大学物理第2章 牛顿运动定律.pptVIP

第2章 牛顿运动定律 　牛顿运动定律 2.1 几种常见的力 2.2 2.1 牛顿运动定律 牛顿（见图2-1）运动定律是经典物理大厦的支柱。 研究牛顿定律将有助于我们深刻地理解经典物理的思想，以便更好地解决宏观物体的运动问题。 图2-1 艾萨克·牛顿 2.1.1 牛顿第一定律 牛顿总结了伽利略等人的研究成果，概括出一条重要的物理定律，称作牛顿第一定律：任何物体都要保持其静止或者匀速直线运动状态，直到有外力迫使它改变运动状态为止。 牛顿第一定律表明：一切物体都有保持其运动状态的性质，这种性质叫做惯性。 因此，第一定律也叫惯性定律。 惯性定律是经典物理学的基础之一。 惯性定律可以对质点运动的某一分量成立。 牛顿第一定律还阐明，其他物体的作用才是改变物体运动状态的原因，这种“其他物体的作用”，我们称之为“力”。 不可能有物体完全不受其他物体的力的作用，所以牛顿第一定律是理想化抽象思维的产物，不能简单地用实验加以验证。但是，从定律得出的一切推论，都经受住了实践的检验。 一切物体的运动只有相对于某个参考系才有意义，如果在某个参考系中观察，物体不受其他物体作用力时，能保持匀速直线运动或者静止状态，在此参考系中惯性定律成立，这个参考系就称之为惯性参考系，简称惯性系。 2.1.2 牛顿第二定律 物体的质量m和其运动速度 的乘积称为物体的动量，用符号“ ”表示。 是矢量，其方向与速度的方向一致。 牛顿第二定律的内容是：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。其数学表达式为 在应用牛顿第二定律时需要注意以下问题。 （1）瞬时关系。 （2）矢量性。 （3）叠加性（或力的独立性原理）。 （4）适用范围。 （5）对于质量的理解。 2.1.3 牛顿第三定律 牛顿第三定律又称作用力与反作用力定律。 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，方向相反且分别作用在两个物体上。其数学表述为 图2-2 作用力与反作用力 在运用牛顿第三定律时需要注意的是：这两个力总是成对出现，同时存在，同时消失，没有主次之分。 当一个力为作用力时，另一个力即为反作用力；这两个力一定属于同一性质的力。 例如，图2-2中悬挂木板和重物之间的作用力与反作用力均为拉力，而重物和地球之间的作用力与反作用力均为重力，分别作用在两个物体上，不能相互抵消。 牛顿第三定律反映了力的物质性，力是物体之间的相互作用，作用于物体，必然会同时反作用于物体。离开物体谈力是没有意义的。 2.2 几种常见的力 2.2.1 万有引力 牛顿在总结了前人经验的基础上，1687年在出版的《自然哲学的数学原理》论文中首次提出，任何物体之间都存在一种遵循同一规律的相互吸引力，这种相互吸引的力叫做万有引力。 如果用m1、m2 表示两个物体的质量，它们间的距离为r，则此两个物体间的万有引力，其方向沿着它们之间的连线，其大小与它们质量的乘积成正比，与它们之间距离r的平方成反比。万有引力的数学表述为 牛顿推动了万有引力定律的发展，指出万有引力不仅仅是星体的特征，也是所有物体的特征。 作为最重要的科学定律之一，万有引力定律及其数学公式已成为整个物理学的基石。 万有引力是迄今为止人类认识到的4种基本作用之一，其他3种分别是电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。 表2-1所示为4种相互作用的比较。 种 类 相互作用粒子 力 的 强 度 力程/m 引力作用 所有粒子、质点 ∞ 10-39 电磁作用 带电粒子 ∞ 10-3 弱相互作用 强子等大多数粒子 10-18 10-12 强相互作用 核子、介子等强子 10-15 10-1 表2-1　4种相互作用的力程和强度的比较 2.2.2 重力 地球表面附近的物体都受到地球的吸引力，这种由于地球吸引而使物体受到的力叫做重力。 一般情况下，常把重力近似看作等于地球附近物体受到地球的万有引力。 但实际上，重力是万有引力的一个分力。 在重力G的作用下，物体具有的加速度g叫做重力加速度，大小满足 的关系。 重力是矢量，它的方向总是竖直向下的。 重力的作用点在物体的重心上。 在密度较大的矿石附近地区，物体的重力和周围环境相比会出现异常，因此利用重力的差异可以探矿，这种方法叫重力探矿法。 2.2.3 弹性力 弹性力是由于物体发生形变所产生的。