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1、 安徽大學(xué)出版社安徽大學(xué)出版社 大學(xué)物理學(xué) 01 December 2022Page1ANHUI UNIVERSITY 21 牛頓運動定律 22 物理量的單位和量綱 2 23 3 牛頓定律的應(yīng)用舉例牛頓定律的應(yīng)用舉例第二章第二章 牛頓運動定律牛頓運動定律 *2 24 4 非慣性系非慣性系 慣性力慣性力 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20222*牛頓關(guān)于運動的三個定律，是整個動力學(xué)的基礎(chǔ)牛頓關(guān)于運動的三個定律，是整個動力學(xué)的基礎(chǔ) 2 21 1 牛頓運動定律牛頓運動定律 1686年，牛頓年，牛頓(Newton)在

2、在他的他的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書中發(fā)表了牛頓運動三定律一書中發(fā)表了牛頓運動三定律.牛頓（牛頓（1643164317271727）英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家,經(jīng)典物經(jīng)典物理學(xué)的奠基人理學(xué)的奠基人.大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20223 一、牛頓第一定律一、牛頓第一定律(Newtons First Law)定義定義定義定義：任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態(tài)，直 到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止到外力迫使它改變運動狀態(tài)為止.第一定律包含兩個重要概念第

3、一定律包含兩個重要概念1.1.慣性慣性(inertia)任何物體都具有保持其運動狀態(tài)不變的性質(zhì)任何物體都具有保持其運動狀態(tài)不變的性質(zhì).2.2.力力(force)力是引起運動狀態(tài)改變的原因力是引起運動狀態(tài)改變的原因.第一定律建立了第一定律建立了慣性系慣性系.*一個參照系是否為慣性系，要由觀察和實驗來判斷一個參照系是否為慣性系，要由觀察和實驗來判斷.*地球是否為慣性系？地球是否為慣性系？(不受力或受力平衡，不受力或受力平衡，oror靜止或勻速直線運動靜止或勻速直線運動)時時恒矢量恒矢量 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 Decembe

4、r 20224 *自然界四種基本相互作用自然界四種基本相互作用種類種類引力引力弱力弱力電磁力電磁力強力強力作用對象作用對象所有粒子所有粒子大多數(shù)粒子大多數(shù)粒子帶電粒子帶電粒子強子強子作用距離作用距離(cm)相對強度相對強度(cm處處)傳遞作用的傳遞作用的微觀粒子微觀粒子引力子？引力子？中間玻色子中間玻色子光子光子膠子膠子1萬有引力萬有引力(gravitational force)使地球從宇宙中聚合而成，繞太陽旋轉(zhuǎn)；使地球從宇宙中聚合而成，繞太陽旋轉(zhuǎn)；電磁力電磁力(electromagnetic force)：使原子聚合為一體，產(chǎn)生物質(zhì)；使原子聚合為一體，產(chǎn)生物質(zhì)；強力強力(strong for

5、ce)：除氫外還產(chǎn)生其它元素，從而生命得以形成；除氫外還產(chǎn)生其它元素，從而生命得以形成；弱力弱力(weak force)：使星球發(fā)光發(fā)熱，否則，生命不能持續(xù)使星球發(fā)光發(fā)熱，否則，生命不能持續(xù).大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20225溫伯格溫伯格薩拉姆薩拉姆格拉肖格拉肖弱相互作用弱相互作用電磁相互作用電磁相互作用電弱相互電弱相互作用理論作用理論三人于三人于19791979年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎.魯比亞魯比亞,范德米爾實驗證明電弱相互作用，范德米爾實驗證明電弱相互作用，19841984年獲諾貝爾

6、獎年獲諾貝爾獎.電弱相互作用電弱相互作用強相互作用強相互作用萬有引力作用萬有引力作用“大統(tǒng)一大統(tǒng)一”（尚待實（尚待實現(xiàn)）現(xiàn)）大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20226 定義定義定義定義：動量為動量為 的物體，在合外力的物體，在合外力 的作用下，的作用下，其動量隨時間的變化率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谧饔糜谖矬w的合外力其動量隨時間的變化率應(yīng)當(dāng)?shù)扔谧饔糜谖矬w的合外力.當(dāng)當(dāng) 時，時，為為常量常量分量式分量式 二、牛頓第二定律二、牛頓第二定律(Newtons Second Law)大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律

7、 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20227 力的疊加原理力的疊加原理（矢量性）（矢量性）體現(xiàn)體現(xiàn)瞬時瞬時關(guān)系關(guān)系牛頓定律的研究對象是單個物體牛頓定律的研究對象是單個物體（質(zhì)點）質(zhì)點）適用于適用于慣性系慣性系 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20228定義定義定義定義：兩個物體之間作用力和反作用力兩個物體之間作用力和反作用力,沿同一直線沿同一直線,大小大小相等相等,方向相反方向相反,分別作用在兩個物體上分別作用在兩個物體上.The two elephants exert action

8、and reaction forces on each other.三、牛頓第三定律三、牛頓第三定律(Newtons Third Law)(1)作用力和反作用力成對，作用力和反作用力成對，同時產(chǎn)生，同時消滅同時產(chǎn)生，同時消滅.(2)分別作用于兩個物體上，分別作用于兩個物體上，不能抵消不能抵消.(3)屬于同一種性質(zhì)的力屬于同一種性質(zhì)的力.(4)物體靜止或運動均適用物體靜止或運動均適用.大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 20229 2 22 2 物理量的單位和量綱物理量的單位和量綱*19601960年，第十一屆國際計

9、量大會通過了國際單位制（年，第十一屆國際計量大會通過了國際單位制（SISI）*19841984年年2 2月月2727日，我國國務(wù)院頒布實行以國際單位制為基日，我國國務(wù)院頒布實行以國際單位制為基礎(chǔ)的法定單位制礎(chǔ)的法定單位制.基本物理量基本物理量長度長度(length)L 米米 m時間時間(time)T 秒秒 s質(zhì)量質(zhì)量(mass)M 千克千克 kg電流電流(electricity)I 安培安培 A熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度(thermodynamic temperature)開爾文開爾文 K 物質(zhì)的量物質(zhì)的量(amount of substance)N 摩爾摩爾 mol發(fā)光強度發(fā)光強度(luminou

10、s intensity)J 坎德拉坎德拉 cd 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202210 用用L、M和和T分別表示長度、質(zhì)量和時間三個基本量分別表示長度、質(zhì)量和時間三個基本量的量綱，其他力學(xué)量的量綱，其他力學(xué)量Q的量綱與基本量量綱之間的關(guān)系可的量綱與基本量量綱之間的關(guān)系可按下列形式按下列形式(dimension formula)表達出來：表達出來：注：注：只有量綱相同的物理量才能相加減或用等號聯(lián)接只有量綱相同的物理量才能相加減或用等號聯(lián)接.無量綱量可以有單位無量綱量可以有單位.如行星軌道周期變短的速如行星軌

11、道周期變短的速 率其單位是秒率其單位是秒/世紀，但無量綱世紀，但無量綱.無量綱的量常常有重要應(yīng)用無量綱的量常常有重要應(yīng)用.不考慮數(shù)字因素時，不考慮數(shù)字因素時，導(dǎo)出量導(dǎo)出量(derived)與基本量與基本量(base)之間的關(guān)系可以用量綱之間的關(guān)系可以用量綱(dimension)來表示來表示.其中其中p,q,r為量綱指數(shù)為量綱指數(shù).如速度的如速度的dimQ=L T-1.大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202211量綱作用量綱作用2 2）可定出同一物理量不同單位間的換算關(guān)系可定出同一物理量不同單位間的換算關(guān)系.3

12、3）從量綱分析中定出物理常數(shù)的量綱和單位從量綱分析中定出物理常數(shù)的量綱和單位.1 1）量綱可檢驗等式的正確性量綱可檢驗等式的正確性.4 4）探索物理規(guī)律探索物理規(guī)律.*要養(yǎng)成用量綱分析問題的習(xí)慣要養(yǎng)成用量綱分析問題的習(xí)慣.大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202212實際時間過程的時間實際時間過程的時間宇宙年齡宇宙年齡 約約 （140億年）億年）地球公轉(zhuǎn)周期地球公轉(zhuǎn)周期 人脈搏周期人脈搏周期 約約最短粒子壽命最短粒子壽命 實際質(zhì)量實際質(zhì)量宇宙宇宙太陽太陽地球地球 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運

13、動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202213 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202214 2 23 3 牛頓定律的應(yīng)用舉例牛頓定律的應(yīng)用舉例*應(yīng)用牛頓定律解決問題時必須明確：1 1.牛頓定律的適用范圍牛頓定律的適用范圍*牛頓定律只適用于質(zhì)點在慣性參考系中做低速運動的情況牛頓定律只適用于質(zhì)點在慣性參考系中做低速運動的情況.*對于不能看作質(zhì)點的物體，可以作為質(zhì)點系來處理對于不能看作質(zhì)點的物體，可以作為質(zhì)點系來處理.2.2.解題思路和步驟解題思路和步驟*選定合理的研究對象選定合理的

14、研究對象,分析其運動狀態(tài)分析其運動狀態(tài).*分析研究對象受力情況分析研究對象受力情況,畫出受力圖畫出受力圖,必要時采取隔離法必要時采取隔離法.*建立方便的坐標系建立方便的坐標系,對各隔離體建立牛頓運動方程對各隔離體建立牛頓運動方程(分量式分量式).).*解上述方程解上述方程,數(shù)據(jù)計算最后進行數(shù)據(jù)計算最后進行,分析討論結(jié)果分析討論結(jié)果.大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202215例1 質(zhì)量為m的質(zhì)點,在xy 平面上按x=Asint,y=Bcost 的規(guī)律運動,其中A,B,均為常量,求作用于質(zhì)點的力.解:這是第一類問

15、題(見課本),用求導(dǎo)的方法算出a,再由動力學(xué)方程即得力.質(zhì)點的加速度在x,y軸上的投影分別為故作用于質(zhì)點的力在x,y軸上的投影分別為 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202216用矢量式表示,得其中 是質(zhì)點的位矢.大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202217例2 質(zhì)量為m的質(zhì)點在空中由靜止開始下落,在速度不太大的情況下,質(zhì)點所收阻力F=-kv,式中k為常數(shù),試求:(1)質(zhì)點的速度和加速度隨時間變化的函數(shù)關(guān)系.(2)質(zhì)點的運動方程

16、解:以質(zhì)點開始下落時刻為計時起點,開始下落的位置作為坐標原點O,豎直向下的方向為y軸的正方向,則質(zhì)點所受重力為mg,阻力為-kv,故按牛頓第二定律,有分離變量得兩邊積分得由此得 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202218由定義可知,質(zhì)點加速度為當(dāng) 時,(解釋了人為啥不會被冰雹砸傷)由速度的定義可知分離變量得注意到運動的初始條件,則積分可得 大學(xué)物理學(xué)Page 第二章第二章牛頓運動定律牛頓運動定律 ANHUI UNIVERSITY 01 December 202219例3 豎直上拋的物體，最小應(yīng)具有多大的初速度V0才不再回到地球？（第二宇宙速度或逃逸速度）解:如圖所示,取地心為坐標原點,豎直向上方向 為正方向.則有FR myoy負號表示 方向和 軸正向相反.根據(jù)牛頓第二定律分離變量得,又