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1、第二章牛顿运动定律第二章牛顿运动定律质点运动状态变化的加速度是与作用在质点上的力有关的，这部分内容就是属于牛顿定律的范围。本章将概括的阐述牛顿定律的内容及其在质点运动方面的初步应用。2-1 牛顿运动三定律2-2 单位制和量纲2-3 力学中常见的三种力的特性2-4 牛顿定律的应用2-5 惯性系与非惯性系牛顿运动三定律：牛顿第一定律：牛顿第一定律：任何物体都要保持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牛顿第二定律：牛顿第二定律：牛顿第二定律是牛顿力学的核心，应用它解决问题时必须注意以下几点。 (1)牛顿第二定律只适用于质点的运动。 (2)牛顿第二定律所表示的合外力与加速度之间的关系
2、是瞬时关系。 (3)力的叠加原理。牛顿第三定律：牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两物体上作用力和反作用力是同时产生、同时消灭、分别作用在两个物体上的属于同种性质的力。试分析下列问题： （1）物体的运动方向和合外力方向是否一定相同？ （2）物体受到几个力的作用，是否一定产生加速度？ （3）物体运动的速率不变，所受合外力是否为零？2.1 力学的单位制和量纲 一个物理理论通常由以下几个部分组成一个物理理论通常由以下几个部分组成 概念概念，通常是抽象的、不能直接感知的，通常是抽象的、不能直接感知的 关于这些概念的数学表示关于这些概念的数学表示(物
3、理量物理量)的假定的假定 一个或一组一个或一组方程方程，表示物理量之间的关系，表示物理量之间的关系 历史的偶然性或科学家的个人爱好历史的偶然性或科学家的个人爱好 例如：温度例如：温度Celsius(0oC), Fahrenheit, Kelvin物理概念的数学表示决不是天生的物理概念的数学表示决不是天生的 , ,作某作某些假定是必要的些假定是必要的 .基本物理量基本物理量是通过测量来定义的是通过测量来定义的 (操作操作性定义性定义 )基本基本或或导出导出 任意任意!导出物理量导出物理量通过基本概念、基本物理量通过基本概念、基本物理量而得到而得到 1N=1kgm/s2电量电量 Q 或或 电流电流
4、 I 哪个基本哪个基本?SI 基本单位基本单位Le Systme International dUnites长度长度:运动物体长度的测量运动物体长度的测量?“一尺之杵，日取其半，万世无穷一尺之杵，日取其半，万世无穷”典型的长度典型的长度: 表表 2.2空间量子化空间量子化 基本长度基本长度标准米标准米1960 原子标准原子标准198310-151024质量质量标准千克标准千克引力质量和惯性质量引力质量和惯性质量以光速以光速 c 运动粒子运动粒子统一原子质量单位统一原子质量单位静止质量静止质量裂变和聚变裂变和聚变质量与运动有关质量与运动有关;静止质量守恒静止质量守恒?时间时间1second =
5、(1/86400) 平均太阳日平均太阳日原子标准原子标准1/31556925.9747 of 标准回归年标准回归年1900孪生子孪生子佯谬佯谬钟表记录重复运动时间钟表记录重复运动时间.运动时钟变慢运动时钟变慢.时间单向性、时间之矢时间单向性、时间之矢量纲和量纲分析量纲和量纲分析几何学中几何学中 面积面积 (长度长度)2 体积体积 (长度长度)3e.g. dim 速度速度 L1T1 力学量力学量 L M T 物理量物理量 (基本量基本量)d量纲量纲 ? 单单位位2-3 力学中常见的三种力的特性2.3.1 万有引力 G=6.6710-11Nm2kg-2 通常把地球对地面附近物体的万有引力叫做重力
6、,其方向通常是指向地球中心的。重力的大小又叫重量。在重力的作用下，物体具有的加速度叫重力加速度2.3.2 弹性力减少还是增加减少还是增加?复杂复杂 不是基本力不是基本力近似、经验定律近似、经验定律 耗散耗散工业和技术工业和技术 摩擦学摩擦学(Tribology)基本研究基本研究 沙堆模型沙堆模型 (de Gennes) 自组织临界现象自组织临界现象2.3.3 摩擦力 材料的性质材料的性质 表面处理表面处理 表面表面 ( (氧化氧化) ) 膜膜 污染污染 温度温度 表面摩擦依赖于很多因素表面摩擦依赖于很多因素:数值上数值上 静摩擦静摩擦 正压力正压力滑动摩擦滑动摩擦 正压力正压力静摩擦系数静摩擦
7、系数动摩擦系数动摩擦系数铸铁铸铁 铸铁铸铁Teflon Teflon下列几种说法是否正确？为什么？ （1）物体受到的摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反 （2）摩擦力，总是阻碍物体运动的 （3）静摩擦的大小等于 , 为静摩擦因数， 为物体的正压力，2-4 牛顿定律的应用例3,例5,例82-5 惯性系与非惯性系在运动学中，研究物体的运动可任选参考系，在动力学中，应用牛顿运动定律研究物体的运动时，参考系还能不能任意选择呢？牛顿运动定律是否对任意参考系都适用呢？牛顿运动定律不是对任意的参考系都适用的。惯性系: 适用牛顿运动定律的参考系。例如地面以及相对地面作匀速直线运动的车厢，都是惯性系。非惯性系:
8、 牛顿运动定律不适用的参考系。例如相对地面作加速运动的车厢则是非惯性系。力学相对性原理力学相对性原理在所有惯性系中，牛顿运动定律都是等价的。 在一惯性系内部所作的任何力学实验，都不能确定该惯性系相对于其他惯性系是否在运动。这个原理叫做力学相对性原理或伽利略相对性原理。Fi 称为惯性力称为惯性力惯性力是在非惯性系中物体所受到的一种力，它是由于非惯性系本身的加速运动所引起的。惯性力不同于物体间相互作用所产生的力，它没有施力者，当然也不存在反作用力。失重失重引力可以被抵消引力可以被抵消我们无法区别我们无法区别 引力和惯性力引力和惯性力 引力场和加速参考系引力场和加速参考系等价性原理等价性原理广义相对
9、论广义相对论当当在在自由下落的电梯中自由下落的电梯中牛顿（Issac Newton，1643-1727），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，其中含有牛顿三条运动定律和万有引力定律，以及质量、动量、力和加速度等概念。在光学方面，他说明了色散的起因，发现了色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说。本章重点：1.掌握牛顿定律及其应用条件。2.了解惯性力的概念和非惯性系中应用牛顿定律的方法。 明确问题中所求运动的明确问题中所求运动的物体物体； 考察物体所受的考察物体所受的力力及其性质；及其性质； 画出运动的画出运动的参考系参考系( (原点、轴原点、轴) ) ; 分别画出各质点所受的力分别画出各质点所受的力( (隔离物体隔离物体图图) )； 写下写下运动方程运动方程 ; 找出有关的找出有关的几何关系几何关系 ; 作必要的作必要的近似近似并求解并求解 .解题的常规步骤是解题的常规步骤是
