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1、第一章质点的运动第一章质点的运动问题问题1：质点运动的描述。即质点怎样运动？质点运动的描述。即质点怎样运动？(运动学运动学)(三个概念三个概念;四个物理量四个物理量;三种典型运动形式三种典型运动形式)研究方案研究方案问题问题2：质点运动遵循的规律。即质点为什么作质点运动遵循的规律。即质点为什么作这样的运动？这样的运动？(动力学动力学)(牛顿三大定律及其运用牛顿三大定律及其运用)1第二部分第二部分动力学动力学l l动动动动力力力力学学学学 研研究究物物体体之之间间的的相相互互作作用用，以以及及这这种种相互作用所引起的物体的运动状态发生变化的规律。相互作用所引起的物体的运动状态发生变化的规律。l
2、l牛顿运动定律牛顿运动定律牛顿运动定律牛顿运动定律 质点动力学的基础。质点动力学的基础。第二部分讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动第二部分讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动第二部分讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动第二部分讨论牛顿运动定律的内容及其对质点运动的初步应用。的初步应用。的初步应用。的初步应用。2亚里斯多得曾说亚里斯多得曾说“推一个物体的力不在去推它时，物体推一个物体的力不在去推它时，物体便归于静止便归于静止”在在16世纪以前：世纪以前：2000年以后年以后伽利略（理想斜面实验）：伽利略（理想斜面实验）：力不是维持运动的原因，力不是维持运动的原因，而是改变运动的原因而是改变运动
3、的原因随后随后牛顿牛顿经典力学的基础经典力学的基础牛顿表示牛顿表示“我只不过是站在巨人的肩上，比别人看得远一些我只不过是站在巨人的肩上，比别人看得远一些.”即认为：即认为：力是维持物体运动的原因力是维持物体运动的原因（维持了近（维持了近2000年）年）三条运动定律和万有引力定律三条运动定律和万有引力定律关于力和运动关系的历史回顾关于力和运动关系的历史回顾3牛顿的生平与主要科学活动牛顿的生平与主要科学活动4少年时代的牛顿少年时代的牛顿，天资平常，但很喜欢，天资平常，但很喜欢制作各种机械模型，他有一种把自然现制作各种机械模型，他有一种把自然现象、语言等进行分类、整理、归纳的强象、语言等进行分类、整
4、理、归纳的强烈嗜好，对自然现象极感兴趣烈嗜好，对自然现象极感兴趣。青年牛顿青年牛顿16661666年年6 6月月2222日至日至16671667年年3 3月月2525日，日，两度回到乡间的老家两度回到乡间的老家16651665年获学士学位年获学士学位16611661年考入剑桥大学三一学院年考入剑桥大学三一学院牛顿简介牛顿简介5 16671667年牛顿返回剑桥大学当研究生，年牛顿返回剑桥大学当研究生，次年获得硕士学位次年获得硕士学位 16691669年发明了二项式定理年发明了二项式定理,创立了微积分创立了微积分 16691669年由于巴洛的推荐，接受了年由于巴洛的推荐，接受了“卢卢 卡斯数学讲座
5、卡斯数学讲座”的职务的职务全面丰收的时期全面丰收的时期16721672年进行了光谱色分析试验年进行了光谱色分析试验16721672年，由于制造反射望远镜的成就被接纳为伦年，由于制造反射望远镜的成就被接纳为伦敦皇家学会会员敦皇家学会会员16801680年前后提出万有引力理论年前后提出万有引力理论16871687年出版了年出版了自然哲学的数学原理自然哲学的数学原理,标志着经典力学体系的确立。标志着经典力学体系的确立。牛顿简介牛顿简介67一、牛顿第一定律一、牛顿第一定律 任何物体都要保持任何物体都要保持其其静止静止状态或状态或匀速直线匀速直线运动状态运动状态,直到直到其它物体所作用的力迫使它改变为止
6、。其它物体所作用的力迫使它改变为止。u给出了惯性的概念，确定了力的科学涵义给出了惯性的概念，确定了力的科学涵义力是物体对另一物体的作用力是物体对另一物体的作用,它使受力物体它使受力物体改变运动状态改变运动状态1.1.文字表述文字表述2.2.对牛顿第一定律的理解对牛顿第一定律的理解惯性惯性:物体所固有的，保持原来运动状态不变的特性。物体所固有的，保持原来运动状态不变的特性。牛顿第一定律也称为牛顿第一定律也称为惯性定律惯性定律惯性表现惯性表现:物体不受力时物体不受力时,惯性表现为保持原来的运动状态不变惯性表现为保持原来的运动状态不变物体受力时物体受力时,惯性表现在运动状态改变的难易程度上惯性表现在
7、运动状态改变的难易程度上力的涵义力的涵义:力是速度变化的原因力是速度变化的原因;力是产生加速度的原因力是产生加速度的原因;等效表述等效表述:如果没有力作用在物体上如果没有力作用在物体上,则静止的物体依然静止则静止的物体依然静止,运动的物体继续保持恒定的速度运动。运动的物体继续保持恒定的速度运动。8u牛顿第一定律给出了惯性系和非惯性系的概念牛顿第一定律给出了惯性系和非惯性系的概念 牛顿第一定律并非适用于一切参考系牛顿第一定律并非适用于一切参考系。在以太阳中心为坐标原点、以指向任一恒星的直线为坐在以太阳中心为坐标原点、以指向任一恒星的直线为坐标轴建立的坐标系中，牛顿运动定律精确成立，是一个比标轴建
8、立的坐标系中，牛顿运动定律精确成立，是一个比较精确的惯性系。较精确的惯性系。地球地球,地面可近似作为惯性系直接应用牛顿运动定律。地面可近似作为惯性系直接应用牛顿运动定律。牛顿第一定律可作为判断一个参考系是惯性系还是牛顿第一定律可作为判断一个参考系是惯性系还是非惯性系的理论依据。非惯性系的理论依据。牛顿第一定律能牛顿第一定律能成立成立的参考系称为的参考系称为惯性系惯性系,不能成立不能成立的参考系称为的参考系称为非惯性系非惯性系。相对于惯性参照系作匀速直线运动的参照系相对于惯性参照系作匀速直线运动的参照系也是惯性参照系也是惯性参照系910二、牛顿第二定律二、牛顿第二定律 1.1.质量质量质量是物体
9、平动惯性大小的量度质量是物体平动惯性大小的量度,称为称为惯性质量。惯性质量。物体的质量与在相同外力作用下物体获得物体的质量与在相同外力作用下物体获得的加速度的大小成反比。的加速度的大小成反比。质量是标量质量是标量,单位是单位是kgkg (千克千克)。微微观观物物体体的的质质量量是是用用碳碳的的同同位位素素 原原子子量量的的1/121/12为为单单位来量度位来量度,称为原子质量单位，用称为原子质量单位，用u u表示表示 u质量和加速度的关系质量和加速度的关系结论结论:质量的科学涵义质量的科学涵义112.2.牛顿第二定律牛顿第二定律 质点加速度的大小与所受合力的大小成正比质点加速度的大小与所受合力
10、的大小成正比 ,与质点自身与质点自身的质量成反比的质量成反比;加速度方向与合力方向相同加速度方向与合力方向相同。l牛顿第二定律的数学形式牛顿第二定律的数学形式l文字表述文字表述l对牛顿第二定律的理解对牛顿第二定律的理解概括了两个基本关系概括了两个基本关系:第一第一,对于同一物体合外力的大小对于同一物体合外力的大小与加速度成正比与加速度成正比,方向一致方向一致;第二第二,同一力作用于不同物体同一力作用于不同物体上上,加速度的大小与质量成反比加速度的大小与质量成反比定量描述力的效果定量描述力的效果,确定合力与加速度间的关系确定合力与加速度间的关系(瞬时瞬时性和同向性性和同向性):牛顿第二定律是力的
11、瞬时作用的规律牛顿第二定律是力的瞬时作用的规律牛顿第二定律在运动学和动力学之间架起了一座桥梁牛顿第二定律在运动学和动力学之间架起了一座桥梁12牛顿第二定律在运动学和动力学之间架起了一座桥梁牛顿第二定律在运动学和动力学之间架起了一座桥梁如何理解如何理解?l如果作用力的方向与质点运动方向相同如果作用力的方向与质点运动方向相同,则则 的方向与的方向与质点运动方向相同质点运动方向相同,这时质点作加速直线运动这时质点作加速直线运动l如果作用力的方向与质点运动方向相反如果作用力的方向与质点运动方向相反,则则 的方向与的方向与质点运动方向相反质点运动方向相反,这时质点作减速直线运动这时质点作减速直线运动l如
12、果作用力的方向与质点运动方向成一定角度如果作用力的方向与质点运动方向成一定角度,则则 的方向与的方向与质点运动方向成相同角度质点运动方向成相同角度,这时质点作曲线运动这时质点作曲线运动l如果作用力等于常量如果作用力等于常量,则则,这时质点作匀变速运动这时质点作匀变速运动13牛顿第二定律的适用范围牛顿第二定律的适用范围:惯性参照系惯性参照系宏观低速运动的物体宏观低速运动的物体牛顿第二定律在坐标系中的表示形式牛顿第二定律在坐标系中的表示形式:直角坐标系中直角坐标系中自然坐标系中自然坐标系中牛顿第二定律的普遍形式牛顿第二定律的普遍形式表述为表述为:物体的动量对时间的变化率与所加的合外物体的动量对时间
13、的变化率与所加的合外力成正比力成正比,并且发生在这力所沿直线的方向上并且发生在这力所沿直线的方向上(微分形式微分形式)原述原述:运动的变化与所加的动力成正比运动的变化与所加的动力成正比,并且发生在这力所沿直线的方向上并且发生在这力所沿直线的方向上14u牛顿第二定律的普遍形式牛顿第二定律的普遍形式某时刻质点动量对时间的变化率正比某时刻质点动量对时间的变化率正比与该时刻作用在质点上所有力的合力。与该时刻作用在质点上所有力的合力。取适当的单位，使取适当的单位，使 k=1，则有则有当物体的质量不随时间变化时当物体的质量不随时间变化时当物体质量为恒量时当物体质量为恒量时牛顿第二定律牛顿第二定律的特殊形式
14、的特殊形式以下两种情况下，以下两种情况下，质量不能当常量质量不能当常量物体在运动中质量有所增减物体在运动中质量有所增减,如火箭、雨滴问题如火箭、雨滴问题高高速（速（v 106 m/s)运动中运动中,质量与运动速度相关质量与运动速度相关,15l内容内容l说明说明三三.牛顿第三定律牛顿第三定律物体物体 A 以力以力 作用于物体作用于物体B时时,物体物体 B也必定同时以力也必定同时以力 作作用于物体用于物体 A,与与 大小相等大小相等,方向相反方向相反,并处于同一条直并处于同一条直线上。线上。即即作用力和反作用力是矛盾的两个方面，它们同时作用力和反作用力是矛盾的两个方面，它们同时产生，同时消灭，任何
15、一方都不能孤立地存在。产生，同时消灭，任何一方都不能孤立地存在。是同一种性质的力。是同一种性质的力。分别作用在两个不同的物体上，产生不同的效果分别作用在两个不同的物体上，产生不同的效果,它们它们不能互相抵消不能互相抵消。牛顿第三定律对任何参考系都成立。牛顿第三定律对任何参考系都成立。16四四.牛顿三大定律之间的关系牛顿三大定律之间的关系A.牛顿三定律构成一个完整、有机的整体牛顿三定律构成一个完整、有机的整体第一定律指明影响物体运动状态的内部、外部因素；第二定律第一定律指明影响物体运动状态的内部、外部因素；第二定律定量给出各影响物体运动因素之间的定量关系，且定量给出物定量给出各影响物体运动因素之
16、间的定量关系，且定量给出物体惯性的量度；第三定律则为分析改变物体运动状态外部因素体惯性的量度；第三定律则为分析改变物体运动状态外部因素力提供了理论基础。三个定律结合一起，为寻求物体为什力提供了理论基础。三个定律结合一起，为寻求物体为什么具有某种运动状态的原因提供了完整且相互联系的理论基石么具有某种运动状态的原因提供了完整且相互联系的理论基石第一定律独立指出牛顿力学体系成立的前提以及影响物体第一定律独立指出牛顿力学体系成立的前提以及影响物体运动状态的因素；第二定律给出各影响因素之间的定量关系并运动状态的因素；第二定律给出各影响因素之间的定量关系并指出惯性是由质量量度的；第三定律提供分析影响物体运动状指出惯性是由质量量度的；第三定律提供分析影响物体运动状态外部因素态外部因素力的理论基础。力的理论基础。B.牛顿三定律是互相独立、互不包含的定律牛顿三定律是互相独立、互不包含的定律17