牛顿定律力学相对性原理惯性力版资料.pptx

NO.2-1“自然及其规律隐藏在黑暗中，自然及其规律隐藏在黑暗中，上帝说：上帝说：让牛顿去吧让牛顿去吧 于是一切都豁然明朗！于是一切都豁然明朗！”英英 A.Pope“If I have seen further,it is by standing upon the shoulders of Giants”Isaac Newton“Hypotheses non fingo”我不杜撰假说我不杜撰假说开普勒开普勒伽利略伽利略哥白尼哥白尼 内容目录内容目录1.1.牛顿力学三定律及其应用牛顿力学三定律及其应用3.3.非惯性系、惯性力非惯性系、惯性力2.2.惯性系、惯性系、力学相对性原理力学相对性原理一一牛顿力学三定律牛顿力学三定律(Newtons three laws of Mechanics)1.牛顿第一定律牛顿第一定律当当 时，时，恒矢量恒矢量（3 3）数学表示：）数学表示：（1 1）惯性惯性（inertia）,惯性定律惯性定律（2）力力：改变物体运动状态的原因改变物体运动状态的原因任何物体在不受任何外力的作用下，总保持任何物体在不受任何外力的作用下，总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。迫使它改变这种状态为止。（4 4）通过）通过思想实验思想实验（伽利略）得到（伽利略）得到2.牛顿第二定律牛顿第二定律（1 1）动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用用下，其动量随时间的变化率应当等于作用于物体的合外力。于物体的合外力。（2 2）当当 时，时，直角坐标系直角坐标系自然坐标系自然坐标系力的叠加原理力的叠加原理（3）具有瞬时性、矢量性、叠加性具有瞬时性、矢量性、叠加性 一一.牛顿力学三定律牛顿力学三定律3.牛顿第三定律牛顿第三定律两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时两个物体之间的作用力和反作用力，总是同时在同一条直线上，大小相等，方向相反。在同一条直线上，大小相等，方向相反。一一.牛顿力学三定律牛顿力学三定律（1）同种性质；）同种性质；（2）不能抵消。）不能抵消。牛顿力学的意义牛顿力学的意义1.1.古希腊古希腊自然哲学自然哲学与意大利、英国和法国的与意大利、英国和法国的实验实验科学科学结合；结合；2.2.把把归纳法归纳法（以实验为基础，英国哲学家培根）（以实验为基础，英国哲学家培根）和和演绎法演绎法（数学家笛卡尔）结合起来；（数学家笛卡尔）结合起来；4.4.哲学的推理法则：哲学的推理法则：简单性原理，简单性原理，因果性原理，因果性原理，统一性原理统一性原理.3.3.把开普勒（专注于把开普勒（专注于天天文学研究）和伽利略文学研究）和伽利略 （着重于（着重于地面地面运动的研究）融合起来；运动的研究）融合起来；1.1.万有引力万有引力二二.几种常见的力几种常见的力引力常数引力常数m1 m2r3.3.摩擦力摩擦力滑动滑动摩擦力摩擦力最大静最大静摩擦力摩擦力静静摩擦力摩擦力 2.2.弹性力弹性力 弹簧弹力弹簧弹力胡克定律胡克定律 压力、支持力压力、支持力 张力张力绳子上各处的张力相等吗？绳子上各处的张力相等吗？三三.牛顿力学定律的应用牛顿力学定律的应用基本解题步骤：基本解题步骤：（1 1）隔离物体；）隔离物体；（2 2）受力分析；）受力分析；（3 3）选取坐标；）选取坐标；（4 4）求解方程。）求解方程。基本方法：基本方法：隔离物体法隔离物体法 变力作用问题变力作用问题 选取任一时刻（而不是一个特殊时刻）进行受力和选取任一时刻（而不是一个特殊时刻）进行受力和运动状态分析运动状态分析 已知运动的初始条件，则根据牛顿定律便可预言已知运动的初始条件，则根据牛顿定律便可预言物体在任意时刻的运动状态（微积分求解）物体在任意时刻的运动状态（微积分求解）例例1.1.如图长为如图长为 的轻绳，一端系质量为的轻绳，一端系质量为 的小球，的小球，另另一端系于定点一端系于定点 ，时小球位于最低位置，并具有水时小球位于最低位置，并具有水平速度平速度 ，求小球摆起，求小球摆起 角时的速率及绳的张力角时的速率及绳的张力 例例2 2 质量为质量为 的小球从距离水平面的小球从距离水平面 高高 处以处以速度速度 沿水平方向抛出，小球受到空气阻力沿水平方向抛出，小球受到空气阻力 为小球的速度，为小球的速度，为常量，求小球的运动学方程。为常量，求小球的运动学方程。变力作用问题变力作用问题 选取任一时刻（而不是一个特殊时刻）进行受力和选取任一时刻（而不是一个特殊时刻）进行受力和运动状态分析运动状态分析 已知运动的初始条件，则根据牛顿定律便可预言已知运动的初始条件，则根据牛顿定律便可预言物体在任意时刻的运动状态（微积分求解）物体在任意时刻的运动状态（微积分求解）四四.牛顿定律的适用条件牛顿定律的适用条件1.1.惯性系惯性系太阳太阳太阳太阳恒星参考系恒星参考系恒星参考系恒星参考系地心地心地心地心恒星参考系恒星参考系恒星参考系恒星参考系地面参考系地面参考系地面参考系地面参考系 牛顿运动定律只在惯性系中成立！牛顿运动定律只在惯性系中成立！相对于惯性系作相对于惯性系作匀速直线运动匀速直线运动的参考系也是的参考系也是惯性系惯性系，相对于惯性系作相对于惯性系作加速运动加速运动的参考系是的参考系是非惯性系非惯性系。若在某参考系中，当物体不受外力作用时，保持若在某参考系中，当物体不受外力作用时，保持静止或匀速直线运动，该参考系称为静止或匀速直线运动，该参考系称为惯性系惯性系。2.2.力学相对性原理力学相对性原理 在任一惯性系内部做任何力学实验，都不能在任一惯性系内部做任何力学实验，都不能确定该惯性系相对于其他惯性系是否在运动确定该惯性系相对于其他惯性系是否在运动在不同的惯性系中，牛顿定律具有相同的形式在不同的惯性系中，牛顿定律具有相同的形式.物理规律都具有相对性原理物理规律都具有相对性原理?四四.牛顿定律的适用条件牛顿定律的适用条件!3.3.惯性力惯性力 (Inertial Force)在非惯性系中，牛顿第二定律可表示为：在非惯性系中，牛顿第二定律可表示为：真实合外力真实合外力惯性力惯性力 非惯性系中非惯性系中 物体的加速度物体的加速度四四.牛顿定律的适用条件牛顿定律的适用条件l 大部分参考系都是大部分参考系都是非惯性系非惯性系 地面参考系，地面参考系，地球自转加速度地球自转加速度地心参考系，地心参考系，地球绕太阳公转加速度地球绕太阳公转加速度太阳参考系，太阳参考系，太阳绕银河系转加速度太阳绕银河系转加速度为何还要在非惯性系中研究问题呢？为何还要在非惯性系中研究问题呢？理由：理由：l 重力和纬度的关系：重力和纬度的关系：F0rmROF引引G重力并非地球引力，而是重力并非地球引力，而是引力和惯性离心力的合力。引力和惯性离心力的合力。由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。由于地球自转，地面物体会受到惯性离心力的作用。为何还要在非惯性系中研究问题呢？为何还要在非惯性系中研究问题呢？理由：理由：失重问题：失重问题：在太空中绕地球飞行的飞船可以视为在太空中绕地球飞行的飞船可以视为转转动的非惯性动的非惯性系系，其中物体所受的引力被惯性离心力完全抵消而出，其中物体所受的引力被惯性离心力完全抵消而出现失重。现失重。在那里物体可以真正做到在那里物体可以真正做到“不受力不受力”。在这。在这样的样的非惯性系非惯性系中，反而能够真正做到验证惯性定律。中，反而能够真正做到验证惯性定律。在飞船中几个球可以在飞船中几个球可以在空中摆成一个圈在空中摆成一个圈例例4.4.图示系统置于图示系统置于 的加速度上升的升降机中，的加速度上升的升降机中，A、B两物体质量相同均为两物体质量相同均为m，A所在的桌面是水平的，所在的桌面是水平的，绳子和定滑轮质量均不计。若忽略滑轮轴上和桌面上的绳子和定滑轮质量均不计。若忽略滑轮轴上和桌面上的摩擦并不计空气阻力，则绳中张力为（摩擦并不计空气阻力，则绳中张力为（）ABA1.1.天体引潮力天体引潮力 五五.其它惯性力其它惯性力地球地球月月亮亮涨潮涨潮落潮落潮月球对地面上海水的引潮力月球对地面上海水的引潮力落潮落潮涨潮涨潮月月月月日日地地地地大潮大潮小小潮潮大潮与小潮大潮与小潮日日由于引力不均匀（有引力由于引力不均匀（有引力梯度）引起潮汐。梯度）引起潮汐。钱塘江大潮钱塘江大潮引潮力常触发地震，引潮力常触发地震，地震常发生于阴历初一、十五地震常发生于阴历初一、十五附近（大潮期）。附近（大潮期）。1976.阴阴7.2,唐山唐山1993.阴阴8.15,印度印度1995.阴阴12.17,神户神户2001.阴阴2.1,四川雅江四川雅江如：如：2001.阴阴2.2,印尼印尼 使月球自转和公转周期使月球自转和公转周期最终达到一致。最终达到一致。影响：影响：使地球自转变慢。使地球自转变慢。由植物年轮，珊瑚和牡蛎化石生长由植物年轮，珊瑚和牡蛎化石生长线判断：线判断：3 3亿年前，一年约亿年前，一年约400400天。天。五五.其它惯性力其它惯性力一个一个科里奥利力科里奥利力.一般情况下，一般情况下，在在匀速转动匀速转动参考系参考系运动物体运动物体除受惯性离心力外，除受惯性离心力外，中，中，都还要附加都还要附加总惯性力：总惯性力：2.2.科里奥利力科里奥利力五五.其它惯性力其它惯性力（1 1）使赤道附近的信风北半球）使赤道附近的信风北半球风向右偏转，南半风向右偏转，南半球向左偏转球向左偏转;（2 2）强热带风暴漩涡的形成；）强热带风暴漩涡的形成；（3 3）北半球）北半球河流右侧被冲刷的更厉害河流右侧被冲刷的更厉害；铁路的右铁路的右侧轨道磨损大侧轨道磨损大；（4 4）落体偏东。）落体偏东。北半球的北半球的台风蔷薇台风蔷薇 南半球的南半球的强烈热带强烈热带气旋气旋Jaya 由于地球自转引起的科里奥利力由于地球自转引起的科里奥利力效应效应信风的形成信风的形成五五.其它惯性力其它惯性力18511851，巴黎伟人祠，摆长，巴黎伟人祠，摆长67m67m，摆锤摆锤28kg，摆平面转动，摆平面转动顶视顶视11 22 3摆平面转动周期摆平面转动周期北京，北京，巴黎，巴黎，这是在地球上验证地球转动的著名的实验。这是在地球上验证地球转动的著名的实验。地球地球傅傅 科科 摆摆例例5.5.质量为质量为M 的斜面置于光滑水平面上，质量为的斜面置于光滑水平面上，质量为m的物体沿光滑斜面自由下滑，试求：的物体沿光滑斜面自由下滑，试求：斜面相对于斜面相对于地面的加速度和物体相对于斜面的加速度。地面的加速度和物体相对于斜面的加速度。Mm 非惯性系中牛顿定律的应用非惯性系中牛顿定律的应用今日作业今日作业2 8,2 14,2 16,2 20,2 262 1,2,3,4,5