质点动力学30383784

第二章质点动力学牛顿运动定律牛顿运动定律应用举例动能定理势能机械能守恒定律动量定理动量守恒定律§2-1牛顿运动定律1牛顿运动三定律2惯性质量3力4惯性参考系5万有引力2–1牛顿运动定律第二章质点动力学英国物理学家,经典物理学的奠基人.他对力学、光学、热学、天文学和数学等学科都有重大发现,其代表作《自然哲学的数学原理》是力学的经典著作.牛顿是近代自然科学牛顿IssacNewton奠基时期具有集前人之大成的（1643－1727）贡献的伟大科学家.2–1牛顿运动定律第二章质点动力学1643年1月4日，在英格兰林肯郡小镇沃尔索浦的一个自耕农家庭里，牛顿诞生了。牛顿是一个早产儿，出生时只有三磅重，接生婆和他的亲人都担心他能否活下来。谁也没有料到这个看起来微不足道的小东西会成为了一位震古烁今的科学巨人，并且竟活到了85岁的高龄。牛顿出生前三个月父亲便去世了。在他两岁时，母亲改嫁给一个牧师，把牛顿留在外祖母身边抚养。11岁时，母亲的后夫去世，母亲带着和后夫所生的一子二女回到牛顿身边。牛顿自幼沉默寡言，性格倔强，这种习性可能来自它的家庭处境。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学大约从五岁开始，牛顿被送到公立学校读 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 。少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但他喜欢读书，喜欢看一些介绍各种简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等等。传说小牛顿把风车的机械原理摸透后，自己制造了一架磨坊的模型，他将老鼠绑在一架有轮子的踏车上，然后在轮子的前面放上一粒玉米，刚好那地方是老鼠可望不可及的位置。老鼠想吃玉米，就不断的跑动，于是轮子不停的转动；又一次他放风筝时，在绳子上悬挂着小灯，夜间村人看去惊疑是彗星出现。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学他还制造了一个小水钟。每天早晨，小水钟会自动滴水到他的脸上，催他起床。他还喜欢绘画、雕刻，尤其喜欢刻日晷，家里墙角、窗台上到处安放着他刻画的日晷，用以验看日影的移动。牛顿12岁时进了离家不远的格兰瑟姆中学。牛顿的母亲原希望他成为一个农民，但牛顿本人却无意于此，而酷爱读书。随着年岁的增大，牛顿越发爱好读书，喜欢沉思，做科学小实验。他在格兰瑟姆中学读书时，曾经寄宿在一位药剂师家里，使他受到了化学试验的熏陶。牛顿在中学时代学习成绩并不出众，只是爱好读书，对自然现象由好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类的记读书笔记，又喜欢别出心裁的作些小工具、小技巧、小发明、小试验。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学后来迫于生活，母亲让牛顿停学在家务农，赡养家庭。但牛顿一有机会便埋首书卷，以至经常忘了干活。每次，母亲叫他同佣人一道上市场，熟悉做交易的生意经时，他便恳求佣人一个人上街，自己则躲在树丛后看书。有一次，牛顿的舅父起了疑心，就跟踪牛顿上市镇去，发现他的外甥伸着腿，躺在草地上，正在聚精会神地钻研一个数学问题。牛顿的好学精神感动了舅父，于牛顿又重新回到了学校，如饥似渴地汲取着书本上的营是舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励牛顿上大学读书。养。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费，1664年成为奖学金获得者，1665年获学士学位。三一学院的巴罗教授是当时改革教育方式主持自然科学新讲座的第一任教授，被称为“欧洲最优秀的学者”，对牛顿特别垂青，将自己的数学知识，包括计算曲线图形面积的方法，全部传授给牛顿，并把牛顿引向了近代自然科学的研究领域。1664年牛顿经考试被选为巴罗的助手，1665年大学毕业。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学牛顿在巴罗门下的这段时间，是他学习的关键时期。巴罗比牛顿大12岁，精于数学和光学，他对牛顿的才华极为赞赏，认为牛顿的数学才超过自己。后来，牛顿在回忆时说道：“巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。”当时，牛顿在数学上很大程度是依靠自学。他学习了欧几里得的《几何原本》、笛卡儿的《几何学》、沃利斯的《无穷算术》、巴罗的《数学讲义》及韦达等许多数学家的著作。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学在1665～1666年，伦敦流行鼠疫的两年间，牛顿回到家乡。这两年牛顿才华横溢，作出了多项发明。1667年重返剑桥大学，1668年7月获硕士学位。1669年巴罗推荐26岁的牛顿继任卢卡斯讲座教授，1672年成为皇家学会会员，1703年成为皇家学会终身会长。1699年就任造币局局长，1701年他辞去剑桥大学工作，因改革币制有功，1705年被封为爵士。1727年牛顿逝世于肯辛顿，遗体葬于威斯敏斯特教堂。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学牛顿的伟大成就与他的刻苦和勤奋是分不开的。他的助手H.牛顿说过，“他很少在两、三点前睡觉，有时一直工作到五、六点。春天和秋天经常五、六个星期住在实验室，直到完成实验。”他有一种长期坚持不懈集中精力透彻解决某一问题的习惯。他回答人们关于他洞察事物有何诀窍时说：“不断地沉思”。这正是他的主要特点。对此有许多故事流传：他年幼时，曾一面牵牛上山，一面看书，到家后才发觉手里只有一根绳；看书时定时煮鸡蛋结果将表和鸡蛋一齐煮在锅里；有一次，他请朋友到家中吃饭，自己却在实验室废寝忘食地工作，再三催促仍不出来，当朋友把一只鸡吃完，留下一堆骨头在盘中走了以后，牛顿才想起这事，可他看到盘中的骨头后又恍然大悟地说：“我还以为没有吃饭，原来我早已吃过了”。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学牛顿的成就，恩格斯在《英国状况十八世纪》中概括得最为完整：“牛顿由于发明了万有引力定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学”。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学一牛顿第一定律任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止.??p的物体，在合外力动量为F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.二牛顿第二定律??dp(t)??F(t)?,p(t)?mv(t)dt??当为常量F(t)?ma(t)mv??c时，????????F?F1?F2?F3??a?a1?a2?a3??力的叠加原理2–1牛顿运动定律第二章质点动力学?两个物体之间作用力和反作F?用力,F＇沿同一直线,大小相等,??F12??F21三牛顿第三定律方向相反,分别作用在两个物体上.?（物体间相互作用规律）T＇?Tm?P?P＇m地球2–1牛顿运动定律四质量惯性惯性：质量：第二章质点动力学五惯性参考系2–1牛顿运动定律六力力是物体间的相互作用。第二章质点动力学四种基本相互作用力的种类相互作用的物体力的强度万有引力弱力一切质点大多数粒子电荷力程无限远小于10?171010?38?13m电磁力强力10?2无限远＊核子、介子等1?1510m?1510m处强相互作用的力强度为1＊以距源2–1牛顿运动定律温伯格萨拉姆弱相互作用电磁相互作用第二章质点动力学格拉肖电弱相互作用理论三人于1979年荣获诺贝尔物理学奖.鲁比亚,范德米尔实验证明电弱相互作用，1984年获诺贝尔奖.电弱相互作用强相互作用万有引力作用“大统一”（尚待实现）2–1牛顿运动定律1万有引力第二章质点动力学引力常量m1m2F?G2r2重力G?6.67?10?11N?m?kg2?2P?mg?oG注意，由于地球自转，重力并不是地球的引力，而是引力沿竖直方向的一个分力，地球引力的另一个分力提供向心力。忽略地球自转：?mgPGmEg?2R?9.80m?s-2?2–1牛顿运动定律第二章质点动力学3弹性力弹性力：两个相互接触并产生形变的物体企图恢复原状而彼此互施作用力。条件：物体间接触，物体的形变。方向:始终与使物体发生形变的外力方向相反。三种表现形式：(1)两个物体通过一定面积相互挤压；大小:取决于挤压程度。方向:垂直于接触面指向对方。?N?N2–1牛顿运动定律(2)绳对物体的拉力；大小：取决于绳的收紧程度。方向：沿着绳指向绳收紧的方向。第二章质点动力学?T(3)弹簧的弹力；弹性限度内，弹性力满足胡克定律：OxFFF??kx方向：指向要恢复弹簧原长的方向。2–1牛顿运动定律第二章质点动力学4摩擦力摩擦力：两个相互接触的物体在沿接触面相对运动时，或者有相对运动趋势时，在它们的接触面间所产生的一对阻碍相对运动或相对运动趋势的力。条件：表面接触挤压；相对运动或相对运动趋势。方向：与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。滑动摩擦力Ff??FNFf0静摩擦力?Ff0mFf0m??0FN?一般情况??0