請華大學(xué)物理課件-牛頓力學(xué)

牛頓力學(xué)牛頓力學(xué)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，解釋了物體運動的規(guī)律。本課程將深入探討牛頓三大定律及其應(yīng)用。我們將從基本概念出發(fā)，逐步建立對力學(xué)的全面理解。第一定律：慣性定律靜止?fàn)顟B(tài)物體保持靜止，除非有外力作用。勻速運動物體保持勻速直線運動，除非有外力改變其狀態(tài)。慣性本質(zhì)物體傾向于保持其運動狀態(tài)，這種性質(zhì)稱為慣性。慣性和參考系慣性參考系在其中牛頓第一定律成立的參考系。地球近似為慣性系。非慣性參考系加速運動的參考系，如旋轉(zhuǎn)的地球。需要引入慣性力。第二定律：力的定義力改變物體運動狀態(tài)的原因。加速度物體運動速度變化的快慢。質(zhì)量物體的慣性大小。公式F=ma，力等于質(zhì)量乘以加速度。牛頓第二定律的應(yīng)用自由落體物體在重力作用下的加速運動。斜面運動分析斜面上物體受力情況。彈簧振動彈簧施加的力與位移成正比。圓周運動分析向心力與速度的關(guān)系。質(zhì)量和重量的區(qū)別質(zhì)量物體的固有屬性，不隨位置變化。單位：千克（kg）。重量物體受到的重力。隨位置變化。單位：牛頓（N）。第三定律：作用力和反作用力1作用力物體A對物體B施加的力。2反作用力物體B對物體A施加的力。3特點大小相等，方向相反，作用在不同物體上。作用力與反作用力的特點1同時產(chǎn)生2大小相等3方向相反4作用對象不同5不能相互抵消理解這些特點對正確分析力學(xué)問題至關(guān)重要。慣性力和作用力的區(qū)別慣性力在非慣性系中引入的虛擬力。如離心力。作用力物體間的相互作用。如重力、摩擦力。質(zhì)量和慣性的關(guān)系1質(zhì)量定義物體慣性大小的量度。2慣性表現(xiàn)物體保持運動狀態(tài)的能力。3比例關(guān)系質(zhì)量越大，慣性越大。4實際應(yīng)用如汽車安全設(shè)計考慮質(zhì)量。力的分解與合成力的分解將一個力分解為多個分力。力的合成將多個力合成為一個合力。平行四邊形法則圖解法求合力。三角形法則另一種圖解求合力方法。平衡條件與平衡方程1合力為零所有作用力的矢量和為零。2力矩平衡所有力矩的代數(shù)和為零。3平衡方程建立力和力矩的平衡方程。4應(yīng)用分析橋梁、建筑等靜力學(xué)問題。摩擦力的特點靜摩擦力物體靜止時阻止相對運動的力。動摩擦力物體運動時阻礙運動的力。摩擦系數(shù)與接觸面性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。滾動摩擦和滑動摩擦滾動摩擦物體滾動時產(chǎn)生的摩擦力。如輪子滾動。滑動摩擦物體滑動時產(chǎn)生的摩擦力。如滑雪。滾動摩擦通常小于滑動摩擦，這就是為什么我們使用輪子。重力和彈力的應(yīng)用重力地球?qū)ξ矬w的吸引力。決定物體重量。彈力彈性物體受壓或拉伸時產(chǎn)生的恢復(fù)力。重力應(yīng)用行星運動、潮汐現(xiàn)象。彈力應(yīng)用彈簧秤、減震器、跳繩。重力加速度的概念9.8標(biāo)準(zhǔn)重力加速度（m/s2）地球表面平均重力加速度值。3.7火星重力加速度（m/s2）比地球小，影響宇航員行走。24.8木星重力加速度（m/s2）比地球大，難以直立行走。勻變速直線運動定義加速度恒定的直線運動。特征速度隨時間線性變化。位移公式x=x?+v?t+?at2速度公式v=v?+at位移、速度和加速度的關(guān)系1位移物體位置變化的矢量。單位：米(m)。2速度位移對時間的一階導(dǎo)數(shù)。單位：米/秒(m/s)。3加速度速度對時間的一階導(dǎo)數(shù)。單位：米/秒2(m/s2)。拋體運動的特點組合運動水平方向勻速運動與垂直方向勻變速運動的組合。拋物線軌跡忽略空氣阻力時，運動軌跡為拋物線。獨立性原理水平運動和垂直運動相互獨立。最大高度取決于初速度的垂直分量。圓周運動的特征軌道形狀物體沿圓形軌道運動。向心力指向圓心的力，維持圓周運動。線速度切線方向的速度，大小恒定。離心力的產(chǎn)生及應(yīng)用離心力產(chǎn)生在旋轉(zhuǎn)參考系中觀察到的慣性力。大小等于向心力，方向相反。應(yīng)用實例離心機分離混合物、洗衣機脫水、主題公園旋轉(zhuǎn)rides。角速度和角加速度角速度單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度。單位：弧度/秒(rad/s)。角加速度角速度隨時間的變化率。單位：弧度/秒2(rad/s2)。關(guān)系角加速度是角速度對時間的導(dǎo)數(shù)。應(yīng)用分析齒輪、風(fēng)車、陀螺等旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。角動量守恒定律1定義封閉系統(tǒng)的總角動量保持不變。2公式L=Iω，I為轉(zhuǎn)動慣量，ω為角速度。3應(yīng)用解釋冰舞旋轉(zhuǎn)、雜技演員空中翻轉(zhuǎn)。4意義揭示旋轉(zhuǎn)運動的本質(zhì)規(guī)律。靜力學(xué)平衡條件1合力為零2合力矩為零3平移平衡4旋轉(zhuǎn)平衡5穩(wěn)定平衡這些條件確保物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。力矩和力偶的概念力矩力使物體繞軸轉(zhuǎn)動的趨勢。大小等于力與力臂的乘積。力偶大小相等、方向相反、不共線的兩個平行力。產(chǎn)生純旋轉(zhuǎn)效果。機械功和能量守恒功的定義力沿位移方向做的工作。功能關(guān)系功等于力乘以位移。能量轉(zhuǎn)換功導(dǎo)致系統(tǒng)能量的變化。能量守恒封閉系統(tǒng)總能量保持不變。動能和勢能的轉(zhuǎn)換動能物體運動所具有的能量。與速度平方成正比。勢能物體由于位置或狀態(tài)而具有的能量。能量轉(zhuǎn)換動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)換，總和保持不變。機械能的損失與熱能摩擦熱摩擦力做功轉(zhuǎn)化為熱能。能量耗散機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。不可逆過程熱能難以完全轉(zhuǎn)回機械能。熱機效率熱能轉(zhuǎn)化為機械能的比例有限。功率和效率的計算1W功率單位1瓦特=1焦耳/秒，表示做功的快慢。100%理想效率實際效率總小于100%，因為存在能量損失。