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1、2.1 牛顿运动三定律2.2 力学中常见的几种力2.3 牛顿运动定律的应用2.4 牛顿运动定律的适用范围,第2章 牛顿运动三定律,位于美国华盛顿特区 国际标准局的铯原子钟,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，后者则由三大守恒定律所描述。,物体与物体间的相互作用称之为力。,牛顿 Issac Newton（16431727）杰出的英国物理学家,经典物理学的奠基人.他的不朽巨著自然哲学的数学原理总结了前人和自己关于力学以及微积分学方面的研究成果. 他在光学、热学和天文学等学科都有重大发现.,自然哲学的数学原理（拉丁文：Phi
2、losophiae Naturalis Principia Mathematica），是英国科学家艾萨克牛顿的代表作，成书于1686年。当时英国皇家学会要出版这部书，但是凑不出适当款子，而皇家学会的干事罗伯特胡克则声称万有引力的平方反比定律是他首先发现的，爱德蒙哈雷出于气愤，提议牛顿写了这本书，并由他自费出版了牛顿的书，於1687年7月自然哲学的数学原理拉丁文版问世。中译本出版於1931年。该书的宗旨在于从各种运动现象探究自然力，再用这些力说明各种自然现象。,2.1 牛顿运动三定律,任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到外力迫使它改变这种状态为止。,一、 牛顿第一定律,数学形式： 时，
3、恒矢量,定义了物体的惯性 任何物体都有保持其运动状态不变的性质, 这一性质叫惯性.,定义了力 力是改变物体运动状态的原因. （并非维持物体运动状态的原因）。,第一定律的意义：,二、牛顿第二定律,(2) 直角坐标系中,自然坐标中,(1) 质量不变,三、 牛顿第三定律, 成对性 物体之间的作用是相互的；, 一致性 作用力与反作用力性质一致；, 同时性 相互作用之间是相互依存，同生同灭。,讨论,2.2 力学中常见的几种力,一、 万有引力,用矢量表示为,说明,(1) 依据万有引力定律定义的质量叫引力质量；依据牛顿第二定律定义的质量叫惯性质量。实验表明：对同一物体来说，两种质量总是相等。,(2) 万有引
4、力定律只直接适用于两质点间的相互作用,重力: 地球对地面附近物体的万有引力.,四种相互作用的力程和强度的比较,表中强度是以两质子间相距为 时的相互作用强度为1给出的,种 类,相互作用粒子,强度,力程/m,引力作用,所有粒子、质点,弱相互作用,带电粒子,电磁作用,核子、介子等强子,强相互作用,强子等大多数粒子,温伯格 萨拉姆 格拉肖,弱相互作用 电磁相互作用,电弱相互 作用理论,三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖,鲁比亚, 范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖,如图所示，一质点m 旁边放一长度为L 、质量为M 的杆，杆离质点近端距离为l,解,例,该系统的万有引力大小,求,当 l L
5、 时,杆、质点间引力,质元、质点间引力,质元,杆可看作是一质点,问题： 杆能否看作是一质点？,二 弹性力,常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性力等,由物体形变而产生的,张力,F,F,TA,TB,TA,TB,A B,根据牛顿第三定律,= -TA,TA,= -TB,TB,根据牛顿第二定律,mAB a = TA- TB,若绳子质量忽略不计，则,TA= TB,，各处张力相等,三、摩擦力,表面光滑仍存在有一定的摩擦力,一般情况,滑动摩擦力,最大静摩擦力,2.3 牛顿运动定律的应用,一 解题步骤,已知力求运动方程已知运动方程求力,二 两类常见问题,解 分别以 ， 定滑轮为研究对象,对 ，,例2.1 一细绳
6、跨过一轴承光滑的定滑轮，绳的两端分别悬有质量为 和 的物体( )，如图所示.设滑轮和绳的质量可忽略不计，绳不能伸长，试求物体的加速度以及悬挂滑轮的绳中张力.,对 ，,由牛顿第三定律知： ，又考虑到定滑轮质量不计，所以有,则对m应用牛顿定律列方程如下：,例 升降机内有一光滑斜面，固定在底板上，斜面倾角为.当升降机以匀加速度 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.,解 物体相对于地的加速度为,由牛顿第三定律可知，物体对斜面的压力为,得,2.4 牛顿运动定律的适用范围,一、 惯性系与非惯性系,惯性系,非惯性
7、系,桌面光滑,牛顿定律适用的参考系称为惯性系,2. 相对于惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系,说明,3.,其中，加速度是相对于惯性系的。,1. 牛顿运动定律只在惯性系中成立,4. 相对于惯性系作加速运动的参照系是非惯性系, 平动加速系中的惯性力,惯性系，牛顿定律成立。,水平方向小球不受力,若用牛顿定律思考，则必认为小球受力为,小车是非惯性系,牛顿定律不成立！,惯性力 惯性在非惯性系中的表现.,非惯性系中牛顿第二定律,2)惯性力不是物体间的相互作用，不存在惯性力的反作用力, 找不出它的施力物体3)在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成是惯性参考系 .,平动非惯性系中惯性力,惯性力是参考系
8、加速运动引起的附加力，,本质上是物体惯性的体现。,有真实的效果。,二战中的小故事：,美 Tinosa号潜艇,携带16枚鱼雷,离敌舰4000码,发射4枚,斜向攻击,使敌舰停航,离敌舰 875码,垂直攻击,发射11枚,均未爆炸！,在太平洋海域,分析：,S,近距、垂直, 滑块受摩擦力大, 雷管不能被触发,例 动力摆可用来测定车辆的加速度. 一根质量不计的细棒一端固定在车厢的顶部, 另一端系一小球, 当列车以加速度 a 行驶时, 细杆偏离竖直线成 角. 试求加速度 a 与摆角 间的关系 .,解 以车厢为参考系（非惯性系）小球处于平衡状态.,解得,二、 牛顿定律适用范围,牛顿定律适用于低速、宏观物体。,狭义相对论 高速运动问题,量子力学 微观粒子问题,
