运动速度无关，力只与物体相对位置或相对运动有关，质量和力都与参考系无关对于不同的惯性系，力