第二章质点运动的基本定律
大学物理课件第二章质点动力学
m0g N
N
a’ B mg
联立解得
(m m0 )sin m cos sin a g, a ' g 2 2 m0 m sin m0 m sin
例题2 质量为m的快艇以速率v0行驶，关闭发动 机后，受到的摩擦阻力的大小与速度的大小成 正比，比例系数为k，求关闭发动机后 （1）快艇速率随时间的变化规律； （2）快艇位置随时间的变化规律
B
A
F
B
m0g
A
解：隔离两物体，分别受力分析， aA-地对楔块A N sin m0a
N
F ( N cos m0 g ) 0
N
对物体B（aB地 aB A aA地 ）
B
a
B-A
a
N sin m(aB A cos a)
A-地
mg
N cos mg m(aB A sin 0)
m0 m sin
(m m0 )sin 联立解得 a m cos sin g , aB A g 2 2 m0 m sin
B
A
F A a
解：隔离两物体，分别受力分析， 对楔块A N sin m0a N cos m0 g F 物体B相对楔块A以a’加速下滑
二、牛顿第二定律 1.动量： p mv
2.力的定义： dp d (mv ) F dt dt --牛顿第二定律(质点运动微分方程）
v c 物体质量为常量时：
dv F m ma dt
惯性演示实验
当锤子敲击在一大铁块上时，铁块下的手 不会感到有强烈的冲击；而当用一块木头取代 铁块时，木块下的手会感到明显的撞击。
第2章 质点组力学
, 可引入外势能
对于第 i 个质点与第 j 个质点间的一对保守内力, 可引入 内势能 。
则质点系总内势能
把第 i 个质点所受非保守外力所做元功记为 把第个 i 质点与第 个 j 质点间的一对非保守内力所做元功 记为 ，则由质点系的动能定理可导出：
上式称为质点系的机械能定理。 定义质点系总势能： 总机械能：
质点间有内力相互作用是构成质点系的条件。
质点系内的质点是在外力与内力的共同作用下运动的； 对质点系内各质点的运动来说, 内力与外力有等同的作用。 质点系内一对对的内力造成了各质点间动量与角动量 的等量转移, 内力对质点系的运动至关重要 质点的动量 和角动量 分别从线运动和角运动的 角度描述质点的运动。质点的动量定理 和角动量 定理 指出, 力是质点动量变化率的度量, 力矩是质 点角动量变化率的度量。
对上式求时间导数可得：
由于 则：
由y 轴方向的动量定理
及y2=常量和
即可求出
用质点系动量定理解决问题可使未知内力不在方程中 出现, 因而使求解得以简化。
§2.3 动量矩定理与动量矩守恒律
一、质点系的角动量 1. 质点系角动量的定义 质点系对O点的总角动量 对O点角动量的矢量和： 定义为质点系内每个质点
式中
为质点系在质心系中对质心的角动量,
为质点系所受外力对质心力矩的矢量和。与惯性系中对固 定点的角动量定理形式相同, 均与内力矩无关。 证明: 由于各质点所受惯性力 量和 对质心力矩的矢 因此惯性力不在
方程中出现, 定理有与惯性系内定理相同的形式。 2. 质点系在质心系中对质心的角动量守恒定律 在某一过程中 则 常矢量 质点系在质心系中对过质心固定方向轴的角动量定理 （略）
证明:
牛顿第二定律与质点运动方程
牛顿第二定律与质点运动方程牛顿第二定律是经典力学的基本定律之一，它描述了质点运动的原理和规律。
根据牛顿第二定律，质点的加速度与施加在质点上的合外力成正比，与质点的质量成反比。
这个定律是力学中非常重要的一个定律，能够帮助我们理解物体的运动和相互作用。
牛顿第二定律可以用一个简洁的数学公式来表示：F = ma其中，F代表合外力的大小和方向，m代表质点的质量，a代表质点的加速度。
这个公式告诉我们，当质量一定时，加速度与施加力成正比；当施加力一定时，加速度与质量成反比。
反过来说，如果我们知道施加在物体上的力和物体的质量，就可以计算出物体的加速度。
在这个公式中，加速度与净外力成正比，净外力是指作用于物体上的所有力的合力。
它可以是由多个力合成的结果，也可以是单个力的作用。
例如，当一个物体在水平表面上受到重力和摩擦力的作用时，净外力就是这两个力的合力。
根据牛顿第二定律，净外力与物体的质量成正比，加速度与净外力成正比。
牛顿第二定律还可以用来解释物体的运动方程。
运动方程是描述物体运动的数学方程。
对于一维运动（即沿着一条直线的运动），物体的运动方程可以写为：x = x0 + v0t + 1/2at^2其中，x代表物体的位移，x0代表物体的初始位移，v0代表物体的初始速度，t代表时间，a代表加速度。
这个方程包含了物体的初始条件（即初始位移和初始速度）以及物体的加速度。
根据牛顿第二定律，加速度与质量成反比，即a = F/m。
将这个表达式代入运动方程中可以得到：x = x0 + v0t + 1/2(F/m)t^2这个方程告诉我们，在给定初始条件和知道外力大小和方向的情况下，我们可以计算出物体的位移随时间的变化。
这是牛顿第二定律的一个重要应用。
牛顿第二定律适用于所有质点运动，并且在经典力学中具有普遍性。
它的简洁公式不仅方便了理论研究，也为我们解决实际问题提供了有力的工具。
例如，在工程中，我们可以利用牛顿第二定律来计算机械结构的受力和变形；在运动学中，我们可以利用牛顿第二定律来分析物体的运动轨迹和速度变化。
质点动力学的三个基本定律
质点动力学的三个基本定律
质点动力学的三个基本定律分别是：牛顿运动定律，动量定理和动量守恒定律，角动量定理和角动量守恒定律。
牛顿运动定律第一定律(惯性定律):任何质点如不受力的作用，则将保持原来静止或匀速直线运动状态。
第二定律:质点的质量与加速度的乘积等于作用于质点的力的大小，加速度的方向与力的方向相同。
第三定律:对应每个作用力必有一个与其大小相等、方向相反且在同一直线上的反作用力。
物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量(用字母I表示)，即力与力作用时间的乘积，数学表达式为：
I=FΔt=Δp=mΔv=mv2-mv1
式中F指物体所受的合外力，mv1与mv2为发生Δt的初末态动量。
该式为矢量式，列式前一定要规定正方向！
动量守恒定律是现代物理学中三大基本守恒定律之一，若一个系统不受外力或所受合外力为零时，该系统的总动量保持不变。
角动量守恒定律是物理学的普遍定律之一，反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律；反映不受外力作用或所受诸外力对某定点（或定轴）的合力矩始终等于零的质
点和质点系围绕该点（或轴）运动的普遍规律。
角动量守恒定律是对于质点，角动量定理可表述为质点对固定点的角动量对时间的微商，等于作用于该质点上的力对该点的力矩。
大学物理第二章习题质点力学的基本规律 守恒定律
基本要求
掌握经典力学的基本原理及会应用其分析和处理质点动力学问题，理 解力学量的单位和量纲。掌握动量、冲量、动量定理，动量守恒定律。并 能分析和计算二维平面简单力学问题。理解惯性系概念及经典力学的基本 原理的适用范围。掌握功与功率、动能、势能（重力势能、弹性势能、引 力势能）概念，动能定理、功能原理、机械能守恒定律。
教学基本内容、基本公式
1.牛顿定律
解牛顿定律的问题可分为两类： 第一类是已知质点的运动，求作用于质点的力； 第二类是已知作用于质点的力，求质点的运动.
2.基本定理 动量定理
动能定理
I
t2 t1
F (t )dt
mv
mv0
A12
2
F
(r)
dr
1
1 2
mv
2 2
1 2
解：根据牛顿第二定律
f
k x2
m dv dt
m dv d x dx dt
mv
dv dx
k x2
mv
dv dx
v
dv
k
dx mx2
v
v
0
dv
A/4
A
k mx2
d
x
1v2 k (4 1) 3 k 2 m A A mA
另解：根据动能定理
v 6k /(mA)
(2)写出初末态系统的动量
t 时刻水平方向动量
dm m
t+dt时刻水平方向动量
O
x
(3)求出系统水平方向动量的增量
大学物理第2章-质点动力学基本定律
势能的绝对值没有意义，只关心势能的相对值。 势能是属于具有保守力相互作用的系统 计算势能时必须规定零势能参考点。但是势能差是一定的，与零点的选择无关。 如果把石头放在楼顶，并摇摇欲坠，你就不会不关心它。 一块石头放在地面你对它并不关心。
重力势能：以地面为势能零点
01
万有引力势能：以无限远处为势能零点
m
o
θ
设：t 时刻质点的位矢
质点的动量
运动质点相对于参考原点O的角动量定义为：
大小：
方向：右手螺旋定则判定
若质点作圆周运动，则对圆心的角动量：
质点对轴的角动量:
质点系的角动量:
设各质点对O点的位矢分别为
动量分别为
二.角动量定理
对质点:
---外力对参考点O 的力矩
力矩的大小：
力矩的方向:由右手螺旋关系确定
为质点系的动能，
令
---质点系的动能定理
讨论
内力和为零,内力功的和是否为零？
不一定为零
A
B
A
B
S
L
例:炸弹爆炸，过程内力和为零，但内力所做的功转化为弹片的动能。
内力做功可以改变系统的总动能
例 用铁锤将一只铁钉击入木板内,设木板对铁钉的阻力与铁钉进入木板之深度成正比,如果在击第一次时,能将钉击入木板内 1 cm, 再击第二次时（锤仍以第一次同样的速度击钉）,能击入多深？ 第一次的功 第二次的功 解：
（1）重力的功
重力做功仅取决于质点的始、末位置za和zb，与质点经过的具体路径无关。
（2） 万有引力的功
*
设质量M的质点固定，另一质量m的质点在M 的引力场中从a运动到b。
M
a
b
质点运动的基本概念与运动学公式
质点运动的基本概念与运动学公式在物理学中，质点是指质量可忽略不计，仅具有位置和速度等运动属性的物体。
质点运动是运动学的一个基本概念，运动学是研究物体运动规律的学科。
本文将探讨质点运动的基本概念以及相关的运动学公式。
1. 位置、位移和路径位置是指物体在空间中的具体位置，通常可以用一个坐标系来表示。
位移是指物体从初位置到末位置的变化量，用Δx表示。
路径是物体在运动过程中所经过的轨迹。
2. 速度和速度公式速度是指物体在单位时间内所经过的位移，用v表示。
速度的大小可以通过位移除以时间来计算，即v=Δx/Δt。
当时间趋近于无穷小的时候，即Δt趋近于0，可以得到瞬时速度的定义：v=dx/dt，其中dx表示无穷小的位移变化，dt表示无穷小的时间变化。
3. 加速度和加速度公式加速度是指物体的速度变化率，用a表示。
加速度的大小可以通过速度除以时间来计算，即a=Δv/Δt。
当时间趋近于无穷小的时候，即Δt 趋近于0，可以得到瞬时加速度的定义：a=dv/dt，其中dv表示无穷小的速度变化，dt表示无穷小的时间变化。
4. 运动学公式根据速度和加速度的定义，我们可以得到一些与质点运动相关的运动学公式。
以下是一些常见的运动学公式：- 位移公式：Δx = v0t + (1/2)at^2- 速度公式：v = v0 + at- 加速度公式：v^2 = v0^2 + 2aΔx这些公式可以通过代入已知的初始条件，如初速度v0、时间t、位移Δx等来求解物体在运动过程中的运动参数。
5. 简谐振动简谐振动是质点运动中的一种特殊形式，它具有以下特点：- 振动的周期是恒定的，表示为T；- 振动的频率是周期的倒数，表示为f=1/T；- 振动的位移随时间的变化呈正弦或余弦函数。
对于简谐振动，还有一些与振动特性相关的公式：- 谐振频率公式：f = (1/2π) √(k/m)，其中k表示弹性系数，m表示质量；- 谐振周期公式：T = 1/f；- 谐振角频率公式：ω = 2πf。
质点动力学知识点总结
质点动力学知识点总结质点动力学是物理学中非常重要的一个分支，它研究的是质点在力的作用下的运动规律。
在质点动力学中，我们通常假设质点的大小可以忽略不计，只考虑它的位置和速度，这样我们就可以用简单的数学模型描述质点的运动。
在本文中，我们将系统地总结质点动力学的一些基本知识点，包括质点的运动方程、牛顿运动定律、动量和能量等。
希望本文可以帮助读者更好地理解质点动力学的基本概念和原理。
一、质点的运动方程质点的运动可以用位置矢量 r(t) 来描述，它随时间 t 的变化可以用速度矢量 v(t) 来表示。
根据牛顿第二定律 F=ma，质点的运动方程可以写成：m*a = F，其中 m 是质点的质量，a 是质点的加速度，F 是作用在质点上的力。
根据牛顿运动定律，我们可以利用力学原理得到质点在外力作用下的运动规律。
二、牛顿运动定律牛顿运动定律是质点动力学的基础，它包括三条定律：1. 第一定律：物体静止或匀速直线运动时，外力平衡。
这是牛顿运动定律中最基本的一条定律，也是质点动力学的基础。
2. 第二定律：力的大小与加速度成正比，方向与加速度的方向相同。
这条定律描述了质点在外力作用下的加速度与力的关系，是质点动力学的重要定律之一。
3. 第三定律：作用力与反作用力大小相等，方向相反，且作用在不同物体上。
这条定律描述了两个物体之间的相互作用，也是质点动力学中不可或缺的定律之一。
三、动量动量是质点运动的另一个重要物理量，它定义为质点的质量 m 乘以它的速度 v，即 p=m*v。
根据牛顿第二定律 F=dp/dt，我们可以推导出动量的变化率与外力的关系，从而得到动量守恒定律。
动量守恒定律是质点动力学中非常重要的一个定律，它描述了在没有外力作用下，质点的动量将保持不变。
根据动量守恒定律，我们可以在实际问题中很方便地利用动量守恒来解决问题。
四、能量能量是质点动力学中另一个重要的物理量，它定义为质点的动能和势能的总和。
动能是质点由于速度而具有的能量，它和质点的质量和速度有关；势能是质点由于位置而具有的能量，它和质点的位置和作用力有关。
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低速：物体速度远低于光速。 宏观：物体尺寸远大于原子的尺度。
狭义相对论 量子力学
2019年9月3日星期二
高速运动问题 微观粒子问题
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三. 利用牛顿定律解题步骤： （1）选惯性系，取隔离体； （2）受力分析； （3）建立坐标，写方程； （4）求解。
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惯性：物体保持静止或匀速直线运动状态的特性称为惯性。
力：力是外界对物体施加的作用,它是物体状态改变（即 产生加速度）的原因。
二、牛顿第二定律
物体受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小 与作用在物体上的合外力的大小成正比，与物体的质量 成反比；加速度的方向与合外力的方向相同。
F ma
（2.1）
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四、弱力（弱相互作用）
主要存在于中子、质子、电子、中微子之间， 力程更短（远小于10－15米），强度很弱（约为强 力的10－15倍）。
强力和弱力都是短程力，只在微观现象中才呈现。 四种基本自然力的特征:
种类
作用对象 媒介粒子 相对强度
强相互作用
夸克
胶子
电磁相互作用 带电粒子
光子
2.1 牛顿运动定律
2.1.1 牛顿运动定律表述
一、牛顿第一定律
任何物体都保持静止或匀速直线运动状态， 直到其他物体的作用迫使它改变这种状态为止。
用数学形式表示为
F 0时, v 恒矢量
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牛顿第一定律给出了两个重要的物理概念： 惯性（inertia） 力（force）
万有引力和电磁力都是长程力（与距离平方成 反比），在宏观现象中起着重要作用。
三、强力（强相互作用）
在原子核内的质子之间存在一种比电磁力更 强的自然力，把原子核内的质子及其中子紧密的 束缚在一起。称作强力（strong force）。
力程短(10－15~10－16米)，强度大(比库仑力大102倍)。
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第二章
质点运动的基本定律
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概述
研究对象：质点、质点系
研究内容：质点间的相互作用对其运动状 态的影响。质点运动状态变化 的原因及运动状态变化所遵循 的规律。
研究基础：以牛顿三定律为基础，从而建 立起整个经典力学的体系。
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惯性质量； 2019年9月3日星期二
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三、牛顿第三定律
物体间的作用力和反作用力在同一直线上，
大小相等而 方向相反。 F12 F21
F21 F12
1
2
（1）二力同时存在、同时消失、相互依存； （2）分别作用在两个物体上，不是平衡力；
（3）作用力和反作用力具有相同性质。
弱相互作用 大多数粒子 中间玻色子
引力相互作用 全部粒子 引力子（?）
1 10－2 10－13 10－38
力程(m) <10－15
<10－17
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2.1.3 牛顿运动定律的适用范围
一、 惯性系与非惯性系
F 0
a 0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ遵守第二定律
a 0
例2.1 一个质量为m的物体，在有粘性的流体中运动，受到的阻
力与速度大小成正比，方向相反，即f =－b，式中b为常数。若
物体只受阻力作用，当t = 0时，物体以初速度0开始在流体中运
动，试求物体的速度方程。
解 以物体为研究对象，其受力f =－b 。根据牛顿第二
当相互接触的物体发生形变时，彼此之间就有力 的作用，这种与物体形变相联系的力成为弹性力。
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几种常见的弹性力：
（1）弹簧中的弹性力
弹性力可由胡克定律（Hooke law）确定。即
F kx
(2.7)
（2）正压力
接触是产生正压力的前提，挤压发生形变是 产生正压力的关键。
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2.1.2 基本的自然力
自然界的各种作用力，就其本质而言，都可以归结
为四种基本的相互作用
一、万有引力（任何物体之间都存在着相互引力）
F
G
m1m2 r2
r0
(2.5)
式中G称为万有引力常量。r0为r 方向的单位矢量。
注意:
(1)只适用于质点，即只有物体的尺寸远远小于它们之间 的距离时，万有引力公式才可直接应用。
（3）绳中的张力
一般说来绳中各处的张力不一定相同，与绳
子各处的形变、绳子的质量分布及运动状态有关。
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（4）摩擦力 是一种接触力，当两相互接触的物体之间有
相对运动（或运动趋势）时，在接触面处产生一 种切向力，其方向总是与相对运动（或运动趋势） 的方向相反。
m dvz dt
d mvz
dt
(2.3)
在自然坐标系中
Ft
mat
m
dv dt
Fn
man
m
v2
(2.4)
（3）瞬时性：F 和 a 是瞬时关系，二者同时出现，
同时消失。
（4）公式中的运动量 p m 称为质点的动量；
（5）公式中的质量m反映了物体惯性的量度，称为
F
0
不遵守第二定律
a 非惯性系
惯性系
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说明
1. 牛顿定律成立的参照系叫惯性系，不成立的参照系叫做非惯性系。
2. 相对于惯性系作匀速直线运动的参照系也是惯性系。
3.
F
ma
中，加速度是相对于惯性系的。
二、 牛顿定律适用范围
牛顿定律适用于低速、宏观物体。
a d
dt
F d(m ) dp
dt dt
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(2.2)
（1）叠加性： F是合外力；
（2）式（2.1）和（2.2）应用时使用分量式
在直角坐标系中
Fx
max
m dvx dt
d mvx
dt
Fy
may
m dvy dt
d
mv y dt
Fz
maz
(2)物体的重力是由地球对物体的引力产生的。
P
G
mm r2
mg
则g
G
m r2
9.8m s-2
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二、电磁力（电磁相互作用） 存在于静止电荷之间的电力和运动电荷之间
的磁力，统称电磁力（electromagnetic force）。
弹性力、张力、压力、摩擦力等都是原子、 分子之间电磁力的宏观表现。