1、1第二章第二章 質(zhì)點動力學(xué)質(zhì)點動力學(xué) 動力學(xué)：動力學(xué)： 研究物體的運動與力之間的關(guān)系，研究物體的運動與力之間的關(guān)系，以及物體在力作用下的運動規(guī)律以及物體在力作用下的運動規(guī)律amtmtFdd)(vdWF ldtIF23伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學(xué)推理方法是伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所用的科學(xué)推理方法是人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物人類思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開端。理學(xué)的真正開端。（愛因斯坦）（愛因斯坦） 亞里士多德的動力學(xué)規(guī)律：亞里士多德的動力學(xué)規(guī)律： 日常經(jīng)驗認(rèn)為：日常經(jīng)驗認(rèn)為：車前進(jìn)要有馬拉車車前進(jìn)要有馬拉車人走路要用力氣，馬人走路要用力氣，馬靜止是水平地面上物體

2、的自然狀態(tài)靜止是水平地面上物體的自然狀態(tài)力決定物體運動速度，沒有力物體的速度就為零力決定物體運動速度，沒有力物體的速度就為零,伽利略通過理想實驗找到了解決問題的真正線索伽利略通過理想實驗找到了解決問題的真正線索4 5直到有外力迫使它改變運動狀態(tài)為止直到有外力迫使它改變運動狀態(tài)為止一、第一定律（慣性定律）一、第一定律（慣性定律）這種性質(zhì)稱為物體的這種性質(zhì)稱為物體的慣性慣性意義：意義：勻速前進(jìn)勻速前進(jìn)突然加速突然加速緊急剎車緊急剎車牛頓總結(jié)為：牛頓總結(jié)為： 任何物體都保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)，任何物體都保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)，1. 任何物體都有保持靜止或任何物體都有保持靜止或勻速直線運動

3、的狀態(tài)的性質(zhì)，勻速直線運動的狀態(tài)的性質(zhì)，6 2. 包含了包含了力的概念力的概念：受球拍作用網(wǎng)球獲得加速度受球拍作用網(wǎng)球獲得加速度施于它的施于它的而這種作用是其他物體而這種作用是其他物體加速度的原因或作用，加速度的原因或作用，改變，也就是使它獲得改變，也就是使它獲得力使物體的速度發(fā)生力使物體的速度發(fā)生表述：表述：7 物體受到外力作用時，物體所獲得的加速度物體受到外力作用時，物體所獲得的加速度二、第二定律二、第二定律在國際單位制中，第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為在國際單位制中，第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為amF 物體所受物體所受合外力合外力物體質(zhì)量物體質(zhì)量 2. 2.定律定律只適用于質(zhì)點或可看作質(zhì)點的物體只適用

4、于質(zhì)點或可看作質(zhì)點的物體應(yīng)用牛頓第二定律應(yīng)注意：應(yīng)用牛頓第二定律應(yīng)注意：物體獲得物體獲得的加速度的加速度成反比；加速度的方向與合外力的方向相同成反比；加速度的方向與合外力的方向相同的大小與合外力的大小成正比，并與物體的質(zhì)量的大小與合外力的大小成正比，并與物體的質(zhì)量 1. 1.加速度加速度 與與 是瞬時關(guān)系是瞬時關(guān)系aF8 iiFF3. 物體同時受到幾個力物體同時受到幾個力 作用作用,21FF牛頓第二定律寫為牛頓第二定律寫為amFFii iiiiaFma1mFaii 合外力合外力天鵝、蝦和梭子魚合力天鵝、蝦和梭子魚合力拉車（克雷洛夫寓言）拉車（克雷洛夫寓言）力的疊加原理或力的獨立性原理力的疊加原

5、理或力的獨立性原理幾個力同時作用于物體幾個力同時作用于物體（合力）產(chǎn)（合力）產(chǎn)生的加速度生的加速度各個力分別作用時所各個力分別作用時所產(chǎn)生的加速度的疊加產(chǎn)生的加速度的疊加94. 第二定律表達(dá)式為矢量關(guān)系第二定律表達(dá)式為矢量關(guān)系22ddtxmmaFxx 22ddtymmaFyy 22ddtrmFFii 直角坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系中的分量形式中的分量形式xyOmrFaxFyFxaya解題時常用分量式解題時常用分量式力和加速度的直角坐標(biāo)分解力和加速度的直角坐標(biāo)分解10tttddiiFFmamtv2nnniiFFmamv在分析圓周運動和曲在分析圓周運動和曲 自然坐標(biāo)系自然坐標(biāo)系中的分量形式中的分量形式aFn

6、FtF法線方向法線方向切線方向切線方向atantF線運動時，往往如此分解線運動時，往往如此分解11必定同時以力必定同時以力 作用在物體作用在物體B 上，上， 和和 沿同一直沿同一直BA三、第三定律三、第三定律1F2F作用力作用力反作用力反作用力在同一直線上在同一直線上 正確理解和應(yīng)用第三定律，正確理解和應(yīng)用第三定律， 1. 作用力與反作用力同時作用力與反作用力同時作用力與作用力與反作用力反作用力存在期間存在期間 當(dāng)物體當(dāng)物體B 以力以力 作用在物體作用在物體A 上時，物體上時，物體A 也也1F21FF 應(yīng)注意：應(yīng)注意：線，并且大小相等，方向相反。線，并且大小相等，方向相反。2F1F2F存在同時

7、消失；存在同時消失；12 2. 作用力與反作用力總是成對作用力與反作用力總是成對 3. 作用力與反作用力總是屬于作用力與反作用力總是屬于同一性質(zhì)的力；同一性質(zhì)的力；彈性力彈性力注意：注意： 兩個物體相互作用，可兩個物體相互作用，可以接觸也可不接觸。以接觸也可不接觸。永磁體懸浮在超導(dǎo)體上方永磁體懸浮在超導(dǎo)體上方磁場力磁場力效果不能互相抵消；效果不能互相抵消；出現(xiàn)，作用在不同的物體上，其出現(xiàn)，作用在不同的物體上，其 4. 作用力與反作用力作用效果作用力與反作用力作用效果不同。不同。13四、慣性系四、慣性系牛頓定律適用牛頓定律適用的參考系；的參考系； 如如物體在一參考系中不受其它物體作物體在一參考系

8、中不受其它物體作用，而保持靜止或勻速直線運動，這個參用，而保持靜止或勻速直線運動，這個參考系就稱為考系就稱為慣性參考系慣性參考系14確定一個參考系是否為慣性系，需要由觀察和實驗的確定一個參考系是否為慣性系，需要由觀察和實驗的結(jié)果來判斷。結(jié)果來判斷。研究地面上物體的運動時，一般將地球視為慣性系；研究地面上物體的運動時，一般將地球視為慣性系；相對于已知慣性系靜止或勻速直線運動的物體都可相對于已知慣性系靜止或勻速直線運動的物體都可視為慣性系；視為慣性系；15 選定少數(shù)幾個物理量作為基本量并人為地規(guī)定選定少數(shù)幾個物理量作為基本量并人為地規(guī)定國際單位制（國際單位制（SI）基本量和基本單位基本量和基本單位

9、： 其他物理量為其他物理量為導(dǎo)出量，導(dǎo)出量，其單位為其單位為導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位，與，與單位：單位： 米（米（m） 千克（千克（kg） 秒（秒（s）基本量：基本量： 長度長度 質(zhì)量質(zhì)量 時間時間在國際單位制（在國際單位制（SI)中，中，導(dǎo)出量導(dǎo)出量力力的單位為的單位為2m/s 1kg 1N 1 牛頓（牛頓（N）基本單位構(gòu)成一個單位制基本單位構(gòu)成一個單位制它們的單位，這樣的單位叫它們的單位，這樣的單位叫基本單位基本單位1、國際單位制、國際單位制16物理學(xué)單位物理學(xué)單位基本單位基本單位導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位輔助單位輔助單位平面角平面角立體角立體角172、量綱、量綱 在國際單位制中，基本量長度、質(zhì)量和時間的在

10、國際單位制中，基本量長度、質(zhì)量和時間的量綱分別為量綱分別為 L、M和和 T ，其他物理量，其他物理量Q 表示為基本表示為基本量量綱的冪次之積：量量綱的冪次之積：sqpQTMLdim 量綱指數(shù)量綱指數(shù)例如力的量綱為例如力的量綱為 dim F = MLT-2量綱有如下用途：量綱有如下用途：1. 用于單位換算用于單位換算2. 用于檢驗公式用于檢驗公式必須相同必須相同一個公式兩邊可以有許多項，各項的量綱一個公式兩邊可以有許多項，各項的量綱18六、力學(xué)中常見的幾種力六、力學(xué)中常見的幾種力力力 一個物體所受的力必為其他物體所施予一個物體所受的力必為其他物體所施予1. 萬有引力萬有引力 兩個物體之間的相互吸

11、引力兩個物體之間的相互吸引力1202m mFGr112206.67 10N m /kgG 自然界的四種基本力：自然界的四種基本力：萬有引力確定了星系萬有引力確定了星系的形狀和運動形態(tài)的形狀和運動形態(tài)引力常量引力常量引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用192. 重力重力 地球表面附近的物體所受地球的引力地球表面附近的物體所受地球的引力gmF 重力加速度重力加速度 g 在地球表面附近近似在地球表面附近近似為常量，隨緯度和海拔微小變化為常量，隨緯度和海拔微小變化真空真空重力的大小等于物體的重量重力的大小等于物體的重量20 3. 彈性力彈性力弦線中因形變弦線中因形變

12、產(chǎn)生的張力產(chǎn)生的張力形變產(chǎn)生的壓力形變產(chǎn)生的壓力彈簧形變產(chǎn)彈簧形變產(chǎn)生的彈性力生的彈性力垂直于接觸面的支承力垂直于接觸面的支承力物體形變后所產(chǎn)生的恢復(fù)力物體形變后所產(chǎn)生的恢復(fù)力力的作用。在外力作用下彈性力的作用。在外力作用下彈性作用，發(fā)生形變，彼此之間有作用，發(fā)生形變，彼此之間有物體相互接觸和物體相互接觸和21當(dāng)一個物體在另一個物體表面上滑當(dāng)一個物體在另一個物體表面上滑 靜摩擦力隨推力增加而增加靜摩擦力隨推力增加而增加N0f0maxFF 滑動摩擦力滑動摩擦力NfFF 動摩擦因數(shù)動摩擦因數(shù) 稍小于靜摩擦因數(shù)稍小于靜摩擦因數(shù) 0 0 ！vfFNF運動趨勢運動趨勢0fFNF們相對滑動的力們相對滑動的

13、力動或有滑動的趨勢時，在接觸面上的一種阻礙它動或有滑動的趨勢時，在接觸面上的一種阻礙它4. 摩擦力摩擦力最大靜摩擦力為最大靜摩擦力為 22運用牛頓定律解力學(xué)問題，首先運用牛頓定律解力學(xué)問題，首先將將相互作用的相互作用的物體物體隔離開，隔離開，再對物體再對物體進(jìn)行進(jìn)行FFNFfFgm示力圖與受力分析示力圖與受力分析1. 畫出已知力及重力畫出已知力及重力2. 在與其他物體接觸處找在與其他物體接觸處找受力分析和示力圖受力分析和示力圖隔離物體隔離物體再數(shù)學(xué)求解再數(shù)學(xué)求解受力分析受力分析，做，做示力圖示力圖，張力、壓力等彈性力張力、壓力等彈性力和摩擦力和摩擦力隔離物體、具體分析、建立坐標(biāo)、寫出方程隔離物

14、體、具體分析、建立坐標(biāo)、寫出方程23242526mgTlmrmTcossinsin2222224arccosarccos60.24Tn mlmggTn l解：解：272829牛頓定律不成立的參考系稱為牛頓定律不成立的參考系稱為非慣性系非慣性系。可以?？梢苑菓T性系中觀察者非慣性系中觀察者加速運動的車廂是個非慣性系，牛頓定律不適用加速運動的車廂是個非慣性系，牛頓定律不適用 不受力卻有加速度？不受力卻有加速度？主觀地定義一個慣性力主觀地定義一個慣性力amF i非慣性系中牛頓第二非慣性系中牛頓第二定律表達(dá)式定律表達(dá)式riamF 則得則得在非慣性系中依然適用在非慣性系中依然適用引入引入慣性力慣性力來消除

15、非慣性因素的影響，使牛頓定律來消除非慣性因素的影響，使牛頓定律30非慣非慣性系性系中觀中觀察者察者受力作用卻靜止？受力作用卻靜止？主觀地定義一個慣性力主觀地定義一個慣性力riamF 則滑塊所受作用力則滑塊所受作用力彈簧的彈性力彈簧的彈性力仍可以用牛頓定律解釋其觀察結(jié)果仍可以用牛頓定律解釋其觀察結(jié)果 iFF 慣性力并不是物體之間的一種相互作用，它慣性力并不是物體之間的一種相互作用，它沒有施力者也不存在反作用力。但是，非慣性系沒有施力者也不存在反作用力。但是，非慣性系中的觀察者往往會真實地感受到慣性力的存在中的觀察者往往會真實地感受到慣性力的存在 31一般情況：一般情況：在慣性系中牛頓第二定律的表

16、達(dá)式為在慣性系中牛頓第二定律的表達(dá)式為 由由加速度合成定理加速度合成定理，物體相對于慣性系的加速度為，物體相對于慣性系的加速度為 ramamamF raaa 非慣性系中慣性力的定義為非慣性系中慣性力的定義為riamF 非慣性系中形式上的牛頓第二定律表達(dá)式為非慣性系中形式上的牛頓第二定律表達(dá)式為amFF ia質(zhì)量為質(zhì)量為m的物體相對于非慣性系的加速度為的物體相對于非慣性系的加速度為ra若非慣性系相對于慣性系平動，加速度為若非慣性系相對于慣性系平動，加速度為32例題例題2-5 60kg的人站在電梯中的磅秤上，當(dāng)電梯的人站在電梯中的磅秤上，當(dāng)電梯以加速度以加速度a=0.5m/s2上升時，求磅秤上指示

17、的重量。上升時，求磅秤上指示的重量。解解 升降機是一個非慣性系，慣性力升降機是一個非慣性系，慣性力慣性力慣性力amF iamF i0iN FFgm形式上的牛頓第二定律表達(dá)式為形式上的牛頓第二定律表達(dá)式為0N maFmg電梯上升時電梯上升時指示的重量指示的重量0N maFmg電梯下降時電梯下降時)(NagmF 指示的重量指示的重量)(NagmF 超重超重失重失重33此非慣性系中慣性力的定義為此非慣性系中慣性力的定義為Fi = - - mR 2。為為 ，距轉(zhuǎn)軸為，距轉(zhuǎn)軸為 R 處相對靜止的處相對靜止的質(zhì)量為質(zhì)量為m 的物體的物體此非慣性系中形式上的牛頓第二定律表達(dá)式為此非慣性系中形式上的牛頓第二定律表達(dá)式為0i FF即慣性離心力即慣性離心力所受到的向心力為所受到的向心力為 F = ma = mR 2。另一種情況：另一種情況：若非慣性系相對于慣性系勻角速轉(zhuǎn)動，角速度若非慣性系相對于慣性系勻角速轉(zhuǎn)動，角速度34 例題例題2-6 轉(zhuǎn)盤表面光滑水平放置，盤