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1、新编基础物理学上册,2,如：在加速运动车厢中牛顿第一定律并不成立,3,二、牛顿第二定律 Newtons Second Law 运动的变化和作用力成正比并且发生在力的方向上。,动量,4.此式为矢量关系，可写成投影式：,4,三、牛顿第三定律 Newtons Third Law 作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。1.作用力与反作用力总是成对出现。2.力的性质相同。3.分别作用于不同物体，不能抵消或平衡。,5,万有引力（重力）、弹力、摩擦力,1、万有引力,重力：地球表面附近的物体受到地球的吸引作用。,一般物体万有引力很小，但在天体运动中却起支配作用.,四、几种常见的力,6,2
2、、弹性力,当两个物体相互接触发生形变，物体因形变而产生的恢复力称为弹性力。,3、摩擦力,静摩擦力,滑动摩擦力,常见的弹性力有：弹簧的弹力、绳索间的张力、压力、支持力等。,两个相互接触的物体在沿接触面相对滑动时，或者有相对滑动的趋势时，在接触面之间会产生一对阻止相对运动的力，叫做摩擦力。,7,1、牛顿运动定律的局限性,只适用于宏观物体,微观物体用量子力学,只适用于惯性系,只适用于常速运动物体,高速运动物体用相对论,非惯性系问题要转换到惯性系,选对象,2、应用牛顿定律解题的基本方法,五、牛顿运动定律的应用,8,例题1 一倾角为，长为l 的斜面固定在升降机的底板上，当升降机以匀加速度a1竖直上升时，
3、质量为 m 的物体从斜面顶端沿斜面下滑，物体与斜面的滑动摩擦系数为。求：1.物体对斜面的压力；2.物体从斜面顶端滑至底部的时间。,解：设物体相对升降机的加速度为，则物体相对地面的加速度为：,投影后,9,例题2 质量为M的三角形劈置于水平桌面上，另一质量为m的木块放在劈的斜面上.设所有的接触面都是光滑的,试求劈的加速度和木块相对于劈的加速度.,解：,10,例题3 质量为m的小球在水中由静止开始下沉。设水对小球的粘滞阻力与其运动速率成正比，即 fr=Kv(K为比例常数)，水对小球的浮力为B。求小球任一时刻的速度。解：,11,解：取整个链条为研究对象，当下垂段长为x时，作用于链条上的力为,例题4 一
4、根长为L，质量为M的均匀柔软的链条，开始时链条静止，长为 Ll 的一段放在光滑桌面上，长为 l 的另一段铅直下垂。(1)求整个链条刚离开桌面时的速度。(2)求链条由刚开始运动到完全离开桌面所需要的时间。,12,2-2 动量和动量守恒定理,恒力的冲量：,变力的冲量：,一、冲量和动量 impulse and momentum,动量 momentum,力的冲量,*单位：Ns,*冲量是矢量，分量式为：,13,二、质点的动量定理 Momentum Theorem of Particle,由牛顿第二定律,即：合力的冲量，等于质点动量的增量。,动量定理：在某段时间内，质点动量的增量，等于作用在质点上的合力在
5、同一时间内的冲量。,14,1、冲量是过程量，动量是状态量，量纲相同，意义不同。,说明,2、动量定理的分量式,3、动量定理常应用于碰撞问题,15,解：建立如图坐标系,由动量定理得,例题 一质量为0.05kg、速率为10ms-1的刚球，以与钢板法线呈45角的方向撞击在钢板上，并以相同的速率和角度弹回来。设碰撞时间为0.05s。求在此时间内钢板所受到的平均冲力。,方向沿 x 轴反向,16,设质点系由两个质点组成，F为外力，f 内力，有：,只有外力才能改变质点系的总动量,内力的作用只是使质点系内各质点的动量重新分配,不能改变总动量。,应用到N个质点所组成的质点系：,质点系的动量定理,三、质点系动量定理
6、,17,系统的动量守恒。,动量守恒定律：当系统所受合外力为零时，系统的总动量将保持不变。,注意,1、只适用于惯性系。,2、合外力在某方向分量为零，则该方向动量守恒。,3、有时外力虽然不为零，但外力内力，且作用时间很短，则外力冲量可以忽略，质点系动量守恒。,四、动量守恒定律,18,解：,例2：一个人站在平板车上掷铅球两次，出手速度均为v，仰角均为，第一次平板车固定，第二次平板车可在水平面无摩擦运动，己知人和车的总质量为M，球的质量为m，问两次射程之比为若干?,人、车和球系统动量守恒,19,完全弹性碰撞 完全非弹性碰撞,碰撞的特点：1、两物体间相互作用时间很短，而碰撞前后，两物体的运动状态变化显著
7、。2、两物体碰撞时，物体间相互作用的冲力很大，其它外力相对很小，可忽略不计，因此可认为相碰撞的两个物体的总动量守恒。,碰撞 collision 是指两个或两个以上的物体间的短促作用。,20,（五个小球质量全同）,一、完全弹性碰撞 perfectly elastic collision,特点：系统的机械能（动能）完全没有损失。,21,两球交换速度,轻球反弹,重球速度不变，轻球两倍于重球速度前进。,22,二、完全非弹性碰撞 perfectly inelastic collision,特点：碰后两物体以共同速度运动,碰撞过程中损失的动能：,23,解：本题可分为三个运动过程，每一过程运用相应的规律。,
8、泥球，圆盘，弹簧和地球为系统,例题 一劲度系数为k的轻质弹簧下端挂一质量为M的圆盘，一个质量为m的油质球从离盘h高处由静止下落到盘上，然后与盘一起向下运动，求向下运动的最大距离l2。,明确各个过程：,m与M共同向下运动,m自由下落,m与M 碰撞,(1)m自由下落,24,(2)m与M相碰撞，,系统动量守恒（为什么？）,(3)m和M共同向下运动，,运动过程机械能守恒(为什么？),25,一、功 功率,2-3 功、机械能和机械能守恒定律,从ab过程中，力F所做的功：,1、功,在直角坐标系中：,26,(4)合力的功=分力的功的代数和,关于功的几点说明,(1)功是标量，但有正负,(2)功是描述力对空间累积
9、效应的物理量。,(3)单位：J,1J=1Nm,27,功随时间的变化率,平均功率,瞬时功率：,即力对质点的瞬时功率等于作用力与质点在该时刻速度的标积。,单位：瓦特，用W表示,功率,28,例1 质量为 2kg 的物体由静止出发沿直线运动，作用在物体上的力为 F=6 t(N)。试求在头 2 秒内,此力对物体做的功。,解:,29,例2 一质量为 m 的小球竖直落入水中，刚接触水面时其速率为 v0。设此球在水中所受的浮力与重力相等,水的阻力为 F=bv,b 为一常量。求阻力对球作的功与时间的函数关系。,解：如图建立坐标轴,30,2、几种常见力的功,1)重力的功,设质量为m的质点在重力作用下从a点沿acb
10、路径运动到b点，重力所作的功为：,重力所作的功等于重力的大小乘以质点位置高度的变化。,结论,重力作的功只取决于质点m的起始和终了的位置，而与所经过的路径无关。,31,2)弹性力的功,质点由x1运动到x2过程中弹力的功为：,这里ox轴的坐标原点必须选在弹簧原长处!,注意,弹性力的功等于弹簧劲度系数乘以质点始末位置弹簧形变量平方之差的一半。,结论,弹性力所作的功只由弹簧起始和终了的位置决定，而与弹性形变的过程无关。,32,重力、弹性力、万有引力作功有共同的特点：只与物体始末位置有关，与所经过的路径无关。,3)万有引力的功,万有引力作的功只取决于质点m的起始和终了的位置，而与所经过的路径无关。,在静
11、止质点M 的引力场中，质点m沿任一路径从a点移至b点，万有引力的功为：,结论,33,4)摩擦力的功,摩擦力的功，不仅与始、末位置有关，而且与质点所经过的路径有关。,结论,固定的水平面,方向如图,34,二、动能和质点的动能定理,设质点在外力作用下，由A运动到B,在此过程中外力作的功为,质点的动能定理：在一个过程中，作用在质点上合外力的功，等于质点动能的增量。,动能 kinetic energy,35,关于质点动能定理的说明,1、动能定理中的增量为末状态的动能减初状态的动能，可正可负。,合力做正功质点动能增加,合力做负功质点动能减少,2、动能与功量纲相同，但却是两个不同的概念。动能是状态量而功是过
12、程量，由状态量的变化求过程量可以简化计算。,3、只适用于惯性系，并且功和动能的计算必须统一到同一惯性系。,36,例1 一质量为m的小球系在轻绳的一端，绳的另一端固定在O点，绳长为l。若先拉动小球使绳保持水平静止，然后松手使小球下落。求当绳与水平夹角为 时小球的速率。,解：小球受力如图所示,T 不作功,重力作功：,根据动能定理：,37,例2 在光滑的水平桌面上固定有如图所示的半圆形屏障，质量为m的滑块以初速 v0沿屏障一端的切线方向进入屏障内，滑块与屏障间的摩擦系数为，求当滑块从屏障另一端滑出时摩擦力的功。,解：重力和桌面支撑力及屏的正压力不做功，摩擦力的功等于质点动能的增量,38,三、质点系的
13、动能定理,对N个质点求和：,对其中某个质点应用动能定理：,设质点系由N个质点组成，质点系内所有质点动能之和，称为质点系的动能。,外力功,内力功,质点系的动能的增量等于作用于质点系的一切外力与内力作功之和。,39,1)保守力与保守力场,作功只与始末位置有关，而与路径无关的力称为保守力。,物体沿闭合路径运动一周保守力所作的功为零。,作功与路径有关的力称为非保守力。,如：万有引力、重力、弹性力、静电场中的库仑力等,如：摩擦力、磁场中的安培力等,四、势能和势能曲线,若质点在某一部分空间内的任何位置都受到一个大小和方向完全确定的保守力的作用，我们称这部分空间存在着保守力场。,40,2)势能,由物体的相对
14、位置所确定的系统能量称为势能(Ep),保守力做功的特点只与始末位置有关,作功是能量变化的量度,保守力做的功等于势能增量的负值,物体在保守力场中由a点移动到b点过程中保守力所做的功,令 Epb=0,则a点处的势能为：,物体在某点所具有的势能等于将物体从该点移至势能零点保守力所做的功。,41,几种势能,(1)重力势能 gravity potential energy,势能零点在 z=0处。,(2)弹性势能 elastic potential energy,(3)万有引力势能 universal gravitation potential energy,势能零点在弹簧原长处。,势能零点在r 处。,4
15、2,有关势能的几点说明,势能具有相对性，势能大小与势能零点选取有关。,势能是状态的函数,势能属于以保守力相互作用着的系统，不属于某一物体所有。,系统引入势能的条件是只有系统内物体间 存在着保守力。对于系统内的非保守力就不能引入势能。,保守力所做的功等于系统势能的减少。,保守力做正功，系统势能减少；保守力做负功，系统势能增加。系统具有势能，就具有做功的本领。,43,3)势能曲线:,由势能函数确定的势能随坐标变化的曲线,44,五、功能原理 机械能守恒定律,1、质点系的功能原理,由质点系的动能定理,功能原理：外力与非保守内力作功的代数和等于质点系机械能的增量。,45,2、机械能守恒定律,当作用于质点
16、系的外力和非保守内力都不作功时，质点系的总机械能守恒。,守恒定律的意义,不究过程细节而能对系统的状态下结论，这是各个守恒定律的特点和优点。,1、只有保守力作功，系统的动能和势能可以互相转化，但它们的总和始终保持不变。,2、机械能守恒定律只适用于惯性系。,注意,46,例1 如图，一轻绳跨过一定滑轮，两边分别拴有质量为m及M的物体，M离地面的高度为h，若滑轮质量及摩擦力不计，m与桌面的摩擦也不计，开始时两物体均静止，求M落到地面时的速度(m始终在桌面上)。若m与桌面的静摩擦系数和滑动摩擦系数均为，结果如何？,解：不计摩擦，系统的机械能守恒,若m与桌面有摩擦，则机械能不守恒，用功能原理,当Mm时，M
17、将保持静止不会下落。,47,例2 把质量为m的物体，从地球表面发射出去，试求能使物体脱离地球引力场而做宇宙飞行所需的最小初速度第二宇宙速度。,解：设地球的质量为M，半径为R,初：r1=R，速度为v0，末：r2=，v=0,在此过程中只有万有引力作功，机械能守恒,48,解：本题可分为三个运动过程，每一过程运用相应的规律。,泥球，圆盘，弹簧和地球为系统,例题 一劲度系数为k的轻质弹簧下端挂一质量为M的圆盘，一个质量为m的油质球从离盘h高处由静止下落到盘上，然后与盘一起向下运动，求向下运动的最大距离l2。,明确各个过程：,m与M共同向下运动,m自由下落,m与M 碰撞,(1)m自由下落,49,(2)m与
18、M相碰撞，,系统动量守恒（为什么？）,(3)m和M共同向下运动，,运动过程机械能守恒(为什么？),50,例题 如图所示，轻质弹簧劲度系数为k，两端各固定一质量均为M的物块A和B，放在水平光滑桌面上静止。今有一质量为m的子弹沿弹簧的轴线方向以速度v0射入一物块而不复出，求此后弹簧的最大压缩长度。,解：第一阶段：子弹射入到相对静止的物块A中。由于时间极短，可认为物块A还没有移动，应用动量守恒定律，求得物块A的速度vA,第二阶段：物块A移动，直到当物块A和B有相同的速度时，弹簧压缩最大。应用动量守恒定律，求得两物块的共同速度v,51,应用机械能守恒定律，求得弹簧最大压缩长度,52,2-4 质点的角动
19、量和角动量守恒定律,一、力对参考点的力矩,O.,定义：力F 对参考点O 的力矩M 的大小等于此力和力臂(从参考点到力的作用线的垂直距离)的乘积。,力矩是矢量，其方向由右螺旋法则确定,在国际单位制中，力矩的单位是牛米(Nm),合力对参考点的力矩等于各分力对同一参考点力矩的矢量和。,53,二、质点的角动量,（动量矩）,注意,1)必须指明参考点。,4)若质点在半径为r 的圆周上运动，质点对圆心的角动量为：,2)角动量的方向由右螺旋法则确定,54,三、质点的角动量定理,两边对时间 t 求导,质点的角动量定理的微分形式,质点的角动量定理的积分形式,55,四、质点角动量守恒定律,质点角动量守恒。,质点的角
20、动量守恒定律：当质点所受对参考点O的合力矩为零时,质点对该参考点的角动量为一恒矢量,注意,2)质点所受合力不为零，但只要该力对参考点的力矩为零，质点对该参考点的角动量就守恒。,3)有心力相对于力心的力矩恒为零，因此在有心力作用下的质点对力心的角动量都是守恒的。,56,1、质点系的角动量定理,五、质点系的角动量定理和角动量守恒定律,系统内所有质点对同一参考点角动量的矢量和称为质点系的角动量。,积分得：,注意：只有外力矩对质点系的角动量变化有贡献，内力矩对质点系的角动量变化没有贡献。,57,2、质点系的角动量守恒定律,常矢量,即当系统所受合外力矩为零时，系统的总角动量将保持不变。,说明,1）有以下
21、三种情况：,系统不受外力,所有外力都通过参考点,外力矩的矢量和为零,2)质点系的角动量守恒和动量守恒条件不同，所以角动量守恒动量却不一定守恒。,例6 质量同为 m的两个小球系于一轻质弹簧两端，放在光滑水平桌面上，弹簧处于自由伸长状态，长为a其劲度系数为 k，今使两球同时受水平冲量作用，各获得与连线垂直的等值反向初速度，如图所示。若在以后运动过程中弹簧可达的最大长度 b=2a，试求两球初速度大小v0。,解,式中，v为弹簧最大长度 b 时的速度.,两球和弹簧视为系统。系统所受外力冲量矩为零，系统对 弹簧的中点O 点角动量守恒：,由系统机械能守恒：,联立以上两式，并将 代入，可得初速度大小为：,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,
