大学物理动量及动量守恒定律ppt课件

自然与自然规律为黑暗隐藏 上帝说 让牛顿来 一切遂臻光明 蒲柏 1688 1744 Natureandnature slawlayhidinnight GodsaidletNewtonbe Andallwaslight A Pope 1688 1744 同学们好 英 I Newton1642 1727 特点 以守恒量和守恒定律为中心 第四章动量动量守恒定律 学时 4 难点 变力作用的动力学问题 惯性力 非惯性系中的力学定律 4 1动量动量的时间变化率 一 质点问题 二 质点系问题 如何简化 质心位矢 即 质心位矢是各质点位矢的加权平均 直角坐标系中 质心的位置 dm 宏观小 微观大 质量连续分布的质点系 质心的速度与加速度 质心速度是各质点速度的加权平均 3 质点系动量的时间变化率质心运动定理 质点系内质点间的内力总是成对出现 因此必有 同一力对某一系统为外力 而对另一系统则可能为内力 在所选定的参考系中 N个质量分别为动量分别为的质点组成一个质点系 由质点动量定理 每个质点所受的合力分别为 即 结论 质点系所受外力的矢量和等于质点系的总动量的时间变化率 4 2习题课 运动定律的应用 一 惯性系和非惯性系 惯性系 惯性定律在其中成立的参考系 即其中不受外力作用的物体 自由粒子 永远保持静止或匀速直线运动的状态 实际上 力 运动 参考系三者不是互相独立的 惯性系是参考系中的理想模型 其存在是牛顿力学的基础和前提 重要性质 相对已知惯性系静止或匀速直线运动的参考系是惯性系 相对已知惯性系加速运动的参考系是非惯性系 对于日常运动的研究和实验 地面可作为近似程度相当好的惯性系 而相对地面加速运动的参考系是非惯性系 分别讨论惯性系和非惯性系中的力学定律 十六字诀 二 惯性系中的力学定律 例1 一艘质量为m的潜水艇 全部浸没水中 并由静止开始下沉 设浮力为F 水的阻力f kAv 式中A为潜水艇水平投影面积 k为常数 求潜水艇下沉速度与时间的关系 由牛顿第二定律 讨论潜艇运动情况 能否在M系中用牛顿定律列方程 M是否惯性系 以地面为参考系 列M的运动方程 以地面为参考系 列m的运动方程 以地面为参考系 列m的运动方程 由 1 3 4 解得 可用极限法检验 注意 只能对惯性系建立牛顿运动方程会解决类似的关联体问题 例3 教材84页4 7 均不满足 思考 1 绳上张力是否处处相等 水平面内法向运动方程 思考 2 如何求系统内力 如何确定积分限 第六章能量能量守恒定律自学要求 一 基本内容 1 功的计算 熟练计算变力的功 理解保守力做功的特征 2 质点 质点系 定轴转动刚体的动能 3 保守力与其相关势能的关系 由势能曲线分析物体运动特征 4 熟练使用动能定理或功能原理解题 注意内力的功可以改变质点系的总动能 5 熟练使用机械能守恒定律解题 对综合性问题要能划分阶段 分别选用恰当的力学定理或守恒定律求解 大作业 4 2习题课 运动定律的应用 续 性质 不是真实的力 无施力物体 无反作用力 作用 引人惯性力后 在非惯性系中 牛顿第二定律形式上成立 注意 惯性力有真实效果 可以测量 无法靠静摩擦力平衡 必须系安全带 库珀 1930 美国物理学家 为超导态建立 电子对 图像 因低温超导BCS理论 与巴丁 施里弗共同获得1972年诺贝尔物理奖 非惯性系中的力学定律 与惯性系中的力学定律比较 以M为参考系 非惯性系 列m的运动方程 如上讲例2 2 转动参考系 乙 对乙 m受到弹性力的作用却不运动 为什么 对甲 小球受弹力作圆周运动 解决方法 m除受到弹性力作用外 还受到一与圆盘向心加速度方向相反的惯性力的作用 因为圆盘为非惯性系 牛顿定律不成立 我们将在转动参考系中沿半径向外的惯性力称为惯性离心力 注意区分 向心力 离心力 惯性离心力 本节重点 惯性系中的力学定律 惯性力的概念 为广义相对论作准备 4 3动量定理 一 质点的动量定理 1 微分形式 2 积分形式 分量式 冲量和平均冲力 二 质点系动量定理 1 微分形式 2 积分形式 质点系所受外力矢量和的冲量等于质点系总动量的增量 分量式 内力的冲量起什么作用 改变质点系总动量在系内各质点间的分配 注意1 质点系总动量的变化与内力的冲量无关 注意2 解 对不对 物体可能飞离桌面 何时飞离 静摩擦力达到最大值以前与正压力无关 物体何时开始运动 通过本题体会存在变力作用时的动量定理应用 火箭依靠排出其内部燃烧室中产生的气体来获得向前的推力 设火箭发射时的质量为 速率为 燃料烧尽时的质量为 气体相对于火箭排出的速率为 不计空气阻力 求火箭所能达到的最大速率 解 火箭和燃气组成一个系统 火箭之父 齐奥尔科夫斯基 例题 火箭的运动 系统的总动量为 时间内系统的动量增量为 设时刻燃料烧尽 对上式两边积分得 时间内系统的动量增量为 火箭水平飞行时 用增大喷气速度和增大质量比的方法可以提高火箭末速度 设 光荣的长征火箭家族中国已经自行研制了四大系列12种型号的运载火箭 长征1号系列 发射近地轨道小卫星 长征2号系列 发射近地轨道大中型卫星 和其它航天器 长征3号系列 发射地球同步高轨道卫星和航天器 长征4号系列 发射太阳同步轨道卫星 长征2号C火箭 1970年4月 2003年5月 发射70次 将54颗国产卫星 27颗外国卫星 4艘神舟号无人飞船送入太空 成功率91 美国德尔塔火箭 94 欧空局阿丽亚娜火箭 93 俄罗斯质子号火箭 90 2003年10月15日 长征2号F运载火箭成功发射神舟5号载人飞船 2005年10月12日 长征2号F型运载火箭成功发射神舟6号载人飞船 报道 我们在神舟五号的基础上继续攻克多项载人航天的基本技术 第一次进行了真正有人参与的空间科学实验 神舟6号矗立在发射台上 宇航员费俊龙 聂海胜 4 5动量守恒定律 一 动量守恒定律 孤立系统的质心作匀速直线运动 2 若系统内力 外力 以致外力可以忽略不计时 可以应用动量守恒定律处理问题 3 式中各速度应对同一参考系而言 二 动量守恒定律的应用 例题 粒子散射中 质量为m的 粒子与质量为M的静止氧原子核发生 碰撞 实验测出 碰撞 后 粒子沿与入射方向成 72 角方向运动 而氧原子核沿与 粒子入射方向成 41 角反冲 如图示 求 碰撞 前后 粒子速率之比 在云雾室中得到的加速粒子的轨迹的彩色反转片 高能物理可以用探测器得到粒子径迹 对 粒子和氧原子核系统 碰撞过程总动量守恒 由动量守恒定律得 解得 碰撞 前后 粒子速率之比为 直角坐标系中 解1 第一阶段 绳拉紧 求共同速率v 以上三种解法