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1、11 八月八月 2024第二章第二章 质点运动的基本定律质点运动的基本定律 以质点为对象，研究质点间的以质点为对象，研究质点间的相互作用对其运动状态的影响。相互作用对其运动状态的影响。大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心2.1 牛顿运动定律牛顿运动定律2.1.1 牛顿运动定律表述牛顿运动定律表述 一、牛顿第一定律一、牛顿第一定律 任任何何物物体体都都保保持持静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动状状态态，直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。 给出了两个重要的物理概念：给出了两个重要的
2、物理概念： 惯性惯性（inertia） 力力（force） 惯惯性性：物物体体保保持持静静止止或或匀匀速速直直线线运运动动状状态态的的特特性称为惯性。性称为惯性。力力：力力是是外外界界物物体体施施加加的的作作用用，它它是是物物体体状状态改变的原因。态改变的原因。大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律 物物体体受受外外力力作作用用时时，获获得得的的加加速速度度的的大大小小与与合合外外力力的的大大小小成成正正比比，与与物物体体质质量量成成反反比比；加加速速度的方向与合外力的方向相同。度的方向与合外力的方
3、向相同。（1）迭加性：）迭加性： 是合外力；是合外力；（2）瞬瞬时性性： 和和 是是瞬瞬时关关系系，二二者者同同时出出现，同同时消失。消失。 （3）矢量性：）矢量性：大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心三、牛顿第三定律三、牛顿第三定律 物物体体间间的的作作用用力力和和反反作作用用力力在在同同一一直直线线上上，大小相等而方向相反。大小相等而方向相反。AB（1）二力同）二力同时存在、同存在、同时消失、相互依存；消失、相互依存；（2）分）分别作用在两个物体上，不是平衡力；作用在两个物体上，不是平衡力；（3）作用力和反作用力具有相同性）
4、作用力和反作用力具有相同性质。（5）公公式式定定义的的质量量m反反映映了了物物体体惯性性的的量量度度，称称为惯性性质量量；（4）公式中的运）公式中的运动量量 称称为质点的点的动量；量； 大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心2.1.3 牛顿运动定律适用范围牛顿运动定律适用范围 1. 牛牛顿定律只适用于定律只适用于惯性系性系2. 牛牛顿定律只适用于低速宏定律只适用于低速宏观物体物体牛牛顿定律不成立参照系叫做非定律不成立参照系叫做非惯性系。性系。牛牛顿定律成立的参照系叫做定律成立的参照系叫做惯性系。性系。低速：低速：物体速度物体速度远
5、低于光速。低于光速。宏宏观：物体尺寸物体尺寸远大于原子的尺度。大于原子的尺度。3. 利用牛利用牛顿定律解定律解题步步骤：（1）选惯性系，取隔离体；性系，取隔离体；（2）受力分析，列矢量方程；）受力分析，列矢量方程；（3）建立坐）建立坐标，写投影方程；，写投影方程；（4）求解分析。）求解分析。大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心例例2.1 一一个个质质量量为为m的的物物体体，在在有有粘粘性性的的流流体体中中运运动动，受受到到的的阻阻力力与与速速度度大大小小成成正正比比，方方向向相相反反，即即f =bubu，式式中中b b为为常常数
6、数。若若物物体体只只受受阻阻力力作作用用，当当t = 0时时，物物体体以以初初速速度度u u0开开始始在在流流体体中中运运动，试求物体的速度方程。动，试求物体的速度方程。 解解 以以物物体体为为研研究究对对象象，其其受受力力f =bubu 。根根据据牛牛顿顿第第二二定律，则有定律，则有即即两边积分两边积分整理后得出整理后得出 速速度度随随时时间间增增加加而而减减小小，减减小小的的快快慢慢取取决决于于m和和b b 的大小。的大小。大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心例例2.2 如如图所所示示，质量量为m的的质点点，沿沿半半径径为R
7、的的圆环的的内内壁壁运运动，整整个个圆环水水平平地地固固定定在在一一光光滑滑桌桌面面上上。已已知知质点点与与环壁壁间的的摩摩擦擦系数系数为m m，质点开始运点开始运动的速率的速率为u u0，试求求质点在任一点在任一时刻的速率。刻的速率。解：解：解：解：选地面参照系和隔离体：如图选地面参照系和隔离体：如图选地面参照系和隔离体：如图选地面参照系和隔离体：如图 N N = = m m u u u u 2 2/ /R R - -m m m m m m u u u u2 2/ /R R = = m dm du u u u/ /dtdtONfmR分析受力，列出矢量方程：分析受力，列出矢量方程：分析受力，列
8、出矢量方程：分析受力，列出矢量方程：求解分析：求解分析：求解分析：求解分析：积分得出积分得出积分得出积分得出注意注意注意注意：在运动过程中，摩在运动过程中，摩在运动过程中，摩在运动过程中，摩擦力是变化的。擦力是变化的。擦力是变化的。擦力是变化的。大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心2. 2 力学相对性原理力学相对性原理 2.1.1 力学的相对性原理力学的相对性原理 对对于于描描述述力力学学规规律律来来说说，所所有有惯惯性性系系都都是是等等价价的的，这这就就是是力力学学的的相相对对性性原原理理，亦亦称称伽伽利利略略相相对性原理对性
9、原理。1632年伽利略航船年伽利略航船实验，得出：，得出：1、在在相相对于于惯性性系系作作匀匀速速直直线运运动的的参参照照系系中中力力学学规律与律与惯性系相同。性系相同。2、相相对于于惯性性系系作作匀匀速速直直线运运动的的一一切切参参照照系系都都是是惯性系。性系。伽利略航船伽利略航船大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心一、伽利略一、伽利略变换 是是建建立立在在经经典典时时空空观观基基础础上上的的不不同同参参照照系系之之间的时空变换关系。间的时空变换关系。P点时空坐标：点时空坐标：yzP2.2.2 经典力学时空观经典力学时空观大学
10、物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心1、反映了牛顿绝对空间和时间的经典时空理论。、反映了牛顿绝对空间和时间的经典时空理论。表明了运动的表明了运动的相对性。相对性。加速度变换式加速度变换式（Galileo acceleration transformation） 伽利略速度变换式伽利略速度变换式（Galileo velocity transformation）2、只适用于、只适用于经典力学范典力学范围。 应当明确：应当明确： 牛顿第二定律的表现形式不变。牛顿第二定律的表现形式不变。大学物理质点动力学大学物理质点动力学11 八月八月 2024吉林大学吉林大学 物理教学中心物理教学中心1、同时性是绝对的、同时性是绝对的2、时间间隔是绝对的、时间间隔是绝对的3、两地之间的距离是绝对的、两地之间的距离是绝对的 时时空空和和物物质质的的运运动动是是无无联联系系的的，时时空空的的量量度度与与参参照照系系无无关关，是是绝绝对对的的。这这正正是是牛牛顿顿的的绝绝对对时时空观。是伽利略变换成立的前提。空观。是伽利略变换成立的前提。与观察者的运动状态无关与观察者的运动状态无关二、经典力学的二、经典力学的时空观时空观大学物理质点动力学大学物理质点动力学
