牛顿力学的基本定律

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1、1.2牛顿力学的基本定律1.2.1牛顿运动定律1.2.2惯性参考系和伽利略相对性原理1.2.3用牛顿运动定律解题1.2.4万有引力定律惯性质量和引力质量*1.2.5非惯性参考系和惯性力牛顿（IsaacNewton）1642-17271.2.1牛顿运动定律牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，除非其他物体的作用迫使它改变这种状态。物体保持静止或匀速直线运动的状态的性质。物体的惯性：牛顿第一定律又称为惯性定律。牛顿第二定律：物体获得的加速度的大小与所受力的大小成正比，与物体的质量成反比，方向与所受力的方向相同实验表明：对于质点的

2、运动而言，合力的作用与这几个力同时作用的效果是一样的。当物体同时受到几个力的作用时，合力：力的叠加原理。作用在物体上的合力牛顿方程物体的质量越大，运动速度越不容易改变。实验表明：当物体的运动速度远小于光速时，物体的质量与物体的运动速度无关。直角坐标系中，牛顿方程的分量式：圆周运动，沿切向和法向的分量式：在牛顿力学中，物体的质量是一个恒量。质量：表示物体惯性的大小，称为惯性质量。动量：大小等于质量乘速率，方向与速度的方向相同牛顿第二定律：动量守恒：当物体不受力，或所受合力等于零时，其动量的大小和方向都保持不变。动量是一个重要的物理量，应

3、用范围远超出牛顿力学。如果在某一方向上物体所受合力为零，则沿此方向物体动量的分量守恒。例如电磁波（光子）就具有动量。即常矢量牛顿第三定律：物体间的作用力和反作用力大小相等，方向相反，且在同一直线上。作用力和反作用力是属于同一性质的力。例如弹性力的反作用力一定是弹性力，摩擦力的反作用力也一定是摩擦力。实验表明：在光子与光子、光子与其他粒子的相互作用过程中，系统的总动量严格守恒。作用力和反作用力分别作用在不同物体上。关于牛顿第三定律的说明：其中，力是指物体相互接触产生的，或通过“超距作用”产生的。作用力等于反作用力“超距作用”——力的传递过程不需要

4、时间，或力的传递速度为无限大。如果力以有限的速度传递，作用力和反作用力就不一定相等了。1.2.2惯性参考系和伽利略相对性原理1.惯性参考系惯性参考系：牛顿第一定律在其中成立的参考系。在惯性系中，任何不受其他物体作用的物体都保持静止或匀速直线运动（惯性运动）的状态。牛顿第二定律在惯性系中成立。在非惯性系中，牛顿第一、二定律不成立；牛顿第三定律仍然成立（作用力与反作用力之间的关系与参考系无关）。任何物体之间都有万有引力，参考系所选定的参照物体总要受到引力作用而产生加速度。相对一个惯性系作加速运动的参考系一定是非惯性系。自然界中不存在严格的惯性系：马

5、赫认为：如果一个参考系相对宇宙全部物质分布的平均加速度等于零，就可把这个参考系看成惯性系。判断一个实际的参考系是不是惯性系，取决于在多大的精度上可以观测到这个参考系的加速度效应。由于转动产生加速度，所以相对一个惯性系作转动的参考系也一定是非惯性系。太阳系zxy地心系地面系太阳系：由天文学观测结果得出，绕银河系中心公转的法向加速度约为地心系：绕太阳公转的法向加速度约为比较精确的惯性系较好的惯性系太阳系zxy地心系地面系一般仍被工程技术广泛采用较差的惯性系地面系：地球自转使赤道处的物体产生的法向加速度为2.伽利略相对性原理相对一个惯性系

6、做匀速直线运动的其它任意参考系也是惯性系，在这些参考系中牛顿定律都成立。伽利略相对性原理：对于描述力学定律来说，所有的惯性参考系都是平等的。在任一惯性系中都可以把牛顿第二定律描述为：“物体的动量对时间的变化率等于它所受的合力”系？匀速直线运动系匀速直线运动匀速直线运动仅凭观测球的上抛和下落，不能觉察车相对地面的运动。系两个车一起运动匀速直线运动匀速直线运动两类问题：已知力求运动；已知运动求力。解题思路：分析运动状态；分析受力；列方程；1.2.3用牛顿运动定律解题求解，讨论。选参考系、坐标系；运动状态分析受力【例1.6】柔软细绳长为l，小球质量为

7、m，求摆下至角时小球的速度和绳的张力。自然坐标系列方程：解（切向）（法向）选择参考系张力的概念lmOvmg求解：【思考】张力最大的角度？运动学条件初始条件有简捷解法吗？【例1.7】绕在固定圆柱上的柔软细绳的一端拴一条船，另一端用手拉住。圆柱的半径为R，绕在圆柱上的那段绳长为L，圆柱面与绳之间的静摩擦系数为。当平衡时船一端的拉力为T0，求绳另一端的拉力TL（保持T0>TL）。船TLT0L圆柱面对绳有摩擦力，绳中各处的张力可能不同。O解力的平衡问题。想象地把绳分为许多小段，通过分析一小段绳的受力情况，建立各小段绳之间的相互作用关系（微分方程

8、）。各小段绳之间的相互作用关系（微分方程）:讨论：静摩擦系数越大，绕在圆柱上的绳越长，绳另一端的拉力就越小。1.2.4万有引力定律惯性质量和引力质量任