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第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律1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，其中含有三条牛顿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．牛顿IssacNewton（1643－1727）第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律2任何物体都要保持其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.一牛顿第一定律惯性和力的概念时，恒矢量v0F如物体在一参考系中不受其它物体作用，而保持静止或匀速直线运动，这个参考系就称为惯性参考系．第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律3tmttptFd)(dd)(d)(v二牛顿第二定律动量为的物体，在合外力的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力．p)(iFF当时，为常量cvmamtmtFdd)(v合外力第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律4amtmtFdd)(vktmjtmitmFyxddddddzvvvxxmaFyymaFzzmaFkmajmaimaFyxz即第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律5注：为A处曲线的曲率半径．22tddddtsmtmF　v自然坐标系中n2tntdd)(eρmetmaamamFvvρmF2nvateneA第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律6(1)瞬时关系(2)牛顿定律只适用于质点注意321aaaa321FFFF(3)力的叠加原理2211amFamF第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律7两个物体之间作用力和反作用力，沿同一直线，大小相等，方向相反，分别作用在两个物体上．F＇F2112FF（物体间相互作用规律）三牛顿第三定律12F21F第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律8mmTF'TFG'G地球例分析物体间的相互作用力第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律9作用力与反作用力特点：(1)大小相等、方向相反，分别作用在不同物体上，同时存在、同时消失，它们不能相互抵消．(2)是同一性质的力．注意第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律10四力学相对性原理uvvFamamFxut＇xxy＇yz＇z＇oou＇xPaa为常量ttddddvvu第二章牛顿定律物理学第五版2-1牛顿定律11(2)对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，与惯性系的运动无关(1)凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考系都是惯性系．伽利略相对性原理．注意2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版12力学的基本单位1984年2月27日，我国国务院颁布实行以国际单位制（SI）为基础的法定单位制．物理量长度质量时间单位名称米千克秒符号mkgs一单位制国际单位制规定了七个基本单位．2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版131m是光在真空中(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度．1s是铯的一种同位素133Cs原子发出的一个特征频率光波周期的9192631770倍．“千克标准原器”是用铂铱合金制造的一个金属圆柱体，保存在巴黎度量衡局中．其它力学物理量都是导出量．力学还有辅助量：弧度rad．2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版14速率ts/ddv1sm-导出量amF2smkg1N1-力rFWddmN1J1功实际过程的时间宇宙年龄约(140亿年)s102.417地球公转周期s102.37人脉搏周期约s.90最短粒子寿命s10252-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版150实际长度实际质量可观察宇宙半径宇宙地球半径太阳说话声波波长地球可见光波波长宇宙飞船原子半径最小病毒质子半径电子夸克半径光子、中微子m1026m104.66m1041m1067m10110m10115m10120kg1053kg100.230kg100.624kg104kg10914kg101.931（静）2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版16表示一个物理量如何由基本量的组合所形成的式子．sqpQTMLdim某一物理量的量纲Q二量纲如：速度的量纲是1LT角速度的量纲是1T力的量纲是2MLT2-2物理量的单位和量纲第二章牛顿定律物理学第五版17量纲作用(1)可定出同一物理量不同单位间的换算关系．(3)从量纲分析中定出方程中比例系数的量纲和单位．(2)量纲可检验文字描述的正误．212mmFrG221rmmGF如：213TMLdimG第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力18221rmmGF一万有引力引力常数2211kgmN1067.6Gm1m2r重力,mgP2rGmgE2sm80.9-2RGmgE地表附近第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力19四种相互作用的力程和强度的比较＊表中强度是以两质子间相距为时的相互作用强度为1给出的．m1015种类相互作用粒子力程/m力的强度引力作用所有粒子、质点∞3810弱相互作用带电粒子210电磁作用核子、介子等强子1810强相互作用强子等大多数粒子1510∞010第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力20温伯格萨拉姆格拉肖弱相互作用电磁相互作用电弱相互作用理论三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖．鲁比亚,范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖．电弱相互作用强相互作用万有引力作用“大统一”（尚待实现）第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力21二弹性力常见弹性力有：正压力、张力、弹簧弹性力等．kxF弹簧弹性力——胡克定律由物体形变而产生的．第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力22例1质量为、长为的柔软细绳，一端系着放在光滑桌面上质量为的物体，在绳的另一端加力．设绳的长度不变，质量分布是均匀的．求：(1)绳作用在物体上的力；(2)绳上任意点的张力．ml＇mF＇mmlF第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力23PTF＇TF解设想在点将绳分为两段其间张力和大小相等，方向相反PTF＇TF（1）＇mmFaaT0F＇T0F第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力24＇T0T0FF＇mFT0amaFF＇T0mmFa＇FmmmF＇＇T0＇mmFaaT0F＇T0F第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力25l（2）xdmdlxmm/ddTTT)d(FFFxalmamd)d(xlmmmFFd)(dT＇xdmdTFTTdFF第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力26lxFFxlmmmFFd)(dTT＇mmFlxmmF＇＇)(TxdmdTFTTdFFxlmmmFFd)(dT＇第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力27三摩擦力0一般情况NfμFF滑动摩擦力N0f0mFF最大静摩擦力静摩擦力f0mf0FF≤第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力28例2如图绳索绕在圆柱上，绳绕圆柱张角为，绳与圆柱间的静摩擦因数为，求绳处于滑动边缘时,绳两端的张力和间的关系(绳的质量忽略)．AFTBFTAFTBFT＇OBA第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力29圆柱对的摩擦力圆柱对的支持力fFNFsdsd解取一小段绕在圆柱上的绳取坐标如图两端的张力，TFTTdFFsd的张角dsdxydO＇Osd2/d2/dfFNFTFTTdFFAFTBFT＇OBA第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力3002dcos2dcos)d(fTTTFFFFNfFFxydO＇Osd2/d2/dfFNFTFTTdFF02dsin2dsin)d(NTTTFFFF12dcosNfTdFFF2d2dsinNTTddd21FFF第二章牛顿定律物理学第五版2-3几种常见的力31eTTABFFe/TTABFF若25.0ABFFTT/π0.46π20.21π100.000390TTddTTABFFFFAFTBFT＇OBAmF2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版32一解题步骤已知力求运动方程已知运动方程求力二两类常见问题FarraF隔离物体受力分析建立坐标列方程解方程结果讨论2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版33(1)如图所示滑轮和绳子的质量均不计，滑轮与绳间的摩擦力以及滑轮与轴间的摩擦力均不计．且．求重物释放后，物体的加速度和绳的张力．21mm例1阿特伍德机1m2m2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版34amFgm1T1amFgm2T2gmmmmF2121T2解(1)以地面为参考系画受力图、选取坐标如右图1PTF'FT2Pay0ay01m2mgmmmma21212-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版35（2）若将此装置置于电梯顶部，当电梯以加速度相对地面向上运动时，求两物体相对电梯的加速度和绳的张力．a解以地面为参考系设两物体相对于地面的加速度分别为，且相对电梯的加速度为、1ara2a1PT1FT2F2P1ay02ay01m2marara2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版361PT1FT2F2P1ay02ay011T1amFgm22T2amFgmaaar1aaar2)(2121ragmmmma)(22121TagmmmmF解得1m2marara2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版37问绳和铅直方向所成的角度为多少？空气阻力不计．例2如图摆长为的圆锥摆，细绳一端固定在天花板上，另一端悬挂质量为的小球，小球经推动后，在水平面内绕通过圆心的铅直轴作角速度为的匀速率圆周运动．mloolrv2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版38解amPFT2nTsinmrmaF0cosTPFlglmmg22coslωgθ2arccos越大，也越大sinlr另有lmωF2TPFcosTolrvTFPnete2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版39llmm利用此原理，可制成蒸汽机的调速器（如图所示）2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版40例3如图长为的轻绳，一端系质量为的小球，另一端系于定点，时小球位于最低位置，并具有水平速度，求小球在任意位置的速率及绳的张力．0vm0tloo0vvTFgmtene2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版41θθθgl0dsind0vvvvddddvvvlt解tsinmamgnTcosmamgFlan/2v)cos32(20TθgglmFv)1(cos220lgvvtmmgddsinvo0vvTFgmtene2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版42例4设空气对抛体的阻力与抛体的速度成正比，即，为比例系数．抛体的质量为、初速为、抛射角为．求抛体运动的轨迹方程．vkFrkm0voxy0v2-4牛顿定律的应用举例第二章牛顿定律物理学第五版43解取如图所示的平面坐标系Oxyxxktmvvddyykmgtmvvddtmkxxddvvtmkkmgkyydd