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1、第2章 牛顿运动定律,英国物理学家, 经典物理 学的奠基人 . 他对力学、光学、 热学、天文学和数学等学科都 有重大发现, 其代表作自然 哲学的数学原理是力学的经 典著作. 牛顿是近代自然科学 奠基时期具有集前人之大成的 贡献的伟大科学家 .,牛顿 Issac Newton （16431727）,任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止 .,2.1 牛顿运动定律,2.1.1 牛顿第一定律 (惯性定律), 力是改变物体运动形式的原因；,“保持其静止或匀速直线运动状态”的性质-惯性； 惯性是物体固有属性，描述惯性的物理量-质量,kg(SI)；, 定律非实验结果,是理
2、想化抽象思维的产物。,2.1. 牛顿第二定律,物体加速度的大小与其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的方向相同。,力的单位“牛顿（N）”，,直角坐标系中,自然坐标系中,两个物体之间作用力 和反作用力 , 沿同一直线, 大小相等, 方向相反, 分别作用 在两个物体上 .,2.1.牛顿第三定律(作用与反作用定律), 惯性参考系,定义：适用牛顿运动定律的参考系叫做惯性参考系；反之，叫做非惯性参考系 ., 在研究地面上物体的运动时，地球可近似地看成是惯性系., 对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，与惯性系的运动无关 ., 凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考系都
3、是惯性系.,严格理想的惯性参考系是不存在的！,*简介几种实用的惯性系 1、地面参考系 由于我们生活在地面上，地面是一个最常用的惯性系。但只能说地面是一个近似的惯性系，而不是一个严格的惯性系，因为地球有自转角速度： 由于地球的自转，地球上的物体有法向加速度。,2、地心参考系 地心参考系相对地面参考系严格些，地球绕太阳公转的角速度：,3、日心参考系 日心参考系相对地心参考系更严格些，但太阳还绕银河中心旋转：,4、FK4参考系 FK4参考系是以选定的1535颗恒星的平均静止的位形作为基准的参考系，是比以上三个参考系都严格的惯性系。, 万有引力,引力常量, 常见的力, 摩擦力, 弹性力,一般情况,（压
4、力，张力，弹簧弹性力等）,弹簧弹性力,滑动摩擦力,静摩擦力,四种基本相互作用, 以距源 处强相互作用的力强度为 1,力学的 基本单位,我国规定以国际单位制（SI）为法定单位制 ., 单位与量纲,速率,导出量,力,功, 单位,表示一个物理量如何由基本量的组合所形成的式子 .,某一物理量 的量纲, 量纲,1）确定研究对象进行受力分析； （隔离物体，画受力图） 2）选参考系,建坐标系； 3）列方程（一般用分量式）； 4）利用其它的约束条件列补充方程； 5）先用文字符号求解，后代入数据计算结果.,解题的基本思路, 牛顿定律的应用,例1 若物体从静止下落，空气阻力为 ，求物体的运动规律。,（其中 为正常
5、数）,解：,据牛二律,即,选地面为参考系，以释放点为坐标原点,欲得速度与时间的关系，用积分法,为此，须把式中的二变量 和 移到式的两边，称为分离变量法,积分该式,速度的表达式,解：,例2 如图长为 的轻绳，一端系质量为 的小球,另一端系于定点 ， 时小球位于最低位置，并具有水平速度 ，求小球在任意位置的速率及绳的张力.,选用自然坐标系 (固定点为参考系),例3 如图所示（圆锥摆），长为 的细绳一端固定在天花板上，另一端悬挂质量为 的小球，小球经推动后，在水平面内绕通过圆心 的铅直轴作角速度为 的匀速率圆周运动 . 问绳和铅直方向所成的角度 为多少？空气阻力不计.,解,选用自然坐标系（AO平面）
6、,(补充方程),越大， 也越大,例4 设空气对抛体的阻力与抛体的速度成正比，即 ， 为比例系数 . 抛体的质量为 、初速为 、抛射角为 . 求抛体运动的轨迹方程 .,解 取如图所示的 平面坐标系 (地面为参考系),2.2 伽利略相对性原理、非惯性系,对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，与惯性系的运动无关 .,2.2.1 伽利略相对性原理,相对于惯性系做加速运动的参考系为非惯性系,非惯性系中牛顿定律不成立.,? 非惯性系中如何应用牛顿定律呢,要想应用于非惯性系,需要加一假想力-惯性力, 平移加速运动参考系 -惯性力, 牛顿定律在非惯性系中的应用, 匀速转动参考系中的静止物体 -惯性离
7、心力, 匀速转动参考系中的运动物体 - 惯性离心力 + 科里奥利力, 平移加速运动参考系 -惯性力,物体相对于转动参考系静止,设质量为 m 的物体与水平圆盘都以角速度绕过盘心的竖直轴转动。 静止于转动参考系的物体，受到一个沿径向向外的惯性力，也称作惯性离心力, 匀速转动参考系中的静止物体 -惯性离心力,当质点相对于转动的非惯性系运动时，质点还受到一种附加的力，其表达式为:, 匀速转动参考系中的运动物体 - 惯性离心力 + 科里奥利力,式中m为质点的质量， 为质点相对于非惯性系的速 度，为非惯性系转动的角速度。 科里奥利力和惯性离心力一样，是由于将牛顿第 二定律引用于非惯性系而引入的修正项，无施
8、力者，但在非惯性参考系中，这一力也可以感受到，观察到。,贸易风 (信风) 由于极地和赤道之间的对流产生了南北方向的贸易风。科氏力的影响，使之偏转，在北半球产生东北贸易风，在南半球产生东南贸易风 。,轨道磨损和河岸冲刷 在北半球，科氏力总指向运动的右侧，这种作用使北半球 河流右岸的冲刷甚于左岸，铁路右轨的磨损大于左 轨。,3) 落体偏东问题,4) 傅科摆,地球作为转动参考系，科氏力导致的现象：,4) 傅科摆,1851年，傅科在巴黎圣母院用67米长的单摆进行实验， 根据摆的振动平面偏转效应证明地球自转博得了很大的声誉， 被命名为傅科摆。联合国大厅和北京自然博物馆门口就有一个 傅科摆。,J L Foucault,从质点动力学的观点可以知道，台风的气体环流是科里奥利力在地球上的一种表现形式。,生活中处处是物理，只要你用心观察，你会惊讶的发现我们生活在一个物理的世界当中。在生活中学习物理，其乐无穷；将物理应用于生活，其乐融融。,P32 2-8、2-13 (新书),第2次作业:,
