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1、“反物质”离 我们 有多远？,发布时间：2011-5-3,中外科学家捕获最重反物质原子核反氦4,美国布鲁克海文实验室(BNL),这是迄今为止发现的最重的反物质原子核。,from the normal matter to the antimatter world,中子数,质子数,奇异数,反物质处于这个图表的负方向(N0,Z0)，,4He,16 牛顿运动定律,英国数学家、物理学家、天文学家和经典力学体系的奠基人。牛顿的主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律，创建经典力学，设计并实际制造了第一架反射式望远镜，发现光的色散原理等，被誉为人类历史上最伟大，最有影响力的科学家。为了纪念牛顿在经典力学方
2、面的杰出成就，“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。,单身贵族,牛顿 (16421727),“牛顿苹果”,“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在巨人肩上的缘故。”,万有引力定律,惯性是杀手,利用惯性,固定斧头 跳远运动员助跑起跳 地球自转 比如你开车时候遇到劫匪了，拿着刀逼你开到某某地方，于是你开始慢慢加快车速，突然来个急刹车，劫匪直接摔出去了，你由于带了保险带，无事。,牛顿第二定律（Newton second law） 物体受到外力作用时，物体所获得的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方向相同。,2、迭加性：,特点： 瞬时性 迭加性 矢量性,3、
3、矢量性：具体运算时应写成分量式,直角坐标系中：,自然坐标系中：,衡量一辆汽车性能的主要指标有哪些？,（一）汽车的动力性：汽车的加速能力 （三）汽车的制动性 ：汽车迅速减速直至停车的能力,牛顿第三定律（Newton third law） 两个物体之间对各自的相互作用总是大小相等，方向相反。,作用力与反作用力：,1、它们总是成对出现。同时产生，同时消灭。,2、它们分别作用在两个物体上。,3、它们一定是属于同一性质的力。,二、力学中常见的力,1、引力：,G=6.6710-11Nm2/kg2,例、地球对物体的引力Pmg=GMm/R2 所以g=GM/R2,2、电磁力：（库仑力）f=kq1q2/r2 k=
4、9 109Nm2/C2,注意：电磁力远远大于万有引力！,例1. 在氢原子中，电子与质子的距离为5.310-11米，试求静电力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。,静电力：电子、质子看作点电荷 万有引力：电子、质子看作质点,比值：2.31039,3、强力：微观粒子之间的一种相互作用，作用范围大约在10-15米以内。,4、弱力：微观粒子之间的另一种作用力，力程短、力弱（102牛顿）,四种基本力的特征和比较,力的种类 相互作用的物体 力的强度 力 程,万有引力 一切质点 1034N 无限远 弱力 大多数微观粒子 102N 小于1017m 电磁力 电荷 102N 无限远 强力 核子、夸克等 104N
5、 1015m, 物理学家的目标： 四种力可否从一种更基本、更简单的理论导出? 各种力能否统一在一种更一般的理论中?,已做和待做的工作:,20世纪20年代，爱因斯坦最早着手这一工作。但未成功。,弱、电统一：20世纪60年代温伯格、萨拉姆和格拉肖三位理论物理学家提出理论，1979年获诺贝尔物理奖。 1983年实验证实理论预言,大统一：弱、电、强 统一，很有希望的“标准模型” 因目前加速器能量不够而无法实验证实。 超大统一：四种力的统一,万有引力 万有引力定律： 任何两个物体之间都存在着相互作用的引力，力的方向沿着两质点的连线；力的大小与两质点质量的乘积成正比，与两质点之间的距离的平方成反比。,其中
6、 G=6.6725910-11 N.m2.Kg-2 称为引力常量。,重力加速度（地面的万有引力）：,根据牛顿第二定律：,其中 为地球的纬度,弹性力 1、弹性形变：物体受力发生形变，当把力撤除后，物体若完全恢复到原来的形状，这种形变称为弹性形变。 2、弹性力：由物体形变引起的相互作用力。弹性力是一种接触力，其方向垂直于两物体接触点的切面。,其中 k 是弹簧的劲度系数， x 是物体相对于平衡位置的位移。,3、常见的弹性力有： 弹簧被拉伸或压缩时产生的弹性力； 绳索被拉紧时产生的张力； 重物放在支承面上产生的正压力和支持力等。,4、胡克定律：,摩擦力 摩擦力：当一个物体在另一个物体表面滑动或有滑动趋
7、势时，在这两物体的接触面上就会产生阻碍物体作相对滑动的力，这种力就是摩擦力。 静摩擦力：当物体有滑动趋势但未滑动时作用在物体上的摩擦力。静摩擦力的大小取决于外力。,滑动摩擦力：当一个物体在另一个物体的表面滑动时，在接触面上所产生的摩擦力，称为滑动摩擦力。,应用牛顿定律的解题步骤：,三、牛顿定律的应用,受力情况,运动情况,例题1 一物体置于水平面上，物体与平面之间的动摩擦系数为 ，如图所示，求作用在物体上的拉力F与水平面之间的夹角 为多大时，该力能使物体获得最大的加速度？,解：确定研究对象，建立坐标系,设物体质量为m，加速度为a，分析受力，如图：,目的：找出 与 的关系,讨论：平静的湖面上有一小
8、船，一人在湖边处有一定高度的岸上以匀速率v0收绳子，使小船向岸边靠拢，则小船的运动是（A）匀速运动（B）匀加速运动（C）匀减速运动（D）变加速运动（E）变减速运动。,解：选取坐标如图，O是固定点,（这是本题的关键）,负号表示v的方向与x 轴的正方向相反。,(D）对,习题15 如图所示岸上人用匀速v拉绳，求船的速度。已知滑轮距水面高h，绳初始位置长度为l0,解一：如图所示，当船发生元位移dx时，绳长的变化为dl=dxcos,解法2：用矢量表示,则船的运动速度可以表示为,例题2 水平面上有一质量为51kg的小车D，其上有一定滑轮C，滑轮两侧分别连有质量为m1=5kg和m2=4kg的物体A 和B。物
9、体A在小车上，物体B被绳悬挂，系统处于静止瞬间，如图所示。各接触面和滑轮轴均光滑，求以多大力作用在小车上，才能使物体A与小车D之间无相对滑动。（滑轮和绳的质量均不计，绳与滑轮间无滑动）,解：建立坐标系并作受力分析图：,列方程：,解出：,=784N,N1,例题4 如图所示, 长为l 的轻绳, 一端系质量为m 的小球于定点O. 开始时小球处于最低位置. 若使小球获得如图所示的初速度v0 ,小球将在铅直平面内作圆周运动, 求小球在任意位置的速率及绳的张力.,解: t 时刻, 若小球在点A , 速率为v,小球受重力mg及张力T, 有,采用自然坐标系,由,在切向,在法向,所以有:,积分：,得:,例题3
10、由地面沿铅直方向发射质量为m的火箭。求火箭能脱离地球引力所需要的最小初速度。,解：以火箭为研究对象，发射升空后只受到地球引力作用，故建立竖直向上的坐标系，以地心为原点，设火箭与地面相距x，则由万有引力定律有,使物体能够绕地球做圆周运动的初速度（第一宇宙速度） 脱离地球引力所需要的最小初速度 （第二宇宙速度） 脱离太阳引力所需要的最小初速度 （第三宇宙速度）,神舟五号,查资料做报告（5分钟）,人造地球卫星的用途，请举例说明； 卫星发射场的区位选择？ 我国卫星技术。,“卫星”专题：,是否向东发射卫星与向西发射卫星消耗能量不同? 为什么卫星要在低纬度地区发射好？ 我国卫星发射初速度是多少？,牛顿运动
11、定律的适用范围： 1.低速宏观物体； 2.只在惯性系中成立。,17 惯性系与非惯性系 力学相对性原理,一、惯性系和非惯性系,运动的描述是依赖于参考系的。 牛顿第一定律中的静止或匀速直线运动是相对于什么参考系而言？牛顿第一定律是否对一切参考系都成立？,以地面为参考系， ，保持静止，牛顿第一定律成立； 以相对于地面做加速运动的汽车为参考系， ，却有加速度，牛顿第一定律不成立。,牛顿第一定律并不对一切参考系都成立！,凡是相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系；而相对于惯性系做变速运动的参考系则是非惯性系。 所有的惯性参照系都是等效的（力学相对性原理）,惯性系：地面 非惯性系：相对地面做加速运动
12、的汽车，转盘,定义： 牛顿第一定律成立的参考系，称为惯性参考系。,如何判断一个参考系是否是惯性系？ 判据就是看牛顿第一定律是否成立。 通过实验和观察，发现,二、力学的相对性原理,只要对某一惯性系牛顿第二定律成立，对其他任何惯性系，牛顿第二定律必定成立。 物质运动规律不依赖于参考系。,在两个相互做匀速直线运动的惯性参考系S和S中, 观察同一质点的运动,由相对运动的加速度关系式有:,一切惯性系中，力学规律具有相同的形式。这个原理叫做力学相对性原理或伽利略相对性原理。,三、非惯性系中的惯性力,1、在直线加速运动参考系中的惯性力：,在非惯性系中,可以引入一个虚拟的力(无施力物体), 称为惯性力，此时可
13、应用牛顿定律求解力学问题.,小球受力F，做加速运动,牛顿定律成立，,小球受力F，静止,牛顿定律不成立。,假想一个力 FI使得小球所受合力为零，则牛顿定律成立。 这个假想力称为惯性力。,小球不受力，静止,牛顿定律成立。,小球不受力，做加速运动,牛顿定律不成立。,根据相对运动中加速度的变换关系：,Inertia 惯性,想在非惯性系中应用牛顿第二定律，只须额外考虑一种称为惯性力的虚拟力（惯性力是假想的，是为了在非惯性系中也能应用牛顿第二定律）； 它不由物体间的相互作用产生，即，惯性力没有施力物体，同时，它也不存在反作用力； 它是惯性在非惯性系中的效应。,例题 设电梯相对地面以加速度a铅直向上运动.
14、电梯中有一质量可略去不计的滑轮, 在滑轮的两侧用轻绳悬挂着质量分别为m1和m2的重物, 已知 m1 m2 . 求 m1和m2相对电梯的加速度及绳的张力.(习题125),解:受力分析如下:,两式联立求解得：,m1,y,m2,y,以电梯为参考系，引入惯性力,对m1：,2、在匀角速度转动的非惯性系中的惯性力：,-离心惯性力,地面观察者：质点受绳子的拉力提供的向心力，所以作匀速圆周运动。,圆盘上观察者：质点受绳子的拉力，为什么静止？,太空飞碟,体验超重、失重的感觉,太空梭,处于非惯性系中，你可以感觉到惯性力的效应。,当人处于加速向下运动的升降机中时，他的重力没有改变，但他对升降级的压力小于自重，把这种现象叫做失重。,完全失重状态,查资料做报告（5分钟）,在地球上如何模拟失重状态？,近代物理学发展表明：经典的、与物质运动无关的绝对时空观是错误的，并揭示出时间、空间与物质运动密切相关的相对性时空观；而力学相对性原理则得到改造发展为物理学中更为普遍的相对性原理。,作业： 习 题：20,21,24,25,
