1、第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件第三節第三節 動能定理及能量守恒定律動能定理及能量守恒定律大學物理學電子教案大學物理學電子教案第二章第二章 質點動力學質點動力學第一節第一節 牛頓運動定律及其應用牛頓運動定律及其應用1 牛頓運動定律牛頓運動定律2 幾種常見的力幾種常見的力3 牛頓運動定律應用牛頓運動定律應用第二節第二節 動量定理及動量守恒定律動量定理及動量守恒定律1 沖量與動量定理沖量與動量定理2 質點系的動量守恒定律質點系的動量守恒定律1能量守恒定律能量守恒定律2功與動能定理功與動能定理3勢能與機械能守恒

2、定律勢能與機械能守恒定律第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件動力學動力學研究物體之間的相互作用，以及這種相研究物體之間的相互作用，以及這種相互作用所引起的物體的運動狀態發生變化的規律。互作用所引起的物體的運動狀態發生變化的規律。牛頓運動定律牛頓運動定律質點動力學的基礎。質點動力學的基礎。本章討論牛頓運動定律的內容及其對質點運動的初本章討論牛頓運動定律的內容及其對質點運動的初步應用。步應用。 第一節第一節 牛頓運動定律及其應用牛頓運動定律及其應用第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二

3、版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件牛頓牛頓(Isaac Newton, 1642(Isaac Newton, 16421727)1727)重要貢獻有重要貢獻有萬有引力定律萬有引力定律、經典力學經典力學、微積分微積分和和光學光學。萬有引力定律：總結了伽利略和開普勒的理論和萬有引力定律：總結了伽利略和開普勒的理論和經驗，用數學方法完美地描述了天體運動的規律。經驗，用數學方法完美地描述了天體運動的規律。牛頓運動三大定律：牛頓運動三大定律：自然科學的數學原理自然科學的數學原理中中含有牛頓運動三條定律和萬有引力定律，以及質含有牛頓運動三條定律和萬有引力定律，以及質量、動量、力和加速

4、度等概念。量、動量、力和加速度等概念。光學貢獻：牛頓發現色散、色差及牛頓環，他還光學貢獻：牛頓發現色散、色差及牛頓環，他還提出了光的微粒說。提出了光的微粒說。反射式望遠鏡的發明反射式望遠鏡的發明英國物理學家、數英國物理學家、數學家、天文學家，學家、天文學家，經典物理學的奠基經典物理學的奠基人。人。我不知道世人將如何看我，但是，就我自己看來，我好象不過是我不知道世人將如何看我，但是，就我自己看來，我好象不過是一個在海濱玩耍的小孩，不時地為找到一個比通常更光滑的貝殼一個在海濱玩耍的小孩，不時地為找到一個比通常更光滑的貝殼而感到高興，但是，有待探索的真理的海洋正展現在我的面前。而感到高興，但是，有待

5、探索的真理的海洋正展現在我的面前。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 數學形式：數學形式： 時，時， 恒矢量恒矢量v0F慣性慣性 任何物體都有保持其運動狀態不變的性質任何物體都有保持其運動狀態不變的性質, 這一性質叫慣性這一性質叫慣性. 任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態，任何物體都要保持其靜止或勻速直線運動狀態，直到外力迫使它改變運動狀態為止直到外力迫使它改變運動狀態為止. .力力 力是物體運動狀態發生變化的原因力是物體運動狀態發生變化的原因. 慣性參照系慣性參照系 物體在某參考系中物體在某參考系中

6、, 不受其他物體作用不受其他物體作用而保持靜止或勻速直線運動狀態而保持靜止或勻速直線運動狀態 , 這個參考系稱為慣這個參考系稱為慣性系性系 . 相對慣性系靜止或勻速直線運動的參照系也是相對慣性系靜止或勻速直線運動的參照系也是慣性系慣性系 . 一一 牛頓第一定律牛頓第一定律第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件dtdmamF二二 牛頓第二定律牛頓第二定律 物體受到外力作用時，物體所獲得的加速度的大小與合外物體受到外力作用時，物體所獲得的加速度的大小與合外力的大小成正比，與物體質量成反比，加速度的方向與合外力力的大

7、小成正比，與物體質量成反比，加速度的方向與合外力方向同向方向同向,這就是這就是牛頓第二定律牛頓第二定律。上式中上式中F是合外力，力的單位是牛頓，是合外力，力的單位是牛頓，m是物體的質量（物體應是物體的質量（物體應可看成質點）。可見，可看成質點）。可見，力是物體產生加速度的原因力是物體產生加速度的原因。 物體的受力情況復雜，物體所受合力為每一個作用力的矢物體的受力情況復雜，物體所受合力為每一個作用力的矢量和，每一個作用力都對物體產生加速度，合力的加速度就是量和，每一個作用力都對物體產生加速度，合力的加速度就是各個分力形成的加速度矢量和，這一結論稱為各個分力形成的加速度矢量和，這一結論稱為力的疊加

8、原理力的疊加原理,數數學公式為學公式為：amamFFFFFniiniin1121.第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件tmamFzzzddv 力是矢量，可以分解到坐標軸上，在直角坐標系中，三力是矢量，可以分解到坐標軸上，在直角坐標系中，三個軸的分力可表示為：個軸的分力可表示為：tmamFxxxddvtmamFyyyddv牛頓第二定律具有牛頓第二定律具有三個主要性質三個主要性質：(1) 因果性因果性 力是產生加速度的原因，而不是維持物體運力是產生加速度的原因，而不是維持物體運動的原因。若不存在力，則沒有加速度。

9、動的原因。若不存在力，則沒有加速度。(2) 瞬時性瞬時性 當質量一定物體所受外力發生瞬變時，加速當質量一定物體所受外力發生瞬變時，加速度的大小或方向也隨之發生突變，加速度與合外力保持度的大小或方向也隨之發生突變，加速度與合外力保持一一對應關系。一一對應關系。(3) 相對性相對性 牛頓定律只在慣性參照系中才成立。牛頓定律只在慣性參照系中才成立。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件 兩個物體之間作用力兩個物體之間作用力 和反作和反作用力用力 , 沿同一直線沿同一直線, 大小相等大小相等, 方向相反方向相反, 分別

10、作用分別作用 在兩個物體上在兩個物體上 .FF/FF（物體間相互作用規律）（物體間相互作用規律）三三 牛頓第三定律牛頓第三定律mmTTPP地球地球第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件牛頓第三定律具有以下三個特定：牛頓第三定律具有以下三個特定： (1) 非平衡性非平衡性 由于作用力與反作用力分別作用在不同的兩由于作用力與反作用力分別作用在不同的兩個物體上，因此，在沒有其它外力作用下，兩個物體不能達個物體上，因此，在沒有其它外力作用下，兩個物體不能達到平衡效果。到平衡效果。(2) 同時性同時性 作用力與反作用力同

11、時出現，同時消失。作用力與反作用力同時出現，同時消失。(3) 同性力同性力 作用力與反作用力是同一種性質的力。例如，作用力與反作用力是同一種性質的力。例如，若其中一個作用力是彈性力，則反作用力一定是彈性力。若其中一個作用力是彈性力，則反作用力一定是彈性力。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件1、萬有引力萬有引力：-2211kgmN1067. 6G萬有引力常數萬有引力常數： 萬有引力定律適用于兩個質點萬有引力定律適用于兩個質點. 1m2mrer2、重力重力: 地球對地面附近物體的萬有引力地球對地面附近物體的萬有

12、引力.gmG22E2Esm82. 9RGmrGmg二、幾種常見的力二、幾種常見的力 各種物體之間存在著許許多多相互作用，常見的相互各種物體之間存在著許許多多相互作用，常見的相互作用有作用有萬有引力萬有引力、重力重力、彈性力彈性力以及以及摩擦力摩擦力。Fr221ermmGF第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件3 3、彈性力、彈性力: :（壓力、支持力、張力、彈簧彈性力等）（壓力、支持力、張力、彈簧彈性力等）kxF 在在彈性限度內彈性限度內彈性力遵從彈性力遵從胡克定律胡克定律 物體在受力物體在受力形變時形變時,有

13、恢復原狀的趨勢有恢復原狀的趨勢, 這種抵抗外這種抵抗外力力, 力圖恢復原狀的的力就是力圖恢復原狀的的力就是彈性力彈性力. .上式中的上式中的k k是是勁度系數勁度系數，負號表明彈性力與位移反方向。，負號表明彈性力與位移反方向。4 4、摩擦力：、摩擦力： 當相互接觸的物體作相對運動或有相對運動的趨勢當相互接觸的物體作相對運動或有相對運動的趨勢時時, 它們中間所產生的阻礙相對運動的力稱為摩擦力它們中間所產生的阻礙相對運動的力稱為摩擦力.摩摩擦力分為擦力分為靜摩擦力靜摩擦力和和滑動摩擦力滑動摩擦力。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理

14、學院教學課件教學課件NFkk 滑動滑動摩擦力摩擦力NFsmax最大最大靜摩擦靜摩擦接觸面間正壓力接觸面間正壓力上式中上式中 是最大靜摩擦系數，是最大靜摩擦系數， 是最大靜摩擦力。是最大靜摩擦力。smaxF 靜摩擦系數和滑動摩擦系數是靜摩擦系數和滑動摩擦系數是無量綱無量綱的常數，必須由的常數，必須由實驗確定，在說摩擦系數時，必須明確是哪兩個之間的摩實驗確定，在說摩擦系數時，必須明確是哪兩個之間的摩擦系數，并且要考慮兩種物體接觸的一些性質。擦系數，并且要考慮兩種物體接觸的一些性質。接觸面間正壓力接觸面間正壓力第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣

15、東海洋大學理學院教學課件教學課件摩擦在摩擦在實際實際中的意義中的意義 害處害處: 消耗大量有用的能量消耗大量有用的能量, 使機器運轉部分發熱等使機器運轉部分發熱等. 減少摩擦的主要方法減少摩擦的主要方法: 化滑動摩擦為滾動摩擦化滑動摩擦為滾動摩擦, 化干摩擦為濕摩擦化干摩擦為濕摩擦. 摩擦的摩擦的必要性必要性: 人行走人行走, 車輛啟動與制動車輛啟動與制動, 機器轉動（皮帶輪）機器轉動（皮帶輪）, 弦樂器演奏等弦樂器演奏等. 失重狀態下懸浮在飛船艙內的宇航員失重狀態下懸浮在飛船艙內的宇航員, 因幾乎受因幾乎受不到摩擦力將遇到許多問題不到摩擦力將遇到許多問題. 若他去擰緊螺絲釘若他去擰緊螺絲釘,

16、 自自己會向相反的方向旋轉己會向相反的方向旋轉, 所以必須先將自己固定才行所以必須先將自己固定才行.第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件1 1）確定研究對象進行受力分析；確定研究對象進行受力分析； （隔離物體，畫受力圖，（隔離物體，畫受力圖，不要畫力的分解圖不要畫力的分解圖. .）2 2）取坐標系；取坐標系；3 3）列方程（一般用分量式列方程（一般用分量式, , 用用文字符號文字符號列方程式）；列方程式）；4 4）利用其它的約束條件列補充方程；利用其它的約束條件列補充方程；5 5）先）先用文字符號求解，用文字

17、符號求解，后后代入數據計算結果代入數據計算結果. . 解題的基本思路解題的基本思路2 4 牛頓定律應用舉例牛頓定律應用舉例三、牛頓定律應用舉例三、牛頓定律應用舉例第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件例例2-12-1 如圖如圖2-1，水平地面上有一質量為，水平地面上有一質量為M的物體，靜的物體，靜止于地面上。物體與地面間的靜摩擦系數為止于地面上。物體與地面間的靜摩擦系數為 ，若，若要拉動物體，問最小的拉力是多少？沿何方向？要拉動物體，問最小的拉力是多少？沿何方向？s對物體對物體M做受力分析：做受力分析：解解：M

18、Ff例題圖 2-1xNGFfyFxFyo受力情況分析第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件例題例題2-12-1續續1:1:列出動力學方程列出動力學方程:在直角坐標系中在直角坐標系中:xNGFfyFxFyo受力情況分析aMGNfFF0cos fFxxMafFfFcosx軸軸:0sinGNFGNFyy軸軸:物體啟動時，由物體啟動時，由x軸方程可得軸方程可得:物體剛啟動時，摩擦力為最大靜摩擦力，即物體剛啟動時，摩擦力為最大靜摩擦力，即：NfssfN把把N的表達式帶入公式的表達式帶入公式第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物

19、理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件例題例題2-12-1續續2:2:可求得摩擦力可求得摩擦力f :把把 帶入到啟動時的條件式帶入到啟動時的條件式 ：xNGFfyFxFyo受力情況分析sinFGfssincosssMgF0sincosFGFs 當要求最小拉力時，需要上式中的分母最大當要求最小拉力時，需要上式中的分母最大，因此需要對分母求因此需要對分母求最大值最大值。第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院教學課件教學課件例題例題2-12-1續續3:3:構建一個新的函數并求極值構建一個新的函數并求極值:xNGFfyFxFyo受力情況分析21sincosssssMgMgF sincossA 0sincossddAF最小時，需要角度滿足最小時，需要角度滿足stan cossin22sdAd由于由于0，因此因此F有最小值。有最小值。帶入，最終得到帶入，最終得到第二章第二章 牛頓定律牛頓定律物理學教程物理學教程（第二版）（第二版）廣東海洋大學理學院廣東海洋大學理學院