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1、大学物理学电子教案,21 牛顿运动定律22 惯性系与非惯性系 惯性力,a)内容:任何物体都将保持静止或匀速直线运动状态,直到作用在它上面的力迫使它改变这种状态为止.,（1）惯性定律(质量是惯性大小的量度),（2）给出了力的概念,指出力是改变物体运动状态 的原因.,b)说明：,（3）惯性系,牛顿第一定律还定义了惯性系。,在这种参考系中观察，一个不受力或处于受力平衡状态下的物体，将保持其静止或匀速直线运动的状态不变。,1牛顿第一定律,2牛顿第二定律,(1)定量地研究了力的效果,（2）定量地量度了惯性,b)说明：,F一定,(3)瞬时性的理解,m一定,惯性质量,a)内容:,(4)矢量性的理解,a)直角
2、坐标系中,(5)叠加原理,b)自然坐标系中,3牛顿第三定律,（1）作用力和反作用力同时产生，同时消失.,（2）作用力和反作用力是性质相同的力.,b)说明：,（3）作用于不同的物体,不能相互抵消.,a)内容:,5.牛顿定律的适用条件总结如下：,三定律是一个整体；第一定律指出牛顿定律只能在惯性系中应用，适用于 质点模型；第二定律指出力与物体运动变化之间的数学关系式；第三定律指出了力的相互作用关系，为正确分析物体 受力提供了依据。,2.质点,3.低速运动,4.宏观物体,4.牛顿三定律的关系：,1.惯性系,1.万有引力和重力,2.弹力,3.摩擦力,二、几种常见力,1.万有引力和重力,（1）万有引力,（
3、2）重力,忽略地球自转及其它因素,重力不是地球对物体的万有引力，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自转向心力。,2.弹力,（1）正压力；,物体间接触，物体发生形变。始终与使物体发生形变的外力方向相反。,c)三种表现形式,（2）绳的张力.,（3）弹簧的弹力,在弹性限度内有胡克定律,a)条 件：b)方 向:,3.摩擦力,（1）最大静摩擦力,a)条 件：b)方 向:,c)两个计算公式,（2）滑动静摩擦力,表面接触挤压；相对运动或相对运动趋势 与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反,(1)确定研究对象,(2)使用隔离法分析受力情况，作出受力图,(3)分析运动情况，判断加速度,(4)
4、建立坐标系，根据牛顿第二运动定律列方程,(5)求解，进行讨论,解题步骤：,两类力学问题：,已知力求运动,已知运动求力,三、牛顿定律的应用,例1 电梯中的连接体,例2 小车上的摆锤,例3 圆锥摆,常力作用下的连结体问题,解：以地面为参考系，物体A和B为研究对象，分别进行受力分析。,物体在竖直方向运动，建立坐标系oy,例1 设电梯中有一质量可以忽略的滑轮，在滑轮两侧用轻绳悬挂着质量分别为m1和m2的重物A和B，已知m1m2。当电梯(1)匀速上升，(2)匀加速上升时，求绳中的张力和物体A相对于电梯的加速度。,(1)电梯匀速上升，物体对电梯的加速度等于它们对地面的加速度，大小有a1 a2 ar。A的加
5、速度为负，B的加速度为正，根据牛顿第二定律，对A和B分别得到：,上两式消去T，得到：,将ar代入上面任一式，得到：,(2)电梯以加速度a上升时，A对地的加速度a1a-ar，B对地的加速度为a1a+ar，根据牛顿第二定律，对A和B分别得到：,解此方程组得到：,讨论：,(1)由(2)的结果，令a=0，即得到(1)的结果,(2)由(2)的结果，电梯加速下降时，a0，得到,例2 一个质量为m、悬线长度为l的摆锤，挂在架子上，架子固定在小车上，如图所示。求在下列情况下悬线的方向(用摆的悬线与竖直方向所成的角表示)和线中的张力：(1)小车沿水平方向以加速度a1作匀加速直线运动。(2)当小车以加速度a2沿斜
6、面(斜面与水平面成角)向上作匀加速直线运动。,解：(1)以小球为研究对象，当小车沿水平方向作匀加速运动时，分析受力：,在竖直方向小球加速度为零，水平方向的加速度为a。建立图示坐标系：,利用牛顿第二定律，列方程：,x方向：,y方向：,解方程组，得到：,(2)以小球为研究对象，当小车沿斜面作匀加速运动时，分析受力：,小球的加速度沿斜面向上，垂直于斜面处于平衡状态，建立图示坐标系，重力与轴的夹角为。,利用牛顿第二定律，列方程：,x方向：,y方向：,求解上面方程组，得到：,讨论：如果=0，a1=a2，则实际上是小车在水平方向作匀加速直线运动；如果=0，加速度为零，悬线保持在竖直方向。,例3 一重物m用
7、绳悬起，绳的另一端系在天花板上，绳长l=0.5m，重物经推动后，在一水平面内作匀速率圆周运动，转速n=1/s。这种装置叫做圆锥摆。求这时绳和竖直方向所成的角度。,解：以小球为研究对象，对其进行受力分析：,小球竖直方向平衡，水平方向作匀速圆周运动，建立坐标系如图：,拉力沿两轴进行分解，竖直方向的分量与重力平衡，水平方向的分力提供向心力。利用牛顿定律，列方程：,x方向,y方向,由转速可求出角速度：,求出拉力：,可以看出，物体的转速n愈大，也愈大，而与重物的质量m无关。,a)凡相对于惯性系作匀速直线运动的参考系都是惯性系。,a)太阳系可以认为是惯性系；,b)地球参考系可以近似地看成惯性系；,c)在地
8、面上作匀速直线运动的物体也可以近似地看作是惯性系。,b）对于不同惯性系，牛顿力学的规律都具有相同的形式，与惯性系的运动无关.,2.谁是惯性系只能由实验确定,1.惯性系是牛顿定律成立的参考系,2-2 惯性系与非惯性系 惯性力,一、惯性系,凡相对于惯性系作加速运动的参考系都是非惯性系。非惯性系中牛顿定律不再适用.,1)地面参考系：,例：,2)车厢参考系：,1 非惯性系,小球保持匀速运动,牛顿运动定律成立,小球加速度不为零,牛顿定律不成立,二、非惯性系和惯性力,大小,方向与 的方向相反,在非惯性系中引入假想出的力惯性力:,惯性力,则非惯性系中牛顿定律仍然成立,注意：惯性力不是作用力，没有施力物体，它
9、是虚拟力，在非惯性系中来自参考系本身的加速效应。只有非惯性系中才能观察到惯性力。,2 惯性力,平动加速系中,转动加速系中,惯性离心力,惯性力,方向:沿着圆的半径向外,方向:与汽车加速方向相反,例4 一质量为60kg的人，站在电梯中的磅秤上，当电梯以0.5m/s2的加速度匀加速上升时，磅秤上指示的读数是多少？试用惯性力的方法求解。,解 取电梯为参考系。已知这个非惯性系以a=0.5m/s2的加速度对地面参考系运动，与之相应的惯性力,从电梯这个非惯性系来看，人除受重力G（方向向下）和磅秤对它的支持力N(方向向上)之外，还要另加一个 惯性力。此人相对于电梯是静止的，则以上三个力必须恰好平衡.,超重与失重,即,于是,由此可见，磅秤上的读数（根据牛顿第三定律，它读的是人对秤的正压力，而正压力和N是一对大小相等的相互作用）不等于物体所受的重力G。当加速上升时，NG；加速下降时，NG。前一种情况叫做“超重”，后一种情况叫做“失重”。尤其在电梯以重力加速度下降时，失重严重，磅秤上的读数将为0。,宇宙飞船中的失重,小结,重点掌握牛顿定律及应用，会熟练进行受力分析、列方程求解问题。,理解惯性系和非惯性系的物理意义，会用惯性力处理非惯性系中质点动力学问题。,知识扩展：惯性力专题,
