电子课文第三章.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作电子课文第三章 牛顿运动定律 前一章我们学习了怎样描述物体的运动，但是没有进一步讨论物体为什么会做这种或那种运动要讨论这个问题，必须知道运动和力的关系在力学中，只研究物体怎样运动而不涉及运动和力的关系的分科，叫做运动学；研究运动和力的关系的分科，叫做动力学动力学知识在生产和科学研究中是很重要的设计各种机器，控制交通工具的速度，研究天体运动，计算人造卫星的轨道等等，都离不开动力学知识动力学的奠基人是英国科学家牛顿牛顿在1687年出版了他的名著自然哲学的数学原理在这部著作中，牛顿提出了三条运动定律，这三条定律总称为牛顿运动定律，是整个动力学的基

2、础这一章我们要学习的就是牛顿运动定律图3-1是牛顿和他写的著名的自然哲学的数学原理一书的扉页牛顿运动定律在此书中首次发表电子课文一 牛顿第一定律 历史的回顾 远在两千多年以前，人们已经提出了运动和力的关系问题可是直到伽利略和牛顿时代，才对这个问题给出了正确的答案在17世纪前人们普遍认为力是维持物体运动的原因用力推车，车子才前进，停止用力，车子就要停下来古希腊的哲学家亚里士多德（公元前384前322）根据这类经验事实得出结论说：必须有力作用在物体上，物体才能运动，没有力的作用，物体就要静止下来在亚里士多德以后的两千年内，动力学一直没有多大进展直到17世纪，意大利著名物理学家伽利略才根据实验指出，

3、在水平面上运动的物体所以会停下来，是因为受到摩擦阻力的缘故设想没有摩擦，一旦物体具有某一速度，物体将保持这个速度继续运动下去伽利略还根据下面的理想实验进行推论如图3-2甲所示，让小球沿一个斜面从静止滚下来，小球将滚上另一个斜面如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度他推论说，如果减小第二个斜面的倾角（图3-2乙），小球在这个斜面上达到原来的高度就要通过更长的路程继续减小第二个斜面的倾角，使它最终成为水平面（图3-2丙），小球就再也达不到原来的高度，而沿水平面以恒定速度持续运动下去理想实验是科学研究中的一种重要的方法，它把可靠事实和理论思维结合起来，可以深刻地揭示自然规律伽利略的实验虽然是想像中的实

4、验，但它是建立在可靠的事实基础之上的这类理想实验以可靠的事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素，从而更深刻地揭示了自然规律伽利略同时代的法国科学家笛卡儿（15961650）进一步补充和完善了伽利略的论点，他认为：如果没有其他原因，运动的物体将继续以同一速度沿着一条直线运动，既不会停下来，也不会偏离原来的方向笛卡儿为发展动力学又迈出了重要的一步电子课文实验我们可以用气垫导轨近似地验证上述结论把物体放在一个水平导轨上，并设法使物体和导轨之间形成气层，物体沿这种气垫导轨运动时受到的阻力很小，推动一下物体，可以看到物体沿气垫导轨的运动很接近匀速直线运动牛顿第一定律 牛顿在伽利略等人的研究

5、基础上，并根据他自己的研究，系统地总结了力学的知识，提出了三条运动定律，其中第一条定律的内容是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止这就是牛顿第一定律物体的这种保持原来的匀速直线运动或静止状态的性质叫做惯性牛顿第一定律又叫做惯性定律当汽车突然开动的时候，汽车里的乘客会向后面倾倒（图3-3甲）这是因为汽车已经开始前进，乘客的下半身随车前进，而上半身由于惯性还要保持静止状态的缘故当汽车突然停止的时候，汽车里的乘客会向前面倾倒（图3-3乙）这是因为汽车已经停止，乘客的下半身随车停止，而上半身由于惯性还要以原来速度前进的缘故一切物体都具有惯性，物体的运动并不需要力

6、来维持惯性是物体的固有性质，不论物体处于什么状态，都具有惯性任何物体都和周围的物体有相互作用，不受外力作用的物体是不存在的，所以牛顿第一定律所描述的物体不受外力的状态是一种理想化的状态这种状态虽然不可能实现，但牛顿第一定律却正确揭示了运动和力的关系：力不是维持物体速度的原因，而是改变物体速度的原因这就使人们的认识走上了正确的道路，为力学的发展奠定了坚实的基础电子课文二 物体运动状态的改变 力是物体产生加速度的原因 一个物体，如果它的速度的大小和方向都保持不变，我们就说，这个物体的运动状态保持不变如果这个物体的速度发生了改变，即速度的大小和（或）方向发生了改变，我们就说，这个物体的运动状态发生了

7、改变牛顿第一定律告诉我们，物体如果没有受到力的作用，物体的运动状态不发生改变由此可以知道，如果物体的运动状态发生了改变，必定要有力作用在物体上列车出站时，在机车牵引力的作用下，由静止开始运动，并且速度不断增大；列车进站时，由于受到阻力的作用，速度不断减小，最后停下来抛出的手榴弹，射出的炮弹，由于受到重力的作用，速度的大小和方向都不断发生改变，做曲线运动可见，物体运动状态的改变，是由于受到了力的作用，力是物体运动状态发生改变的原因物体运动状态发生改变时，物体具有加速度，所以，力是使物体产生加速度的原因质量是物体惯性大小的量度 物体运动状态的改变，还跟物体的质量有关系一辆空车和一辆装满货物的车，在

8、相同的牵引力的作用下由静止开始运动，它们的运动状态改变的情况并不相同空车的质量小，在较短的时间内可以达到某一速度，产生的加速度大，运动状态容易改变装满货物的车，质量大，要在较长的时间内才能达到相同的速度，产生的加速度小，运动状态难改变质量小的物体，运动状态容易改变，我们说它的惯性小质量大的物体，运动状态难改变，我们说它的惯性大可见，质量是物体惯性大小的量度惯性的大小在实际中是经常要加以考虑的当我们要求物体的运动状态容易改变时，应该尽可能减小物体的质量歼击机的质量比运输机、轰炸机小得多，在战斗前还要抛掉副油箱（图3-4），以进一步减小质量，就是为了提高歼击机的灵活性相反，当我们要求物体的运动状态

9、不易改变时，应该尽可能增大物体的质量电动抽水站的电动机和水泵都固定在很重的机座上，就是要增大它们的质量，以尽量减小它们的振动或避免因意外的碰撞而移动电子课文三 牛顿第二定律 加速度和力的关系 既然力是产生加速度的原因，那么，加速度和力存在着什么关系呢？实验取两个质量相同的小车，放在光滑的水平板上（图3-5）小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放着数目不等的砝码，使两个小车在不同的拉力下做匀加速运动小车所受的水平拉力F的大小可以认为等于砝码（包括砝码盘）所受重力的大小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳，以同时控制两辆小车，使它们同时开始运动和停止运动利用

10、这一装置，我们来研究质量相等的两辆小车在不同的恒定拉力作用下，它们的加速度是怎样的由学生实验四可知，小车在恒力作用下做匀加速直线运动打开夹子，让两辆小车同时从静止开始运动小车走过一段距离以后，关上夹子，让它们同时停下来在打开和关闭夹子这段时间里，两辆小车发生的位移不同，所受拉力大的那辆小车，位成正比，比较小车的位移s就可以比较它们的加速度a实验的结果是，小车的位移与它们所受的拉力成正比这表示，小车的加速度与所受的拉力成正比研究表明：对质量相同的物体来说，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比用数学公式表示就是或者 aF这个结论告诉我们，要使物体在短时间内速度的改变很大，即加速度很大，就必须提供很

11、大的作用力比如，竞赛用的小汽车，要求起动后几秒钟内速度由零达到60m/s以上，它们都装备功率很大的发动机，以提供大的牵引力巨型喷气客机要求起动后在短时间内速度达到800km/h900km/h，它们起飞的推力需达到几十万牛顿加速度和质量的关系 物体所受的力一定时，加速度和质量存在着什么关系呢？电子课文实验还用前面的实验装置这次在两个盘里放上相同数目的砝码，使两辆小车所受的拉力相同，而在一辆小车上加放砝码，以增大质量重做实验，我们看到，在相同的时间里，质量小的那辆小车的位移大测出位移和质量，我们发现，小车通过的位移与它们的质量成反比这表示，小车的加速度与它们的质量成反比研究表明：在相同的力作用下，

12、物体的加速度跟物体的质量成反比用数学公式表示就是牛顿第二定律 总结上面的结果，我们对力、质量和加速度的关系得到下述结论：物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比这就是牛顿第二定律加速度和力都是矢量，它们都是有方向的牛顿第二定律不但确定了加速度和力的大小之间的关系，还确定了它们的方向之间的关系：加速度的方向跟引起这个加速度的力的方向相同牛顿第二定律也可以用数学公式来表示，这就是或者 Fma上式可改写成等式F=kma式中的k是比例常数如果公式中的物理量选择合适的单位，可以使k=1，从而使公式简化我们在前面已经讲过，在国际单位制中力的单位是牛顿其实，牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律定义的：使质

13、量是1kg的物体产生1m/s2加速度的力，叫做1N即1N=1kgm/s2可见，如果都用国际制单位，则k=1，上式简化为F=ma这就是牛顿第二定律的公式上面讲的是物体受到一个力作用的情况物体受到几个力的作用时，牛顿第二定律公式中的F表示合力这样，我们可以把牛顿第二定律进一步表述为：物体的加速度跟所受的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合力的方向相同写成公式就是F合=ma牛顿第二定律说明：只有物体受到力的作用，物体才具有加速度力恒定不变，加速度也恒定不变；力随着时间改变，加速度也随着时间改变在某一时刻，力停止作用，加速度随即消失，物体由于具有惯性，将保持该时刻的运动状态不再改变【例题】

14、 一个物体，质量是2kg，受到互成120角的两个力F1和F2的作用，这两个力的大小都是10N，这个物体产生的加速度是多大？分析 应先求出合力F合合力的大小可以用作图法求出，也可以用计算求出然后用牛顿第二定律求出加速度作出力的平行四边形，可以看出力F1和F2的合力在F1和F2的夹角的平分线上力F1和F2大小相等，由对称性也可以知道，合力的方向不会偏向于力F1或F2，合力的作用线应该在力F1和F2的夹角的平分线上按一定的标度作图，量出平行四边形的对角线的长度，就可以求出合力的大小下面用计算的方法求合力的大小解 如图3-6所示，建立平面直角坐标系，把力F1和F2分别沿x轴和y轴的方向分解F1的两个分

15、力为：F1x=F1cos60，F1y=F1sin60F2的两个分力为：F2x=F2cos60，F2y=F2sin60F1y和F2y大小相等，方向相反，相互抵消F1x和F2x的方向相同，它们的合力就等于力F1和F2的合力，即F合=F1x+F2x=F1cos60+F2cos60=5N+5N=10N已知合力F合和质量m，由牛顿第二定律F合=ma就可以求出加速度电子课文四 牛顿第三定律 力是物体间的相互作用 力是物体对物体的作用，只要有力发生，就一定要有受力物体和施力物体用手拉弹簧，弹簧受到手的拉力，同时弹簧发生形变，手也受到弹簧的拉力坐在椅子上用力推桌子，会感到桌子也在推我们，我们的身体要向后移在平

16、静的水面上，在一只船上用力推另一只船，另一只船也要推前一只船，两只船将同时向相反方向运动（图3-7）在水面上放两个软木塞，一个软木塞上放一个小磁铁，另一个软木塞上放一个小铁条（图3-8），可以看到，由于小磁铁和小铁条相互吸引，两个软木塞相向运动起来地球和地面上物体之间的作用也是相互的，地面上的物体受到地球的吸引（重力），地球也受到地面上的物体的吸引观察和实验表明，两个物体之间的作用总是相互的一个物体对另一个物体有力的作用，后一个物体一定同时对前一个物体有力的作用，力是物体与物体间的相互作用物体间相互作用的这一对力，通常叫做作用力和反作用力我们把其中一个力叫做作用力，另一个力就叫做反作用力牛顿第

17、三定律 作用力和反作用力之间存在什么样的关系呢？电子课文实验把两个弹簧秤A和B联结在一起（图3-9）用手拉弹簧秤A，可以看到两个弹簧秤的指针同时移动弹簧秤B的示数指出弹簧秤A对它的作用力F的大小，而弹簧秤A的示数指出弹簧秤B对它的反作用力F的大小可以看出，两个弹簧秤的示数是相等的改变手拉弹簧的力，弹簧秤的示数也随着改变，但两个示数总相等这说明作用力和反作用力大小相等，方向相反研究表明，两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上这就是牛顿第三定律牛顿第三定律在生活和生产中应用很广泛人走路时用脚蹬地，脚对地面施加一个作用力，地面同时给脚一个反作用力，使人前进轮船的螺旋桨

18、旋转时，用力向后推水，水同时给螺旋桨一个反作用力，推动轮船前进汽车的发动机驱动后轮转动，由于轮胎和地面间有摩擦，车轮向后推地面，地面给车轮一个向前的反作用力，使汽车前进汽车的牵引力就是这样产生的如果把后轮架空，不让它跟地面接触，这时让发动机驱动后轮转动，由于车轮不推地面，地面也不产生向前推车的力，汽车就不能前进电子课文五 力学单位制 出的速度的单位就是m/s同样，用公式F=ma来求力，如果质量用kg作单位，加速度用m/s2作单位，求出的力的单位就是kgm/s2，也就是N可见物理公式在确定物理量的数量关系的同时，也确定了物理量的单位关系因此，我们可以选定几个物理量的单位作为基本单位，根据物理公式

19、中其他物理量和这几个物理量的关系，推导出其他物理量的单位例如选定了位移的单位（m）和时间的单位（s），利用公式v=速度的单位（m/s2）如果再选定质量的单位（kg），利用公式F=ma就可以推导出力的单位（N）这些推导出来的单位叫做导出单位基本单位和导出单位一起组成了单位制在力学中，选定长度、质量和时间这三个物理量的单位作为基本单位，就可以导出其余的物理量的单位选定这三个物理量的不同单位，可以组成不同的力学单位制在国际单位制（SI）中，取m（长度单位）、kg（质量单位）、s（时间单位）作为基本单位，本书采用国际单位制【例题】 一个原来静止的物体，质量是7kg，在14N的恒力作用下，5s末的速度是

20、多大？5s内通过的路程是多少？分析 物体的受力情况是已知的，需要分析它的运动情况物体原来是静止的，初速度v0=0，在恒力的作用下产生恒定的加速度，所以它做初速度为零的匀加速直线运动已知物体的质量m和所受的力F，根据牛顿第二定律F=ma求出加速度a，再用初速度为零的匀加速直线运动的公式，就可以求出5s末的速度vt和5s内通过的路程s解 已知m=7kg，F=14N，t=5s求vt和s我们看到，题中的已知量的单位都用国际单位制表示时，计算的结果也是用国际单位制表示的既然如此，在统一已知量的单位后，就不必一一写出各个量的单位，只在数字后面写出正确单位就可以了如上面的计算可以写成：电子课文六 牛顿运动定

21、律的应用 牛顿第二定律确定了运动和力的关系，使我们能够把物体的运动情况和受力情况联系起来如果已知物体的受力情况，由牛顿第二定律求出加速度，再由运动学的公式就可以知道物体的运动情况相反地，已知物体的运动情况，知道了加速度，由牛顿第二定律就可以求出未知的力下面举两个例子【例题1】 一个静止在水平地面上的物体，质量是2kg，在6.4N的水平拉力作用下沿水平地面向右运动，物体与水平地面间的滑动摩擦力是4.2N求物体4s末的速度和4s内发生的位移分析 先分析物体的受力情况物体受到4个力的作用（图3-10）：水平拉力F1，方向水平向右；滑动摩擦力F2，方向与物体相对于地面的运动方向相反，水平向左；重力G，

22、方向竖直向下；地面的支持力F3，方向竖直向上物体在竖直方向上没有发生位移，没有加速度，重力G和支持力F3大小相等，方向相反，彼此平衡物体所受的合力等于水平方向的拉力F1和滑动摩擦力F2的合力取水平向右的方向为正方向，则合力F=F1-F2=6.4N-4.2N=2.2N合力是正值，表示合力的方向是水平向右的物体原来是静止的，初速度v0=0，在恒定的合力作用下产生恒定的加速度，所以物体做初速度为零的匀加速直线运动解 已知F1=6.4N，F2=4.2N，合力F=F1-F2=2.2N，m=2kg由牛顿第二定律F=ma可求出加速度求出了加速度a，由运动学公式就可以求出4s末的速度vt和4s内发生的位移sv

23、t=at=1.14m/s=4.4m/s根据牛顿定律从物体的受力情况确定运动情况，在实际中有重要应用指挥宇宙飞船飞行的科学工作者，根据飞船的受力情况可以确定飞船在任意时刻的位置和速度他们解决问题的思路跟我们在这里讲的是一样的，只是计算很复杂，要用电子计算机进行【例题2】 一个滑雪的人，质量m=75kg，以v0=2m/s的初速度沿山坡匀加速地滑下，山坡的倾角=30，在t=5s的时间内滑下的路程s=60m求滑雪人受到的阻力（包括滑动摩擦和空气阻力）分析 这个题目是，已知运动情况求未知力滑雪人受到3个力的作用：重力G=mg，方向竖直向下；山坡的支持力F2，方向垂直于山坡，指向滑雪人；阻力F1，方向沿山

24、坡向上如图3-11所示的那样，建立平面直角坐标系把重力G沿x轴和y轴的方向分解，得：G1=mgsin，G2=mgcos在垂直于山坡的方向上，物体没有发生位移，没有加速度，G2和F2大小相等，方向相反，彼此平衡物体所受的合力F等于G1和F1的合力，取沿山坡向下的方向为正方向，则有，F=G1-F1合力的方向沿山坡向下，使滑雪人产生沿山坡向下的加速度滑雪人的加速度可由运动学的公式求得，再根据牛顿第二定律即可求得未知力解 已知v0=2m/s，s=60m，t=5s，=30，m=75kg用运动学=4m/s2滑雪人所受的阻力可由牛顿第二定律F=G1-F1=ma求得F1=G1-ma=mgsin-ma=67.5

25、N在实际问题中，常常需要从物体的运动情况来确定未知力例如，知道了列车的运动情况，根据牛顿运动定律可以确定机车对列车的牵引力又如，根据天文观测知道了月球的运动情况，就可以知道地球对月球的引力情况牛顿当初探讨了这个问题，并进而发现了万有引力定律电子课文七 超重和失重 自从人造地球卫星和宇宙飞船发射成功以来，人们经常谈到超重和失重，究竟什么是超重和失重呢？我们看一个例子：升降机以0.5m/s2的加速度匀加速上升，站在升降机里的人质量是50kg，人对升降机地板的压力是多大？如果照图3-13那样，人站在升降机里的测力计上，测力计的示数是多大？人和升降机以共同的加速度上升，因而人的加速度是已知的，题中又给

26、出了人的质量，为了能够应用牛顿第二定律，应该把人作为研究对象人在升降机中受到两个力：重力G和地板的支持力F升降机地板对人的支持力和人对升降机地板的压力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，只要求出前者就可以知道后者人在G和F的合力作用下，以0.5m/s2的加速度竖直向上运动取竖直向上为正方向，根据牛顿第二定律得F-G=ma由此可得 F=G+ma=m（g+a）代入数值得 F=515N根据牛顿第三定律，人对地板的压力的大小也是515N，方向与地板对人的支持力的方向相反，即竖直向下测力计的示数表示的是测力计受到的压力，所以测力计的示数就是515N可见，升降机加速上升的时候，人对升降机地板的压力比

27、人实际受到的重力要大物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）大于物体所受重力的情况称为超重现象升降机加速下降的时候，人对升降机地板的压力比人受到的重力小物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）小于物体所受重力的情况称为失重现象这一点，同学们可以自己分析一下当升降机带着人和测力计一起以重力加速度g加速下降时，测力计的示数为零，就好像人完全没有受到重力一样物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）等于零的这种状态，叫做完全失重状态应当指出，物体处于超重或失重状态时地球作用于物体的重力始终存在，大小也没有发生变化，只是物体对支持物的压力（或对悬挂物的拉力）发生了变化，看起来好像物体的重量有所增大或减小思考与

28、讨论物体对水平支持面的压力，或者，水平支持面对物体的支持力，是否总等于物体所受的重力？在什么条件下，压力或支持力等于物体所受的重力？物体对竖直悬绳的拉力，或者，竖直悬绳对物体的拉力，是否总等于物体所受的重力？在什么条件下，拉力等于重力？电子课文八 惯性系和非惯性系 惯性系和非惯性系 描写物体的运动，可以考虑研究问题的方便，而任意选择参考系一个乘客在加速的火车车厢里行走，描述他的运动，可以用地面作参考系，也可以用车厢作参考系但是，确定运动和力的关系的牛顿运动定律，却不是对任何参考系都成立的我们生活在地球上，通常是相对于地面参考系来研究物体运动的伽利略的理想实验以及我们前面做过的研究运动和力的关系

29、的实验，都是用地面作参考系的在地面上所做的许多观察和实验表明，牛顿运动定律对地面参考系是成立的除了地面参考系，牛顿运动定律还对什么参考系成立呢？1632年，伽利略发表了关于两种世界体系的对话一书，其中对船舱里观察到的现象有一段生动的描述：“船停着不动时，你留神观察，小虫都以等速向各方向飞行，鱼向各个方向随意游动，水滴滴进下面的罐中；你把任何东西扔给你的朋友时，只要距离相等，向这一方向不比向另一方向用更多的力你双脚齐跳，无论向哪个方向跳过的距离都相同当你仔细观察这些事情之后，再使船以任何速度前进，只要运动是匀速的，也不忽左忽右地摆动，你将发现，所有上述现象丝毫没有变化你也无法从其中任何一个现象来

30、确定，船是在运动还是停着不动”伽利略的这段描述说明：在相对于地面做匀速直线运动的船舱里进行的力学实验和观测，与地面上的力学实验和观测，结果并没有差异这就是说，以相对于地面做匀速直线运动的物体作为参考系，牛顿运动定律也是成立的在相对于地面做变速运动的参考系中，牛顿运动定律是否成立呢？先设想有一辆做匀速直线运动的车厢，在车厢里的桌面上放一个小球相对于车厢参考系来说，小球保持静止，小球所受的合外力为零，符合牛顿运动定律现在设想车厢开始向右做加速运动，在车厢里观测，小球将向左做加速运动（图3-18），而小球并没有受到其他物体的作用力，所受的合力仍为零这说明；在相对于地面做变速运动的车厢里，牛顿运动定律

31、不再成立牛顿运动定律成立的参考系，称为惯性参考系，简称惯性系牛顿运动定律不成立的参考系，称为非惯性系研究地面上物体的运动，地面参考系通常可认为是惯性系，相对于地面做匀速直线运动的参考系，也是惯性系研究行星的公转时，太阳参考系可认为是惯性系在本书中，我们一般都以惯性系作为参考系非惯性系和惯性力 牛顿运动定律在非惯性系中不成立，可是，有时要在非惯性系中处理问题例如研究大气和海水流动这类大范围的运动，要考虑地球自转的影响，这时地面参考系不能认为是惯性系，而是非惯性系人们生活在地球上，用地面参考系比较习惯怎样解决这类问题？如果引入“惯性力”的概念，在形式上，却可以使牛顿运动定律在非惯性系中成立，这样就

32、可以在非惯性中方便地处理问题了在图3-18中，以车厢作参考系，小球以大小为a的加速度向左运动，我们可以认为小球受到一个水平向左的力F，在这个力的作用下，使小球产生水平向左的加速度a这个力F叫做惯性力在高中地理课本“沿地表水平运动物体的偏移”中提到的“地转偏向力”，也是一种惯性力，它是因地球自转而引起的跟通常意义下的“真实的”力不同，惯性力是形式上引入的“假想的”力“真实的”力有施力物体，惯性力没有施力物体在以加速度a相对于某一惯性系做加速运动的非惯性系中，所有物体除了受到“真实的”力，还受到惯性力F，它的大小为ma，方向与非惯性系的加速度的方向相反，即F=-ma式中的负号，表示惯性力的方向与非

33、惯性系的加速度的方向相反，式中的m为物体的质量这样，在形式上把牛顿运动定律加以扩展，就可以在非惯性系中处理力学问题了例如，在图3-13中，我们可以用升降机作参考系处理问题升降机加速上升，是非惯性系人在升降机参考系中，除了受到“真实的”力重力G和升降机地板的支持力F，还受到方向向下的惯性力F1=-ma人在升降机参考系中处于静止状态，这三个力的合力为零，即F+G+F1=0F-mg-ma=0所以支持力 F=m（g+a）在牛顿力学中，“假想的”惯性力跟通常意义下的“真实的”力是有区别的，但在广义相对论中这种区别就不那么绝对了在本书的最后一章，要简单地介绍广义相对论的知识电子课文九 牛顿运动定律的适用范

34、围 自从17世纪以来，以牛顿定律为基础的经典力学不断发展，取得了巨大的成就经典力学在科学研究和生产技术中有广泛的应用经典力学和天文学相结合，建立了天体力学经典力学和工程实际相结合，建立了应用力学，如水利学、材料力学、结构力学等等从地面上的各种物体的运动到天体的运动；从大气的流动到地壳的变动；从拦河筑坝、修建桥梁到设计各种机械；从自行车到汽车、火车、飞机等现代交通工具的运动；从投出篮球到发射导弹、人造卫星、宇宙飞船所有这些都服从经典力学的规律经典力学的结果，在如此广阔的领域里与实际相符合，证明了牛顿运动定律的正确性但是，牛顿运动定律与一切物理定律一样，也有一定的适用范围处理宏观物体的低速运动（指

35、远小于光速的运动）问题，如上面提到的各种宏观物体的运动，经典力学是完全适用的20世纪初，著名的物理学家爱因斯坦（18791955）提出了狭义相对论，改变了经典力学的一些结论在经典力学中，物体的质量是固定不变的，而相对论指出质量要随着速度而增大在低速运动中（如地球以3104m/s的速度绕太阳公转），质量的增大十分微小，经典力学完全适用当速度接近光速c时，如速度v=0.8c时，质量约增大到原质量的1.7倍这时，经典力学就不适用了19世纪末和20世纪初以来，物理学的研究深入到微观世界，发现电子、质子、中子等微观粒子不仅具有粒子性，而且具有波动性，它们的运动规律不能用经典力学来说明20世纪初期，建立了

36、量子力学，它能够正确地描述微观粒子的规律性，并在现代科学技术中发挥了重要作用这就是说，经典力学一般也不适用于微观粒子相对论和量子力学的出现，说明人类对自然界的认识更加深入，而不表示经典力学失去意义物理学的发展，使人们认识到经典力学有它的适用范围：经典力学只适用于解决低速运动问题，不能用来处理高速运动问题；经典力学只适用于宏观物体，一般不适用于微观粒子本章小结 这一章学了牛顿的三条运动定律，它们是动力学的基础，一定要反复思考，深入地理解所学的内容这一章还学习了如何应用牛顿运动定律求解动力学问题，我们要注意总结解决动力学问题的基本方法，提高综合运用知识分析、解决问题的能力（1）牛顿第一定律的内容是

37、什么？伽利略的理想实验有什么重要意义？为什么说牛顿第一定律正确地揭示了运动和力的关系？（2）为什么说物体的运动不需要力来维持，力是物体产生加速度的原因？为什么说物体的质量是物体惯性大小的量度？（3）牛顿第二定律的内容是什么？写出它的表达式用牛顿第二定律解决力学问题时，为什么首先要分析物体的受力情况和运动情况？（4）牛顿第三定律的内容是什么？为什么说作用力和反作用力不能相互平衡？（5）什么是超重、失重和完全失重？物体处于超重和失重状态时，所受的重力是否仍存在，大小是否发生变化？（6）单位制在物理计算中有什么作用？（7）什么是惯性系和非惯性系？什么是惯性力？（8）牛顿运动定律的适用范围是什么？解决动力学问题，首先要分析物体的受力情况和运动情况，把题中所给的物理情景弄清楚，然后再列出方程求解请你自己总结：运用牛顿运动定律解决动力学问题的基本思路和一般步骤是怎样的？需要注意什么？有什么体会？