江蘇省南京師范大學附屬中學高中物理競賽講座課件：非慣性系(共32張PPT).ppt

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1、非慣性參考系,主要研究相對于“運動”參考系的運動定律。, 慣性參考系：物體慣性定律成立的參考系。 （自由質(zhì)點相對它靜止或作勻速直線運動的參考系。）,關鍵：掌握“絕對、牽連和相對”加速度之間的關系，從而正確計入慣性力。, vo為“牽連”速度， ao為“牽連”加速度；(普遍性） v為相對速度， a為相對加速度. (特殊性）, 平動參考系,平動不一定是直線運動,,伽利略變換,注意： （1）慣性力并非牛頓力，并不存在特定物體間相互作用，因而不存在反作用力； （2）平動參考系中所有質(zhì)點都受到慣性力，與“重力”相似。（無法區(qū)分引力與慣性力）,兩個參考系作勻速相對運動。, 牛頓第二定律,例（P155）：汽車

2、以勻加速度a0向前行駛，在車中用線懸掛著一個小球。試求懸線達到穩(wěn)定時與豎直方向所作角度。, 運動方程,,,N+mg-ma=0 N= -N = mg-ma a0, 加速度向下，失重 自由落體： a=g N= 0 完全失重,電梯、加速車廂里的氫氣球如何運動？,電梯、加速車廂里的氫氣球如何運動？ 將電梯、車廂的加速運動等效為重力場，再考慮浮力,“晝漲稱潮,夜?jié)q稱汐”“潮者，據(jù)朝來也; 汐者,言夕至也” 葛洪抱樸子外佚文,如果說，潮汐是月球的萬有引力吸引海水造成的，那么（1）為什么向著和背著月亮一面的海水都升高，從而一晝夜?jié)q兩次潮？（2）按距離平方反比計算，太陽對海水的引力比月亮大180倍，為什么說潮

3、汐主要是月亮引起的？,引力的均勻部分： 可以通過“加速度”被“創(chuàng)造出來” 和 被“消滅掉”;引力的非均勻部分(即引潮力)： 是時空彎曲的反映， 具有更為本質(zhì)的意義定量的計算表明： 海水兩端凸起，引潮力反比于 r 3 ！,大潮和小潮,= 2.20, 轉(zhuǎn)動參考系（一）,討論相對于“轉(zhuǎn)動”參考系相對靜止的情況。, 慣性離心力,慣性離心力, 相對于轉(zhuǎn)動的參考系，應計入慣性離心力； 如轉(zhuǎn)速有變化，還應計入切向慣性力； 注意區(qū)別慣性離心力（慣性力）與離心力（牛頓力）。,質(zhì)點施于其它物體., 角速度（矢量）,右手法則,,r,O,O,P點的加速度,,矢量式,,矢量式與原點的在軸線上的位置無關!,矢

4、量叉乘的例子,矢量積（叉乘）： 結果為矢量，方向按右手法則 一個矢量與另一個矢量的垂直分量的乘積 標量積（點乘）： 結果為標量 一個矢量與另一個矢量的平行分量的乘積,物體相對于轉(zhuǎn)動參考系靜止。,加速度（另一種推導）：,例（P165）：試研究地面上物體的重量。所謂重量即靜止于地球上的物體施于其承托物的力。, 隔離物體, 具體分析（重力、慣性離心力), 建立坐標(Z為天頂,X為南方), 列出方程,, 簡化,由于=7.29x10-5弧度/秒，很?。? 重量是引力與慣性離心力的合力； 重量大小小于真正的引力大??； 重量指向偏離引力指向。,, 轉(zhuǎn)動參考系（二）,討論相對于“轉(zhuǎn)動”參考系相對運動的情況。,

5、 科里奧利力,牽連運動改變了相對速度v方向，因而產(chǎn)生了橫向加速度v；同時，相對運動又改變了牽連速度的量值(r變?yōu)閞+vt)，故又產(chǎn)生了橫向加速度v，因而科氏加速度為2v.,,, 相對于轉(zhuǎn)動參考系作勻速直線運動的質(zhì)點：,,方向判斷：類似于洛侖茲力,科里奧利力的方向： 北半球向右 南半球向左 左、右不同 因為南半球人是頭向“下”的,方向判斷：類似于洛侖茲力,, 質(zhì)點作一般的“相對” 運動,a0,關鍵：掌握“絕對、牽連和相對”加速度之間的關系，從而正確計入慣性力。,解： 以地面為參考系（慣性系）， hamster受力為零， 向心加速度為零，,例：試分析hamster的運動情況,以轉(zhuǎn)輪為參考系（非慣性

6、系） 受力情況？,Hamster的加速度： 2r,Fc-F離=ma 2mv-m2r = m2r,思考：如果轉(zhuǎn)輪的速度是 =v1/r, hamster的相對速度為v2,以轉(zhuǎn)輪為參考系再分析hamster的運動情況。,解：以轉(zhuǎn)輪為參考系（非慣性系）,向心加速度為,Fc=2mv2 F離=m2r N: 待求,hamster受力,( =v1/r),思考：如果轉(zhuǎn)輪的速度是 =v1/r, hamster的相對速度為v2,以轉(zhuǎn)輪為參考系再分析hamster的運動情況。,例（P180）：一水平光滑圓盤繞著O點以勻角速旋轉(zhuǎn)。盤上有一圓形軌道，質(zhì)點被約束在軌道內(nèi)運動。開始時，質(zhì)點以相對速度vo運動，求此后質(zhì)點的運動

7、情況。質(zhì)點質(zhì)量為m，與軌道的摩擦系數(shù)為。,分析（轉(zhuǎn)動參考系） 約束反力N，摩擦力N， 科氏力 Fc=2mv, 離心慣性力 F離=m2R,建立坐標(“自然”坐標系),運動方程,求解及分析,速度,位置,練習：p516(9.6) 質(zhì)量為m的質(zhì)點在光滑的水平桌面上運動，桌子繞通過原點的豎直軸以勻角速轉(zhuǎn)動。求質(zhì)點的運動方程。,解1：以地面為參考系（慣性系），質(zhì)點在桌面內(nèi)受力為零，所以,解2：以桌面為參考系（非慣性系） 受力: Fc=2mv, F離=m2r,解3：由解1的結果推導解2,x,,,代入整理得：,資料閱讀：傅科擺 傅科擺是直觀顯示地球自轉(zhuǎn)的權威性實驗。 法國物理學

8、家傅科于1851年在巴黎先賢祠的穹頂下安置了這種擺并公開進行表演。 單擺。擺能在任何方向上同樣自由地擺動。 擺繩長而擺錘重。周期盡量大一些，擺錘重可以減小空氣阻力的影響，再盡量減小懸掛點的摩擦，使擺能在盡可能長的時間內(nèi)維持擺動。 巴黎先賢祠，擺繩長67 m，擺錘重28 kg，周期為16.4s。 北京天文館，紐約聯(lián)合國大廈的門廳里有傅科擺。 （演示）,從慣性力的觀點看，傅科擺是一種能夠把地球自轉(zhuǎn)的非慣性效應積累起來的一種儀器。擺錘在水平面上運動受有側向的科里奧利力，使擺動平面旋轉(zhuǎn)。這個力是很小的。但由于擺動的循環(huán)往復，擺動平面的轉(zhuǎn)動不斷積累，從而明顯地顯示地球的自轉(zhuǎn)。 地面參考系是一個轉(zhuǎn)動參考系。傅科擺擺錘在水平面上運動，將受有側向的科里奧利力。在北半球，此力永遠朝向擺速的右側，使傅科擺的擺動平面順時針方向轉(zhuǎn)動（南半球相反）。,例(p181)：傅科擺。,強熱帶風暴 科里奧利力效應的一個例子 北半球的強熱帶風暴是在熱帶低氣壓中心附近形成的，當外面的高氣壓空氣向低氣壓中心涌入時，由于科氏力的作用，氣流的方向?qū)⑵驓饬魉俣鹊挠曳?，從高空望去是沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的渦旋。若在南半球，渦旋為順時針方向。 在高壓中心周圍的氣流的方向則相反，北半球的渦旋為順時針方向，南半球為逆時針方向。,,北半球強熱帶風暴 的衛(wèi)星照片,（演示）,