第二次课: 2学时
1 题目: §1.3 加速度
§1.4 简单了解牛顿定律的微分形式
2 目的: 1)掌握运动学描述的主要参量。
2)由牛顿定律求解。
一、引入课题:
质点的动量 质量为m,速度为v的质点,其动量p定义为
P=mv
因v是矢量,动量p是矢量,对质点而言动量的方向与速度的方向相同;因v是相对量,动量p是相对量,在相对论中,m也是相对量。
二、讲授新课:
§1.4 牛顿运动定理
一、力 牛顿第三定律
从现代的观点来看,经典力学中力的概念其实是更为普遍的动量守恒定律的推论。我们用现代的观点重新审视力学中力的概念。
我们考察两个粒子间的相互作用力。
如果两个粒子除了相互作用外,不与其它物体发生相互作用,则由动量守恒定律有
P1+P2=常矢量
上式对时间求导数,得
即
上式表明,对两个粒子组成的孤立系统,总的动量虽然不变,但其中每个粒子的动量却是可以改变的,在任一时间间隔dt中,粒子1的动量增加源于粒子2动量的减少;或说两个粒子动量的瞬时变化率大小相等、方向相反。
1 力
什么是力:
粒子动量的变化率为作用在粒子上的力。
粒子1动量的变化来源于粒子2的作用,故粒子2对粒子1的作用力为
粒子1对粒子2的作用力为
2 牛顿第三定律
由力的定义,可写为
这正是牛顿第三定律,它表明力是成对出现的,两个粒子间的相互作用力总是大小相等、方向相反,且沿同一直线。可见,牛顿第三定律是动量守恒定律的另一种表述。
3 四种基本相互作用
引力相互作用(万有引力的表示式)
引力子是传递引力的媒介
电磁相互作用(带电体间的库仑力表示式)
光子是传递电磁作用的媒介
强相互作用力(核力)
胶子是传递强核力的媒介 目前尚无严格而简单的解析表示式。
弱相互作用力(制约着放射性现象)
中间玻色子传递弱核力
常见的各种力其实都是四种基本相互作用的综合表现,在宏观世界中,常会遇到相互接触物体之间的作用力,即接触力。接触力其实主要是电磁相互作用的综合结果。
弹性力是一类重要的接触力,当两个物体相接触时腰发生形变,而物体因形变将会产生试图恢复其原有形状的力,称为弹性力。如弹簧的弹性力、张力、压力、支持力等。
另一类接触力是摩擦力,摩擦的起因比较复杂,通常用实验得到的摩擦定律来计算。
二、牛顿第一定律
1 惯性
不受其它外力作用的任何物体,都将保持静止或匀速直线运动的状态不变。物体保持自身运动状态不变的属性称为惯性, m正是物体惯性的体现,称为惯性质量。
非惯性系和惯性系
例:在静止车箱中的光滑桌面上置一小球,当车箱以加速度沿直线行使时,地面参考系中的A和车箱参考系中的B观察的结果是不一样的。A观察到小球在水平方向上不受力,所以小球保持静止,与牛顿定律相符,因而地面参考系是一个惯性参考系;B观察到小球在水平方向不受力,但却具有加速度,这显然与牛顿定律不符,因而车箱参考系是一个非惯性系。
牛顿定律成立的参考系称为惯性参考系,牛顿定律不成立的参考系为非惯性参考系。
2 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。
当 时, 恒矢量。
三、牛顿第二定律
1 牛顿第二定律
在牛顿力学中,质量m不随运动状态变化,质点的动量定理可写成
物体(质点)受到外力作用时,将获得与外力同方向的加速度,而且物体一旦受到外力作用,也就同时有了加速度,加速度与外力成正比,与物体质量成反比。
注意:牛顿定律在高速运动情形下不成立,但牛顿最初写出的力学定律的形式即动量定理在相对论情形下也成立。
若质量m随运动状态变化,
式中:
动量为 P的物体,在合外力 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。
2 牛顿定律的物理意义:
四、量纲
2 导出量:
由基本量导出的物理量。
3.量纲:
导出量的单位对基本单位的依赖关系式称为该导出量的量纲式。
某一物理量 的量纲