1、浙大大學(xué)物理課件詳解牛頓第牛頓第一定律一定律 慣性定律慣性定律 外力為零時,物體保持原有運動狀態(tài)不變 ( 定義了)慣性系慣性系 慣性定律成立的參考系 ( 通常選地球或太陽為慣性系 )地球參考系星系參考系太陽參考系(近似慣性系)地心參考系 : 自轉(zhuǎn)加速度 a 3.4 cm/s2太陽參考系 : 公轉(zhuǎn)加速度 a 0.6 cm/s2銀河系參考系 : 繞行加速度 a 3 10-8 cm/s22.2 牛頓第牛頓第二二定律定律 運動定律運動定律 物體受外力外力作用 F, 相對于慣性系慣性系的加速度a aamm aammm ) ( ) N ( : F )kg ( : m dtrdm a m Fa F 222

2、：由由實實驗驗確確定定。物物體體慣慣性性大大小小的的量量度度（定定義義了了）慣慣性性質(zhì)質(zhì)量量米米秒秒千千克克牛牛頓頓千千克克單單位位注意點注意點 第二定律原則上只適用于質(zhì)點 第二定律只能用于慣性系 F 與 a 的關(guān)系是瞬時關(guān)系 ( 力是產(chǎn)生加速度的原因 ) 分量形式: : : nnttzzyyxxamFamFamFamFamF自然坐標系直角坐標系牛頓第牛頓第三三定律定律 作用與反作用力定律作用與反作用力定律 ) ( 2112力為矢量FF 作用力與反作用力屬于同一性質(zhì)的力 作用力與反作用力同時產(chǎn)生、同時消失 第三定律是物體受力分析的基礎(chǔ)四種基本相互作用四種基本相互作用 力是物體間的相互作用 自然

3、界四種基本相互作用 : 引力 、電磁 、強 、弱 (1) 引力相互作用引力相互作用 引力 長程力 ( 吸引力 ) ,m m : 10 67.6 G : r rmmG F r ,m m : 2 12211-o221 2 1、引引力力質(zhì)質(zhì)量量千千克克米米牛牛頓頓引引力力常常數(shù)數(shù)相相距距、兩兩質(zhì)質(zhì)點點萬萬有有引引力力定定律律 重力重力 P 地表附近的地球引力地表附近的地球引力 ) ( )sm ( 9.8 RM Gg , mgRmMGP R , M , m 22E002EE非非嚴嚴格格慣慣性性系系公公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，、地地球球有有自自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)重重力力加加速速度度重重力力地地球球半半徑徑地地球球質(zhì)質(zhì)量量物物體體質(zhì)質(zhì)量

4、量 慣慣引引慣慣引引慣慣引引慣慣引引慣慣引引慣慣引引，即即：可可得得：有有：地地球球上上同同一一地地點點時時，則則對對任任一一物物體體，當(dāng)當(dāng)處處于于即即：準準，量量和和慣慣性性質(zhì)質(zhì)量量的的共共同同基基以以千千克克原原器器作作為為引引力力質(zhì)質(zhì)mm1mmmmgmRMmGp,gmRMmGp . kg1mm00020020000 引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量:拉力 : T 張力 : T正壓力 : N(垂直于接觸面)彈性力 : 胡克定律 f = k x(與位移方向相反)摩擦力 : 阻礙物體相對運動 最大靜摩擦力 f 0 = 0 N 動摩擦力 f = N唯象力 唯象參數(shù): k 、 0 、(2) 電

5、磁相互作用電磁相互作用 電磁力 長程力 ( 吸引力或排斥力 ) 力學(xué)中 : 張力 、拉力 、正壓力 、彈性力 、摩擦力 分子間電磁相互作用的集體效應(yīng)(分子力的宏觀表現(xiàn)) (3) 強相互作用強相互作用 核子間的相互吸引力, 短程力 10 -15 m 量子色動力學(xué) (QCD) Quantum Chromo dynamics (4) 弱相互作用弱相互作用 引起原子核衰變，有輕子參與的相互作用力, 短程力 10 -17 m 中子衰變 n p + e - + 弱電統(tǒng)一理論 WeinbergSalamGalshow ( Nobel Prize 1979 ) S.Weinberg A.Salam S.L.G

6、alshow (相互作用 )標準模型標準模型 QCD + 弱電統(tǒng)一理論10-12110-210-39作用強度作用強度 1 0- 1 7m 10 -15m0 0 作作 用用 范范 圍圍短程短程短程短程長程長程長程長程力力 程程弱弱 力力強強 力力電磁力電磁力萬有引力萬有引力 力類型力類型特征量特征量傳遞媒介傳遞媒介引力子引力子?光子光子膠子膠子中間中間 玻色子玻色子牛頓力學(xué)對微觀運動不適用牛頓力學(xué)對微觀運動不適用 ( 微觀運動微觀運動 : 量子力學(xué)量子力學(xué) )牛頓力學(xué)范圍內(nèi)只涉及牛頓力學(xué)范圍內(nèi)只涉及: 引力相互作用和電磁相互作用引力相互作用和電磁相互作用(長程力長程力) 2.3 力學(xué)相對性原理力

7、學(xué)相對性原理 非慣性系力學(xué)定律非慣性系力學(xué)定律 當(dāng)當(dāng)車的車的 a = 0 時時, 單擺和小球的狀態(tài)符合牛頓定律單擺和小球的狀態(tài)符合牛頓定律 當(dāng)當(dāng) a0 時時在車內(nèi)觀察在車內(nèi)觀察, 單擺和小球的狀態(tài)不符合牛頓定律單擺和小球的狀態(tài)不符合牛頓定律 在有些參考系中牛頓定律成立牛頓定律成立, 這些參考系稱為慣性系慣性系 相對慣性系作勻速直線運動勻速直線運動的參考系也是慣性系慣性系 相對慣性系作加速運動加速運動的參考系是非慣性系非慣性系力學(xué)相對性原理力學(xué)相對性原理 力學(xué)定律在所有慣性系慣性系中具有相同形式 K ) ( : ) ( : : : K : K :K 也為慣性系即第二定律加速度伽利略變換速度力質(zhì)點

8、作勻速直線運動以速度相對于慣性系 amF F amdt vdmu vdtdmdt vdmamF a a u v v v v F F F F mm m m u 不存在絕對參考系 ( 相對性 ) ( , : , : ) , ( : ) ( ) ( 的效應(yīng)反映了牽連加速度不遵從第三定律慣性力遵從第三定律相互作用力區(qū)別點形式上成立在非慣性系中第二定律引進慣性力后則定義慣性力牽連加速度非慣性系相對加速度慣性系絕對加速度iiiiiiiiFFamFF amFamamF a mamamF aaa a aa非慣性系中的力學(xué)定律非慣性系中的力學(xué)定律 一切相對于慣性系作勻速直線運動勻速直線運動的參考系, 仍是慣性系

9、慣性系 一切相對于慣性系作加速運動加速運動的參考系, 都是非慣性系非慣性系 (平動、轉(zhuǎn)動) (1)平動非慣性系平動非慣性系 相對于慣性系作相對于慣性系作直線加速運動直線加速運動的參考系的參考系(2) 轉(zhuǎn)動非慣性系轉(zhuǎn)動非慣性系 相對于慣性系作相對于慣性系作轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動的參考系的參考系 絕對運動絕對運動 質(zhì)點相對于慣性系質(zhì)點相對于慣性系( ( 靜止系靜止系 ) )的運動的運動 相對運動相對運動 質(zhì)點相對于轉(zhuǎn)動系質(zhì)點相對于轉(zhuǎn)動系( ( 運動系運動系 ) )的運動的運動 牽連運動牽連運動 運動參考系上運動參考系上與質(zhì)點相重合與質(zhì)點相重合的那一點相對于的那一點相對于靜止系的運動靜止系的運動XYZO靜止系 t

10、tt1MMM ) ( ) ( ) ( 11牽連相對絕對MMMMMM0FTnrmamFnra0anrai2ii2i2n （拉拉力力）靜靜止止是是因因：慣慣性性離離心心力力：）：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺臺對對地地面面（牽牽連連運運動動）：小小球球?qū)D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺臺（相相對對運運動動）：小小球球?qū)Φ氐孛婷妫ń^絕對對運運動動 4、解聯(lián)立方程組，用符號化簡后代入數(shù)據(jù), 進行數(shù)值計算。 ( 原始數(shù)據(jù)注意單位, 盡量化為 SI 制 ) nnittiyyixxiamFamFamFamF曲線運動直線運動牛頓定律的解題步驟牛頓定律的解題步驟 :1、運用第三定律對研究對象進行受力分析, 畫出各物體受力圖 ( 隔離體法 )2、選取慣性參考

11、系, 建立合適坐標系。 ( 盡量使加速度的方向與坐標軸正向一致 )3、根據(jù)物體受力圖, 運用第二定律列出聯(lián)立方程5、對結(jié)果進行討論。 ( 分析結(jié)果是否合理,有何物理意義 )例如圖所示, A為定滑輪, B為動滑輪, 它們和繩的質(zhì)量均可忽略。當(dāng) m1 = 2干克, m2 = 1干克, m3 = 0.5干克時, 試求: (1) 物體 m1 、 m2 、 m3 的加速度 (2) 每條繩上的張力13323222211112)TT amTgm amTgm amTgm A ( : 2 的相對加速度的相對加速度相對于相對于隔離體法隔離體法列方程列方程12331222132aa a aaaaa aaa a ,

12、a a B BBB 的相對加速度的相對加速度相對于相對于 gmma mmam gm mam a m m a a a )()(2)2(2)4(232232133123131132 )43( )2(2)(4( )( 2 )2( )4( )4( )(2)(2( )( )( 2 )2( 44)( )4( )( 2 2 )4( 323121313323132331312323121323323132323311323121233231323331gmmmmmmgmmmgmmmmgmmmgmmmmgmmmmmmgmmmgmmmmmmg mmmgmmmmmmmmmmmmmmmmmmm解線性方程組系數(shù)行列式

13、N 85.7 N 7 .15 m/s 88.5 m/s 96.1 m/s 96.1 : 42 8)()( 4)43()2( 4)43( 4)4( 2123222132112321111113231213221312133231213231212232312132312111TTaaagmmmT TgmmmggmagmTgmmmmmmmmmmmmaaagmmmmmmmmmmmmagmmmmmmmmmmmma代入數(shù)據(jù)計算得例2.9質(zhì)量M、傾角的斜面體放在光滑的水平面上, 質(zhì)量 m 的物體置于光滑的斜面上。求斜面體相對地面的加速度和物體相對斜面體的加速度。xyoxyomMmgNmai物體 sin s

14、in ) ( : MNaMaNii慣性系地面參考系斜面體 sinsin)( cos sin sinsin cos 0 sin cos : cos sin : ) ( : 22mMgmMagamMmg amamgNya mmamgxiiii解方程得方向方向非慣性系斜面體參考系物體M gNai斜面體例2.10 地面上緯度 處,有一質(zhì)量為 m 的靜止物體。考慮地球自轉(zhuǎn)的影響, 求物體的重力和該處的重力加速度。 FFP 0amNFFP NcosR mr mFmgRmM GF N FF : ii22i02i 重重力力的的作作用用下下保保持持靜靜止止地地面面反反作作用用力力、慣慣性性離離心心力力物物體體在在地地球球引引力力考考系系）（相相對對于于含含