文档介绍：课题
第02章牛顿定律
课时安排
4课时
教学目的要求
1、理解力、质量、惯性参考系等概念；
2、掌握牛顿三定律及其适用条件；
3、了解自然力与常见力；了解物理量学的量纲；
4、熟练应用牛顿第二定律求解力学中的两大类问题。
主要内容与时间分配
第一节牛顿定律
*第二节物理量的单位和量纲
第三节几种常见的力
第四节牛顿定律的应用举例
*第五节力学相对性原理惯性系和非惯性系
重点难点
牛顿三定律及其适用条件及解题
教学方法和手段
以讲授为主，使用多媒体课件
课后作业练****br/>总结和改进意见
第二章牛顿定律
§2-1 牛顿定律
一、牛顿第一定律
按照古希腊哲学家亚里士多德（Aristotle，公元前384-322）的说法，静止是物体的自然状态，要使物体以某一速度作匀速运动，必须有力对它作用才行。意大利物理学家和天文学家伽利略指出，如果没有外力作用，物体将以恒定的速度运动下去。力不是维持物体运动的原因，而是使物体运动状态改变的原因。
1686年，牛顿在他的名著《自然哲学的数学原理》一书中写道：任何物体都要保持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，这就是牛顿第一定律，牛顿第一定律的数学形式表示为：
(2-1)
第一定律表明，任何物体都具有保持其运动状态不变的性质，这个性质叫做惯性，一定要有其它物体对它作用，这种作用被称之为力。
二、牛顿第二定律
1. 动量
物体运动时总具有速度，我们把物体的质量与其运动速度的乘积叫做物体的动量，用表示，即
(2-2)
动量显然也是一个矢量，其方向与速度的方向相同。与速度可表示物体运动状态一样，动量也是表述物体运动状态的量，但动量较之速度其涵义更为广泛，意义更为重要，当外力作用于物体时，其动量发生改变，牛顿第二定律阐明了作用物体的外力与物体动量变化的关系。
2. 牛顿第二定律
牛顿第二定律表明，动量为的物体，在合外力的作用下，其动量随时间的变化率应当等于作用物体的合外力，即
(2-3a)
当物体在低速情况下运动时，即物体的运动速度v远小于光速c(v<<c)时，物体的质量可以视为是不依赖于速度的常量，于是上式可写成
(2-3b)
或
3. 直角坐标系中分量形式
在直角坐标系中也可写成
即 (2-3c)
式(2-3)是牛顿第二定律的数学表达式，又称牛顿力学的质点动力学方程。
牛顿第二定律是牛顿力学的核心，应用它解决问题时必须注意以下几点。
(1)牛顿第二定律只适用于质点的运动，物体作平动时，物体上各质点的运动情况完全相同，所以物体的运动可看作是质点的运动，此时这个质点的质量就是整个物体的质量，以后如不特别指明，在论及物体的平动时，都是把物体当作质点来处理的。
(2)牛顿第二定律所表示的合外力与加速度之间的关系是瞬时关系，也就是说，加速度只在外力有作用时才产生，外力改变了，加速度也随之改变。
(3)力的叠加原理。当几个外力同时作用于物体时，其合外力所产生的加速度，与每个外力所产生加速度的矢量和是一样的，这就是力的叠加原理。式(2-3)是牛顿第二定律的矢量式，它在直角坐标系Ox、Oy和Oz轴上的分量式分别为
(2-4)
式中Fx、Fy和Fz分别表示作用在物体上所有的外力在Ox、Oy和Oz轴上的分量之和；ax、ay和az分别表示物体加速度a在Ox、Oy和Oz轴上的分量。
4. 自然坐标系的分量形式
en
et
a
图2-1
当质点在平面上作曲线运动时，我们可取图2-1所示的自然坐标系en为法向单位矢量，et为切向单位矢量，于是质点在点A的加速度a在自然坐标系的两个相互垂直方向上的分矢量at和an，这样，质点平面上作曲线运动时，在自然坐标系中牛顿第二定律写成
(2-5a)
如以Ft和Fn代表合外力F在切向和当向的分矢量，则有