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1、第二章 质点动力学,第一节 牛顿运动定律 惯性参考系 牛顿运动定律的应用 第二节 功与能的概念 第三节 功能原理 机械能守恒定律 第四节 动量定理与动量守恒定律 第五节 碰 撞,第一节 牛顿运动定律 惯性参考系 牛顿运动定律的应用,一、牛顿运动定律 二、常见的几种力 三、惯性参考系 四、牛顿运动定律应用,一、牛顿运动定律,1.牛顿第一定律 2.牛顿第二定律 3.牛顿第三定律,1.牛顿第一定律,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，直到其他物体所作用的力迫使它改变这种状态为止。”这条定律的意思是：如果没有外力作用在物体上或物体所受合外力为零，物体将保持其速度不变，或者说保持其运
2、动状态不变，即没有加速度。,2.牛顿第二定律,牛顿第二定律指出：物体受到外力作用时，它所获得的加速度a的大小与合外力F的大小成正比，与物体的质量m成反比；加速度a的方向与合外力F的方向相同。,3.牛顿第三定律,1)作用力与反作用力总是成对出现，且作用力与反作用力之间的关系是一一对应的。 2)作用力与反作用力是分别作用在两个物体上，因此绝对不是一对平衡力。 3)作用力与反作用力一定是属于同一性质的力。,二、常见的几种力,1.万有引力 2.弹性力 3.摩擦力,1.万有引力,2.弹性力,当两个物体相互接触发生形变时，物体因形变而产生的恢复力称为弹性力。弹性力产生的先决条件是弹性形变，弹性力的大小取决
3、于形变的程度。弹性力的表现形式有很多种，常见的弹性力有：弹簧被拉伸或压缩时产生的弹簧弹性力；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(作用于支承面)和支持力(作用于物体上)等。,3.摩擦力,两个相互接触的物体在沿接触面相对滑动或者有相对滑动的趋势时，在接触面之间会产生一对阻止相对运动的力，叫做摩擦力。相互接触的两个物体在外力作用下，有相对滑动的趋势但尚未产生相对滑动，这时的摩擦力叫做静摩擦力。相对滑动的趋势是指，假如没有静摩擦，物体将发生相对滑动，正是静摩擦的存在，阻止了物体相对滑动的出现。静摩擦力沿接触面作用并与相对运动趋势方向相反。静摩擦力的大小视外力的大小而定，介于零和最大静
4、摩擦力F之间。实验证明，最大静摩擦力正比于压力F=uFN 叫做静摩擦因数，它与接触面的材料和表面状况有关。,3.摩擦力,表2-1 基本力的比较,图2-1 在加速运动的车厢内 惯性定律不成立,三、惯性参考系,实验表明，一质点并不是在任何的参考系中都能保持保持静止或匀速直线运动的状态。例如，在一个沿水平方向作加速运动的车厢内去观察水平方向可视为质点的小球运动，则小球相对于车厢参考系就有加速度，而相对于地面参考系，其加速度为零。如图2-1所示。 上述现象表明牛顿定律只能在某些特殊参考系中成立。凡是牛顿定律适用的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系。牛顿定律不成立的参考系称为非惯性系。,四、牛顿运动定律
5、应用,牛顿运动定律定量地反映了物体所受的合外力、质量和运动之间的关系。应用牛顿运动定律解决的动力学问题一般可分为两类：一类是已知力求运动；另一类是已知运动求力。当然，在实际问题中常常两者兼有。,四、牛顿运动定律应用,图2-2 牛顿在自然坐标系中的分量,第二节 功与能的概念,一、功 二、质点动能和动能定理 三、保守力与非保守力 势能,一、功,一、功,图2-6 功的定义 a)元功的定义 b)功的一般定义,二、质点动能和动能定理,图2-9 动能定理,二、质点动能和动能定理,三、保守力与非保守力 势能,1.保守力 2.势能,1.保守力,重力做功也只与物体的始末位置有关，与所经历的路径无关，重力也是保守
6、力。 还有一类力做功多少与物体运动所经过的路径有关，这类力称为非保守力。例如常见的摩擦力做功就与路径有关，路径越长，摩擦力做的功也越大，摩擦力是非保守力。,1.保守力,图2-10 重力的功,2.势能,从前面关于万有引力、重力、弹性力做功的讨论中，我们知道这些保守力做功只与物体的始末位置有关，为此，可以引入势能的概念。把与物体位置有关的能量称为物体的势能，用符号E表示。 势能概念的引入是以物体处于保守力场这一事实为依据的，由于保守力做功只取决于始末位置，所以才存在仅由位置决定的势能函数。对于非保守力，不存在势能的概念。另外，势能的量值只具有相对的意义，只有选定了势能零点，才能确定某一点的势能值。
7、我们规定，物体在某点所具有的势能等于将物体从该点移至势能零点保守力所做的功。势能零点可根据问题需要任意选择，但作为两个位置的势能差，其值是一定的，与势能零点的选择无关。,第三节 功能原理 机械能守恒定律,一、质点系的动能定理 二、功能原理与机械能守恒定律,一、质点系的动能定理,图2-11 质点系的动能定理,一、质点系的动能定理,二、功能原理与机械能守恒定律,功能原理全面概括和体现了力学中的功能关系，它涵盖了力学中所有类型力的功以及所有类型的能量，质点和质点系的动能定理只是它的特殊情形，功能原理是普遍的功与能的关系。由于动能定理的基础是牛顿运动定律，故功能原理也只适用于惯性系。,二、功能原理与机
8、械能守恒定律,第四节 动量定理与动量守恒定律,一、冲量 质点的动量定理 二、质点系的动量定理 三、动量守恒定律,一、冲量 质点的动量定理,二、质点系的动量定理,二、质点系的动量定理,三、动量守恒定律,当系统所受合外力在某一方向上的分量为零时，则该方向上的动量的分量守恒。 应用动量守恒定律必须充分注意守恒的条件，这个条件就是系统所受合外力必须为零。在有的问题中，系统所受合外力并不为零，但与系统的内力相比较，合外力远远小于系统的内力。如碰撞、打击、爆炸这类问题，这时外力对系统动量变化的影响很小，可以忽略不计，可近似认为系统的动量是守恒的。,第五节 碰 撞,碰撞，一般是指两个物体在运动过程中相互靠近或发生接触时，在相对较短的时间内发生强烈相互作用的过程。“碰撞”的含义比较广泛，除了球的撞击、打桩、锻铁外，分子、原子、原子核等微观粒子的相互作用过程也都是碰撞过程，甚至人从车上跳下、子弹打入墙壁等现象，在一定条件下也可看做是碰撞过程。由于碰撞时物体之间相互作用的内力较之其他物体对它们作用的外力要大得多，因此可将其他物体作用的外力忽略不计，这一系统应遵从动量守恒定律。,
