大学物理简程 张三慧主编第2章 牛顿运动定律

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1、第2章牛顿运动定律2.1牛顿三定律2.2常见的几种力2.3应用牛顿定律解题2.4流体的稳定流动2.5伯努利方程12.1牛顿三定律一、牛顿第一定律任何物体都保持静止的或沿一条直线作匀速运动的状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。牛顿第一定律又称惯性定律。意义:(1)定性给出了两个重要概念——力与惯性力是使物体运动状态改变的原因;惯性是物体抵抗运动变化的性质。(2)定义了惯性参考系惯性定律成立的参照系为惯性系。2相对于孤立质点静止或作匀速直线运动的参考系称为惯性参考系,简称惯性系。注:牛顿定律只适用于惯性系。asa/S/系S系光滑S/:牛顿定律不成立a/0S:牛顿定律成立a=0惯

2、性系与非惯性系3①确定惯性系──只有通过力学实验根据天文观察,以太阳系作为参照系研究行星运动时发现行星运动遵守牛顿定律,所以太阳系是一个惯性系。②相对于已知惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系非惯性系:相对于已知惯性系作加速运动的参照系4二、牛顿第二定律运动的变化与所加的动力成正比,并且发生在这力所沿的直线的方向上。或:物体的动量对时间的变化率与所加外力成正比,并且发生在这外力的方向上。意义:牛顿第二定律给出了力和运动的定量关系。动量若有有局限性力的叠加原理普遍的5分量形式:直角坐标系中:自然坐标系中(切向和法向分量):惯性质量:①质量是物体惯性大小的量度(m是惯性质量);②引力质量:

3、设6三、牛顿第三定律对于每一个作用,总有一个相等的反作用与之相反;或者说,两个物体对各自对方的相互作用总是相等的,而且指向相反的方向。作用力和反作用力:同时存在、分别使用、方向相反、大小相等。7四、国际单位制和量纲1、单位制就是规定哪些物理量是基本量及所使用的基本量的数量级。量的名称单位名称单位符号单位的定义时间秒s1秒=138Cs原子基态的两个超精细能级之间跃迁时辐射光波的9,192,631,770个周期长度米m光在真空中在(1/299792458)s内所经过的距离质量千克kg保存在巴黎度量衡局的“kg标准原器”的质量国际单位制(SI)的力学基本量和单位:82、量纲可根据一定的关系式,

4、从基本量导出的量称为导出量,相应的单位称为导出单位。为定性表示导出量和基本量间的关系,常不考虑关系式中的数字因数,而将物理量用若干基本量的乘方之积表示,这样的式子称为该物理量的量纲式,简称量纲。某物理量Q的量纲通常表示为Q。在SI中,基本力学量是长度、质量、时间,它们的量纲分别用L、M、T表示。9例如:在SI制中F=MLT2只有量纲相同的项才能进行加减或用等式联接。10物体由于形变而对与之接触的物体产生的力。如:压力(支持力)、拉力、弹力()。2.2常见的几种力1、重力2、弹性力由于地球吸引而使物体受到的力。3、摩擦力相互接触的物体沿接触面方向有相对滑动时,在各自接触面上所受的

5、阻止相对滑动的力。114、流体曳力物体在流体(液体或气体)中和流体有相对运动时,所受流体的阻力。物体在空气中终极速率:物体在流体中下落的最大速率(曳力和重力平衡)。125、引力(万有引力)任何两个质点的相互吸引力。引力常量惯性质量和引力质量地球质量如何得出?133.3应用牛顿定律解题解题思路:(1)选取对象(2)分析运动(轨迹、速度、加速度)(3)分析受力(隔离物体、画受力图)(4)列出方程(标明坐标的正方向;从运动关系上补方程)(5)讨论结果(量纲?特例?等)14例:一细绳跨过一轴承光滑的定滑轮,绳的两端分别悬有质量为m1和m2的物体(m1

6、,绳不能伸长,试求物体的加速度以及悬挂滑轮的绳中张力.解:选取对象m1、m2及滑轮分析运动m1,以加速度a1向上运动m2,以加速度a2向下运动分析受力隔离体受力如图所示.列出方程取a1向上为正方向,则有T1-m1g=m1a1①am1m2m1ga1T1m2gT2a2T1/T2/T15以a2向下为正方向,则有m2g-T2=m2a2.②根据题意有T1=T2=T,a1=a2=a.联立①和②两式得由牛顿第三定律知:T1/=T1=T,T2/=T2=T,有讨论:(1)T/<(m1+m2)g.(2)m1=m2:a1=a2=0;T=2m1g16例:升降机内有一光滑斜面,固定在底板上,斜面倾角为.当升降机

7、以匀加速度a1竖直上升时,质量为m的物体从斜面顶端沿斜面开始下滑,如图所示.已知斜面长为l,求物体对斜面的压力,物体从斜面顶点滑到底部所需的时间.a1解:(1)选取对象以物体m为研究对象.(2)分析运动m相对于斜面向下的加速度为a2xyNmga1m相对于地的加速度为(3)分析受力m受力如图17x方向:mgsin=m(a2-a1sin)y方向:N-mgcos=ma1cos(4)列出方程对m应用牛顿定律列方程:a2xyNm

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