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1 力學(xué) 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué) 質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué) 剛體力學(xué) 狹義相對(duì)論 2 英國(guó)物理學(xué)家 經(jīng)典物理學(xué)的奠基人 他對(duì)力學(xué) 光學(xué) 熱學(xué) 天文學(xué)和數(shù)學(xué)等學(xué)科都有重大發(fā)現(xiàn) 其代表作 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 是力學(xué)的經(jīng)典著作 牛頓是近代自然科學(xué)奠基時(shí)期具有集前人之大成的貢獻(xiàn)的偉大科學(xué)家 牛頓IssacNewton 1643 1727 3 牛頓的生平與主要科學(xué)活動(dòng) 4 少年時(shí)代的牛頓 天資平常 但很喜歡制作各種機(jī)械模型 他有一種把自然現(xiàn)象 語言等進(jìn)行分類 整理 歸納的強(qiáng)烈嗜好 對(duì)自然現(xiàn)象極感興趣 青年牛頓 1666年6月22日至1667年3月25日 兩度回到鄉(xiāng)間的老家 1665年獲學(xué)士學(xué)位 1661年考入劍橋大學(xué)三一學(xué)院 牛頓簡(jiǎn)介 5 1667年牛頓返回劍橋大學(xué)當(dāng)研究生 次年獲得碩士學(xué)位 1669年發(fā)明了二項(xiàng)式定理 1669年由于巴洛的推薦 接受了 盧卡斯數(shù)學(xué)講座 的職務(wù) 全面豐收的時(shí)期 1672年進(jìn)行了光譜色分析試驗(yàn) 1672年 由于制造反射望遠(yuǎn)鏡的成就被接納為倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員 1680年前后提出萬有引力理論 1687年出版了 自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理 牛頓簡(jiǎn)介 6 三個(gè)定律 牛頓第一定律牛頓第二定律牛頓第三定律 動(dòng)量定理角動(dòng)量定理動(dòng)能定理 三個(gè)守恒定律 動(dòng)量守恒定律角動(dòng)量守恒定律機(jī)械能守恒定律 三個(gè)定理 7 第二章牛頓運(yùn)動(dòng)定律 8 三個(gè)定律 1 牛頓第一定律 任何物體都保持靜止的或沿一條直線作勻速運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) 除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài) 任何物體都具有慣性 牛頓第一定律又叫慣性定律 它是理想化抽象思維的產(chǎn)物 不能用實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格驗(yàn)證 此定律僅適用于慣性系 當(dāng)物體受到其他物體作用時(shí)才會(huì)改變其運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 即其他物體的作用是物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因 慣性系 在一個(gè)參考系觀察 一個(gè)不受力作用或處于平衡狀態(tài)的物體 將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài) 這個(gè)參考系叫慣性系 幾點(diǎn)說明 9 2 牛頓第二定律 運(yùn)動(dòng)的變化與所加的動(dòng)力成正比 并且發(fā)生在這力所沿的直線的方向上 3 牛頓第三定律 對(duì)于每一個(gè)作用 總有一個(gè)相等的反作用與它對(duì)抗 或者說兩個(gè)物體之間的相互作用永遠(yuǎn)相等 且指向?qū)Ψ?重點(diǎn)討論牛頓第二定律 注意 作用力 反作用力 分別作用于二物體 各產(chǎn)生其效果 2 作用力和反作用力是性質(zhì)相同的力 兩點(diǎn)說明 10 它是實(shí)驗(yàn)定律 客觀事實(shí)的總結(jié) 牛頓定律的地位和適用范圍 它是經(jīng)典物理的基礎(chǔ) 11 一 牛頓第二定律 質(zhì)量 描述物體慣性的物理量 相對(duì)于慣性參照系 合外力 2 瞬時(shí)性 力和加速度都是瞬時(shí)的 同時(shí)存在 同時(shí)消失 3 矢量性 矢量方程分解成標(biāo)量方程求解 1 數(shù)學(xué)表達(dá)式 牛頓第二定律只適用于質(zhì)點(diǎn)及慣性系 12 矢量方程標(biāo)量方程 分解力 13 5 力學(xué)中常見的幾種力 重力萬有引力 彈性力摩擦力流體阻力 4 力的疊加原理 14 四種相互作用的力程和強(qiáng)度的比較 表中強(qiáng)度是以兩質(zhì)子間相距為時(shí)的相互作用強(qiáng)度為1給出的 種類 相互作用粒子 力的強(qiáng)度 力程 m 引力作用 所有粒子 質(zhì)點(diǎn) 弱相互作用 帶電粒子 電磁作用 介子等核子 強(qiáng)相互作用 強(qiáng)子等大多數(shù)粒子 15 1 確定研究對(duì)象 2 使用隔離法分析受力情況 作出受力圖 3 分析運(yùn)動(dòng)情況 判斷加速度 4 建立坐標(biāo)系 根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律列方程 5 求解 進(jìn)行討論 解題步驟 6 運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問題的步驟 兩類力學(xué)問題 已知力求運(yùn)動(dòng) 已知運(yùn)動(dòng)求力 16 例1 飛機(jī)降落時(shí)的著地速度大小v 90km h 方向與地面平行 飛機(jī)與地面間的摩擦系數(shù) 0 10 迎面空氣阻力為Cxv2 升力為Cyv2 v是飛機(jī)在跑道上的滑行速度 Cx和Cy均為常數(shù) 已知飛機(jī)的升阻比k Cy Cx 5 求飛機(jī)從著地到停止這段時(shí)間所滑行的距離 設(shè)飛機(jī)剛著地時(shí)對(duì)地面無壓力 1 常力作用下的連結(jié)體問題 2 變力作用下的單體問題 17 水平方向 解 分析力 迎面空氣阻力 摩擦力 豎直方向 升力 重力 地面支持力 取坐標(biāo) 水平前進(jìn)方向 方向 豎直向上 方向 18 上兩式中的 它是飛機(jī)滑行過程中任意時(shí)刻方向的速度 列方程 注意 19 條件 結(jié)果 時(shí) 20 例2質(zhì)量為 長(zhǎng)為的柔軟細(xì)繩 一端系著放在光滑桌面上質(zhì)量為的物體 如圖所示 在繩的另一端加力 繩被拉緊時(shí)會(huì)略有伸長(zhǎng) 形變 一般伸長(zhǎng)可略去不計(jì) 設(shè)繩的長(zhǎng)度不變 質(zhì)量分布是均勻的 求 1 繩作用在物體上的力 2 繩上任意點(diǎn)的張力 21 解設(shè)想在點(diǎn)將繩分為兩段其間張力和大小相等 方向相反 1 22 23 2 24 25 例3 0036 一條質(zhì)量分布均勻的繩子 質(zhì)量為M 長(zhǎng)度為L(zhǎng) 一端拴在轉(zhuǎn)軸上 并以恒定角速度 在水平面上旋轉(zhuǎn) 設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程中繩子始終伸直不打彎 且忽略重力 求距轉(zhuǎn)軸為r處的張力T r 26 解 在距轉(zhuǎn)軸為r處取質(zhì)量元dm 27 結(jié)果 28 課后練習(xí) 一條質(zhì)量為M長(zhǎng)為L(zhǎng)的均勻鏈條 放在一光滑的水平桌面上 鏈子的一端有極小的一段長(zhǎng)度被推出桌子的邊緣在重力作用下開始下落 試求鏈條剛剛離開桌面時(shí)的速度 鐵鏈自由下落 swf 應(yīng)用 計(jì)算10米高臺(tái)跳水游泳池的深度 29 力學(xué)的基本單位 1984年2月27日 我國(guó)國(guó)務(wù)院頒布實(shí)行以國(guó)際單位制 SI 為基礎(chǔ)的法定單位制 二 單位制和量綱 國(guó)際單位制規(guī)定了七個(gè)基本單位 1 單位制 30 1m是光在真空中在 1 299792458s 內(nèi)所經(jīng)過的距離 1s是銫的一種同位素133CS原子發(fā)出的一個(gè)特征頻率光波周期的9192631770倍 千克標(biāo)準(zhǔn)原器 是用鉑銥合金制造的一個(gè)金屬圓柱體 保存在巴黎度量衡局中 其他力學(xué)物理量都是導(dǎo)出量 力學(xué)還有輔助量 弧度rad 31 速率 導(dǎo)出量 力 功 32 33 表示一個(gè)物理量如何由基本量的組合所形成的式子 某一物理量的量綱 2 量綱 如 速度的量綱是 角速度的量綱是 力的量綱是 34 量綱作用 1 可定出同一物理量不同單位間的換算關(guān)系 3 從量綱分析中定出方程中比例系數(shù)的量綱和單位 2 量綱可檢驗(yàn)文字結(jié)果的正誤 如 35 二 慣性系與非慣性系 慣性系 加速度 牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用的參照系 牛頓第一定律定義的參照系 性質(zhì) 所有相對(duì)于慣性系做勻速運(yùn)動(dòng)的參照系也一定都是慣性系 相對(duì)于慣性系做變速運(yùn)動(dòng)的參照系一定不是慣性系 相對(duì) 太陽參照系地心參照系地面參照系 36 伽利略相對(duì)性原理 力學(xué)相對(duì)性原理 在相互作勻速直線運(yùn)動(dòng)的一切慣性系中 一切力學(xué)現(xiàn)象是等同的 或力學(xué)定律在所在慣性系中都是相同的 非慣性系 牛頓運(yùn)動(dòng)定律不適用的參照系 相對(duì) 37 球?qū)?問題出在 在非慣性系中用了牛頓第二定律 奇怪 若在加速平動(dòng)參照系 動(dòng)畫 38 動(dòng)畫 對(duì) 39 真實(shí)力 車廂中的觀察者以車廂為參照系 非慣性系 他認(rèn)為 小球受三個(gè)力的作用 合外力 質(zhì)點(diǎn)在非慣性系受到的合力 虛擬力 哦 為非慣性系對(duì)慣性系的加速度 是質(zhì)點(diǎn)對(duì)非慣性系的加速度 40 非慣性系的牛頓第二定律 41 若在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的參照系 如圖 一木塊靜止在一個(gè)水平勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤上 轉(zhuǎn)盤相對(duì)地面以角速度 求在轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中的慣性力 地面參照系的觀察者 木塊作勻速圓周運(yùn)動(dòng) 在轉(zhuǎn)盤上 木塊靜止不動(dòng) 即 即 慣性離心力 慣性離心力 向心力 作用與反作用 NO 42 例4 0655 一根細(xì)繩跨過一光滑的定滑輪 一端掛一質(zhì)量為M的物體 另一端被人用雙手拉著 人的質(zhì)量 若人相對(duì)于繩以加速度向上爬 則人相對(duì)于地面的加速度是多少 以豎直向上為正 解 人 物 以繩為參照系 設(shè)繩對(duì)地的加速度為 繩對(duì)地 繩對(duì)地 繩對(duì)地 繩對(duì)地 43 注意 對(duì)于滑輪這種左右兩邊的情形 左右兩邊的正方向應(yīng)相反 方向 右向上 左向下 方向 向上 繩對(duì)地 人對(duì)地 人對(duì)繩 繩對(duì)地 人對(duì)地 44 第二章作業(yè) P1092 22 62 112 222 232 25 45 一掌握牛頓定律的基本內(nèi)容及其適用條件 二熟練掌握用隔離體法分析物體的受力情況 能用微積分方法求解變力作用下的簡(jiǎn)單質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題 教學(xué)基本要求