電子課文第三章-資料下載頁
2025-06-16 14:51本頁面
【正文】 ，符合牛頓運(yùn)動定律．現(xiàn)在設(shè)想車廂開始向右做加速運(yùn)動，在車廂里觀測，小球?qū)⑾蜃笞黾铀龠\(yùn)動（圖318），而小球并沒有受到其他物體的作用力，所受的合力仍為零．這說明；在相對于地面做變速運(yùn)動的車廂里，牛頓運(yùn)動定律不再成立．牛頓運(yùn)動定律成立的參考系，稱為慣性參考系，簡稱慣性系．牛頓運(yùn)動定律不成立的參考系，稱為非慣性系．研究地面上物體的運(yùn)動，地面參考系通常可認(rèn)為是慣性系，相對于地面做勻速直線運(yùn)動的參考系，也是慣性系．研究行星的公轉(zhuǎn)時，太陽參考系可認(rèn)為是慣性系．在本書中，我們一般都以慣性系作為參考系．非慣性系和慣性力 牛頓運(yùn)動定律在非慣性系中不成立，可是，有時要在非慣性系中處理問題．例如研究大氣和海水流動這類大范圍的運(yùn)動，要考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，這時地面參考系不能認(rèn)為是慣性系，而是非慣性系．人們生活在地球上，用地面參考系比較習(xí)慣．怎樣解決這類問題？如果引入“慣性力”的概念，在形式上，卻可以使牛頓運(yùn)動定律在非慣性系中成立，這樣就可以在非慣性中方便地處理問題了．在圖318中，以車廂作參考系，小球以大小為a的加速度向左運(yùn)動，我們可以認(rèn)為小球受到一個水平向左的力F，在這個力的作用下，使小球產(chǎn)生水平向左的加速度a．這個力F叫做慣性力．在高中地理課本“沿地表水平運(yùn)動物體的偏移”中提到的“地轉(zhuǎn)偏向力”，也是一種慣性力，它是因地球自轉(zhuǎn)而引起的．跟通常意義下的“真實的”力不同，慣性力是形式上引入的“假想的”力．“真實的”力有施力物體，慣性力沒有施力物體．在以加速度a相對于某一慣性系做加速運(yùn)動的非慣性系中，所有物體除了受到“真實的”力，還受到慣性力F，它的大小為ma，方向與非慣性系的加速度的方向相反，即F=ma式中的負(fù)號，表示慣性力的方向與非慣性系的加速度的方向相反，式中的m為物體的質(zhì)量．這樣，在形式上把牛頓運(yùn)動定律加以擴(kuò)展，就可以在非慣性系中處理力學(xué)問題了．例如，在圖313中，我們可以用升降機(jī)作參考系處理問題．升降機(jī)加速上升，是非慣性系．人在升降機(jī)參考系中，除了受到“真實的”力——重力G和升降機(jī)地板的支持力F，還受到方向向下的慣性力F1=ma．人在升降機(jī)參考系中處于靜止?fàn)顟B(tài)，這三個力的合力為零，即F+G+F1=0Fmgma=0所以支持力 F=m（g+a）在牛頓力學(xué)中，“假想的”慣性力跟通常意義下的“真實的”力是有區(qū)別的，但在廣義相對論中這種區(qū)別就不那么絕對了．在本書的最后一章，要簡單地介紹廣義相對論的知識．電子課文●九 牛頓運(yùn)動定律的適用范圍 自從17世紀(jì)以來，以牛頓定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)不斷發(fā)展，取得了巨大的成就．經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用．經(jīng)典力學(xué)和天文學(xué)相結(jié)合，建立了天體力學(xué)．經(jīng)典力學(xué)和工程實際相結(jié)合，建立了應(yīng)用力學(xué)，如水利學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等等．從地面上的各種物體的運(yùn)動到天體的運(yùn)動；從大氣的流動到地殼的變動；從攔河筑壩、修建橋梁到設(shè)計各種機(jī)械；從自行車到汽車、火車、飛機(jī)等現(xiàn)代交通工具的運(yùn)動；從投出籃球到發(fā)射導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船——所有這些都服從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律．經(jīng)典力學(xué)的結(jié)果，在如此廣闊的領(lǐng)域里與實際相符合，證明了牛頓運(yùn)動定律的正確性．但是，牛頓運(yùn)動定律與一切物理定律一樣，也有一定的適用范圍．處理宏觀物體的低速運(yùn)動（指遠(yuǎn)小于光速的運(yùn)動）問題，如上面提到的各種宏觀物體的運(yùn)動，經(jīng)典力學(xué)是完全適用的．20世紀(jì)初，著名的物理學(xué)家愛因斯坦（1879—1955）提出了狹義相對論，改變了經(jīng)典力學(xué)的一些結(jié)論．在經(jīng)典力學(xué)中，物體的質(zhì)量是固定不變的，而相對論指出質(zhì)量要隨著速度而增大．在低速運(yùn)動中（如地球以3104m/s的速度繞太陽公轉(zhuǎn)），質(zhì)量的增大十分微小，經(jīng)典力學(xué)完全適用．當(dāng)速度接近光速c時，如速度v=，．這時，經(jīng)典力學(xué)就不適用了．19世紀(jì)末和20世紀(jì)初以來，物理學(xué)的研究深入到微觀世界，發(fā)現(xiàn)電子、質(zhì)子、中子等微觀粒子不僅具有粒子性，而且具有波動性，它們的運(yùn)動規(guī)律不能用經(jīng)典力學(xué)來說明．20世紀(jì)初期，建立了量子力學(xué)，它能夠正確地描述微觀粒子的規(guī)律性，并在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中發(fā)揮了重要作用．這就是說，經(jīng)典力學(xué)一般也不適用于微觀粒子．相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，說明人類對自然界的認(rèn)識更加深入，而不表示經(jīng)典力學(xué)失去意義．物理學(xué)的發(fā)展，使人們認(rèn)識到經(jīng)典力學(xué)有它的適用范圍：經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動問題，不能用來處理高速運(yùn)動問題；經(jīng)典力學(xué)只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子．本章小結(jié) 這一章學(xué)了牛頓的三條運(yùn)動定律，它們是動力學(xué)的基礎(chǔ)，一定要反復(fù)思考，深入地理解所學(xué)的內(nèi)容．這一章還學(xué)習(xí)了如何應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律求解動力學(xué)問題，我們要注意總結(jié)解決動力學(xué)問題的基本方法，提高綜合運(yùn)用知識分析、解決問題的能力．（1）牛頓第一定律的內(nèi)容是什么？伽利略的理想實驗有什么重要意義？為什么說牛頓第一定律正確地揭示了運(yùn)動和力的關(guān)系？（2）為什么說物體的運(yùn)動不需要力來維持，力是物體產(chǎn)生加速度的原因？為什么說物體的質(zhì)量是物體慣性大小的量度？（3）牛頓第二定律的內(nèi)容是什么？寫出它的表達(dá)式．用牛頓第二定律解決力學(xué)問題時，為什么首先要分析物體的受力情況和運(yùn)動情況？（4）牛頓第三定律的內(nèi)容是什么？為什么說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？物體處于超重和失重狀態(tài)時，所受的重力是否仍存在，大小是否發(fā)生變化？（6）單位制在物理計算中有什么作用？（7）什么是慣性系和非慣性系？什么是慣性力？（8）牛頓運(yùn)動定律的適用范圍是什么？解決動力學(xué)問題，首先要分析物體的受力情況和運(yùn)動情況，把題中所給的物理情景弄清楚，然后再列出方程求解．請你自己總結(jié)：運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律解決動力學(xué)問題的基本思路和一般步驟是怎樣的？需要注意什么？有什么體會？17 / 17
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