反物质离我们有多远.ppt

“反物质”离 我们 有多远？,/htmlnews/2011/5/246777.shtm,发布时间：2011-5-3,/special/antimatters/,中外科学家捕获最重反物质原子核反氦4,美国布鲁克海文实验室(BNL),这是迄今为止发现的最重的反物质原子核。,from the normal matter to the antimatter world,中子数,质子数,奇异数,反物质处于这个图表的负方向(N0,Z0)，,4He,16 牛顿运动定律,英国数学家、物理学家、天文学家和经典力学体系的奠基人。牛顿的主要贡献有发明了微积分，发现了万有引力定律，创建经典力学，设计并实际制造了第一架反射式望远镜，发现光的色散原理等，被誉为人类历史上最伟大，最有影响力的科学家。为了纪念牛顿在经典力学方面的杰出成就，“牛顿”后来成为衡量力的大小的物理单位。,单身贵族,牛顿 (16421727),“牛顿苹果”,“如果说我比别人看得更远些，那是因为我站在巨人肩上的缘故。”,万有引力定律,一、牛顿运动三定律,牛顿第一定律（Newton first law） 任何物体都保持静止或匀速直线运动的状态，直到其他物体对它作用的力迫使它改变这种状态为止。,“静者恒静，动者恒动”,惯性是物体的固有特性。牛顿第一定律也叫做惯性定律； 说明了力的概念和力的作用； 定义了一种特殊的参考系惯性系；,说明：,不给力就不停或者不动 给力就加速 我给你力的同时，你也得给我力,惯性是杀手,利用惯性,固定斧头 跳远运动员助跑起跳 地球自转 比如你开车时候遇到劫匪了，拿着刀逼你开到某某地方，于是你开始慢慢加快车速，突然来个急刹车，劫匪直接摔出去了，你由于带了保险带，无事。,牛顿第二定律（Newton second law） 物体受到外力作用时，物体所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比，与物体的质量成反比；加速度的方向与合外力方向相同。,2、迭加性：,特点： 瞬时性 迭加性 矢量性,3、矢量性：具体运算时应写成分量式,直角坐标系中：,自然坐标系中：,衡量一辆汽车性能的主要指标有哪些？,（一）汽车的动力性： 汽车的加速能力 （三）汽车的制动性 ：汽车迅速减速直至停车的能力,牛顿第三定律（Newton third law） 两个物体之间对各自的相互作用总是大小相等，方向相反。,作用力与反作用力：,1、它们总是成对出现。同时产生，同时消灭。,2、它们分别作用在两个物体上。,3、它们一定是属于同一性质的力。,二、力学中常见的力,1、引力：,G=6.6710-11Nm2/kg2,例、地球对物体的引力Pmg=GMm/R2 所以g=GM/R2,2、电磁力：（库仑力）f=kq1q2/r2 k=9 109Nm2/C2,注意：电磁力远远大于万有引力！,例1. 在氢原子中，电子与质子的距离为5.310-11米，试求静电力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。,静电力：电子、质子看作点电荷 万有引力：电子、质子看作质点,比值：2.31039,3、强力：微观粒子之间的一种相互作用，作用范围大约在10-15米以内。,4、弱力：微观粒子之间的另一种作用力，力程短、力弱（102牛顿）,四种基本力的特征和比较,力的种类 相互作用的物体 力的强度 力 程,万有引力 一切质点 1034N 无限远 弱力 大多数微观粒子 102N 小于1017m 电磁力 电荷 102N 无限远 强力 核子、夸克等 104N 1015m, 物理学家的目标： 四种力可否从一种更基本、更简单的理论导出? 各种力能否统一在一种更一般的理论中?,已做和待做的工作:,20世纪20年代，爱因斯坦最早着手这一工作。但未成功。,弱、电统一：20世纪60年代温伯格、萨拉姆和格拉肖三位理论物理学家提出理论，1979年获诺贝尔物理奖。 1983年实验证实理论预言,大统一：弱、电、强 统一，很有希望的“标准模型” 因目前加速器能量不够而无法实验证实。 超大统一：四种力的统一,万有引力 万有引力定律： 任何两个物体之间都存在着相互作用的引力，力的方向沿着两质点的连线；力的大小与两质点质量的乘积成正比，与两质点之间的距离的平方成反比。,其中 G=6.6725910-11 N.m2.Kg-2 称为引力常量。,重力加速度（地面的万有引力）：,根据牛顿第二定律：,其中 为地球的纬度,弹性力 1、弹性形变：物体受力发生形变，当把力撤除后，物体若完全恢复到原来的形状，这种形变称为弹性形变。 2、弹性力：由物体形变引起的相互作用力。弹性力是一种接触力，其方向垂直于两物体接触点的切面。,其中 k 是弹簧的劲度系数， x 是物体相对于平衡位置的位移。,3、常见的弹性力有： 弹簧被拉伸或压缩时产生的弹性力； 绳索被拉紧时产生的张力； 重物放在支承面上产生的正压力和支持力等。,4、胡克定律：,摩擦力 摩擦力：当一个物体在另一个物体表面滑动或有滑动趋势时，在这两物体的接触面上就会产生阻碍物体作相对滑动的力，这种力就是摩擦力。 静摩擦力：当物体有滑动趋势但未滑动时作用在物体上的摩擦力。静摩擦力的大小取决于外力。,滑动摩擦力：当一个物体在另一个物体的表面滑动时，在接触面上所产生的摩擦力，称为滑动摩擦力。,应用牛顿定律的解题步骤：,三、牛顿定律的应用,受力情况,运动情况,例题1 一物体置于水平面上，物体与平面之间的动摩擦系数为 ，如图所示，求作用在物体上的拉力F与水平面之间的夹角 为多大时，该力能使物体获得最大的加速度？,解：确定研究对象，建立坐标系,设物体质量为m，加速度为a，分析受力，如图：,目的：找出 与 的关系,讨论：平静的湖面上有一小船，一人在湖边处有一定高度的岸上以匀速率v0收绳子，使小船向岸边靠拢，则小船的运动是（A）匀速运动（B）匀加速运动（C）匀减速运动（D）变加速运动（E）变减速运动。,解：选取坐标如图，O是固定点,（这是本题的关键）,负号表示v的方向与x 轴的正方向相反。,(D）对,习题15 如图所示岸上人用匀速v拉绳，求船的速度。已知滑轮距水面高h，绳初始位置长度为l0,解一：如图所示，当船发生元位移dx时，绳长的变化为dl=dxcos,解法2：用矢量表示,则船的运动速度可以表示为,例题2 水平面上有一质量为51kg的小车D，其上有一定滑轮C，滑轮两侧分别连有质量为m1=5kg和m2=4kg的物体A 和B。物体A在小车上，物体B被绳悬挂，系统处于静止瞬间，如图所示。各接触面和滑轮轴均光滑，求以多大力作用在小车上，才能使物体A与小车D之间无相对滑动。（滑轮和绳的质量均不计，绳与滑轮间无滑动）,解：建立坐标系并作受力分析图：,列方程：,解出：,=784N,N1,例题4 如图所示, 长为l 的轻绳, 一端系质量为m 的小球于定点O. 开始时小球处于最低位置. 若使小球获得如图所示的初速度v0 ,小球将在铅直平面内作圆周运动, 求小球在任意位置的速率及绳的张力.,解: t 时刻, 若小球在点A , 速率为v,小球受重力mg及张力T, 有,采用自然坐标系,由,在切向,在法向,所以有:,积分：,得:,例题3 由地面沿铅直方向发射质量为m的火箭。求火箭能脱离地球引力所需要的最小初速度。,解：以火箭为研究对象，发射升空后只受到地球引力作用，故建立竖直向上的坐标系，以地心为原点，设火箭与地面相距x，则由万有引力定律有,使物体能够绕地球做圆周运动的初速度（第一宇宙速度） 脱离地球引力所需要的最小初速度 （第二宇宙速度） 脱离太阳引力所需要的最小初速度 （第三宇宙速度）,神舟五号,查资料做报告（5分钟）,人造地球卫星的用途，请举例说明； 卫星发射场的区位选择？ 我国卫星技术。,“卫星”专题：,是否向东发射卫星与向西发射卫星消耗能量不同? 为什么卫星要在低纬度地区发射好？ 我国卫星发射初速度是多少？,牛顿运动定律的适用范围： 1.低速宏观物体； 2.只在惯性系中成立。,17 惯性系与非惯性系 力学相对性原理,一、惯性系和非惯性系,运动的描述是依赖于参考系的。 牛顿第一定律中的静止或匀速直线运动是相对于什么参考系而言？牛顿第一定律是否对一切参考系都成立？,以地面为参考系， ，保持静止，牛顿第一定律成立； 以相对于地面做加速运动的汽车为参考系， ，却有加速度，牛顿第一定律不成立。,牛顿第一定律并不对一切参考系都成立！,凡是相对于惯性系做匀速直线运动的参考系都是惯性系；而相对于惯性系做变速运动的参考系则是非惯性系。 所有的惯性参照系都是等效的（力学相对性原理）,惯性系：地面 非惯性系：相对地面做加速运动的汽车，转盘,定义： 牛顿第一定律成立的参考系，称为惯性参考系。,如何判断一个参考系是否是惯性系？ 判据就是看牛顿第一定律是否成立。 通过实验和观察，发现,二、力学的相对性原理,只要对某一惯性系牛顿第二定律成立，对其他任何惯性系，牛顿第二定律必定成立。 物质运动规律不依赖于参考系。,在两个相互做匀速直线运动的惯性参考系S和S中, 观察同一质点的运动,由相对运动的加速度关系式有:,一切惯性系中，力学规律具有相同的形式。这个原理叫做力学相对性原理或伽利略相对性原理。,三、非惯性系中的惯性力,1、在直线加速运动参考系中的惯性力：,在非惯性系中,可以引入一个虚拟的力(无施力物体), 称为惯性力，此时可应用牛顿定律求解力学问题.,小球受力F，做加速运动,牛顿定律成立，,小球受力F，静止,牛顿定律不成立。,假想一个力 FI使得小球所受合力为零，则牛顿定律成立。 这个假想力称为惯性力。,小球不受力，静止,牛顿定律成立。,小球不受力，做加速运动,牛顿定律不成立。,根据相对运动中加速度的变换关系：,Inertia 惯性,想在非惯性系中应用牛顿第二定律，只须额外考虑一种称为惯性力的虚拟力（惯性力是假想的，是为了在非惯性系中也能应用牛顿第二定律）； 它不由物体间的相互作用产生，即，惯性力没有施力物体，同时，它也不存在反作用力； 它是惯性在非惯性系中的效应。,例题 设电梯相对地面以加速度a铅直向上运动. 电梯中有一质量可略去不计的滑轮, 在滑轮的两侧用轻绳悬挂着质量分别为m1和m2的重物, 已知 m1 m2 . 求 m1和m2相对电梯的加速度及绳的张力.(习题125),解:受力分析如下:,两式联立求解得：,m1,y,m2,y,以电梯为参考系，引入惯性力,对m1：,2、在匀角速度转动的非惯性系中的惯性力：,-离心惯性力,地面观察者：质点受绳子的拉力提供的向心力，所以作匀速圆周运动。,圆盘上观察者：质点受绳子的拉力，为什么静止？,太空飞碟,