C1-2-1(牛顿运动定律及其应用)解析.ppt

1、1,1956年10月8日，我国第一个火箭导弹研制机构国防部第五研究院成立，钱学森任院长。1958年4月，开始兴建我国第一个运载火箭发射场。 1964年7月19日，我国第一枚内载小白鼠的生物火箭在安徽广德发射成功，我国的空间科学探测迈出了第一步。 1968年4月1日，我国航天医学工程研究所成立，开始选训航天员和进行载人航天医学工程研究。 1970年4月24日，随着第一颗人造地球卫星“东方红”1号在酒泉发射成功，我国成为世界上第5个发射卫星的国家。 1975年11月26日，首颗返回式卫星发射成功，3天后顺利返回，我国成为世界上第3个掌握卫星返回技术的国家。2005年是我国返回式卫星成功发射30周年

2、，截至9月，我国已经成功发射22颗返回式卫星。利用返回式卫星开展的科学试验成果，已在国民经济发展的很多领域广泛运用。 1979年，远望1号航天测量船建成并投入使用，我国成为世界上第4个拥有远洋航天测量船的国家。目前我国已形成先进的陆海基航天测控网，由北京航天飞行控制中心、西安卫星测控中心、陆地测控站、4艘远望号远洋航天测量船以及连接它们的通信网组成，技术达到了世界先进水平。 1985年，我国正式宣布将长征系列运载火箭投入国际商业发射市场。1990年4月7日，长征三号运载火箭成功发射美国研制的“亚洲一号”卫星，截至目前已将27颗国外制造的卫星成功送入太空，我国在国际商业卫星发射服务市场中占有了一

3、席之地。 1990年7月16日，长征2号捆绑式火箭首次在西昌发射成功，其低轨道运载能力达9.2吨，为发射载人航天器打下了基础。 1990年10月，载着两只小白鼠和其他生物的卫星升上太空，开始了我国首次携带高等动物的空间轨道飞行试验。试验的圆满成功，为我国载人航天器生命保障系统的设计以及长期载人太空飞行获得了许多宝贵数据。 1992年，我国载人飞船正式列入国家计划进行研制，这项工程后来被定名为神舟号飞船载人航天工程。神舟号飞船载人航天工程由神舟号载人飞船系统、长征运载火箭系统、酒泉卫星发射中心飞船发射场系统、飞船测控与通信系统、航天员系统、科学研究和技术试验系统等组成，是我国在20世纪末期至21

4、世纪初期规模最庞大、技术最复杂的航天工程。 1999年11月20日、2001年1月10日、2002年3月25日、2002年12月30日，我国先后4次成功发射神舟一号至四号无人飞船，载人飞行已为时不远。 2003年10月15日，我国成功发射第一艘载人飞船神舟五号。21个小时23分钟的太空行程，标志着中国已成为世界上继前苏联俄罗斯和美国之后第3个能够独立开展载人航天活动的国家。 2005年10月12日，我国成功发射第二艘载人飞船神舟六号，并首次进行多人多天飞行试验 。 2008年9月25日，我国成功发射第三艘载人飞船神舟七号，并首次舱外活动成功。,中国航天大事记（1956今）,2,第二章 质点动力

5、学,动力学主要研究物体间的相互作用，以及相互作用所引起物体运动状态变化的规律。,本章教学内容:,牛顿运动定律的基本内容及牛顿第二定律的应用,冲量动量、动量定理动量守恒定律,功动能、动能定理功能原理、机械能守恒定律,力矩角动量、角动量定理角动量守恒定律,3,基 本 要 求,第二章 质点动力学,1.掌握牛顿定律的基本内容及其适用条件,2.熟练掌握用隔离体法分析物体的受力情况, 能用微积分方法求解变力作用下的简单质点动力学问题,3.理解冲量、动量、功、势能和角动量的概念；能计算变力的功，理解保守力作功的特点以及与势能的关系,4.掌握质点的动量定理、动能定理 、功能原理和 角动量定理，并能熟练运用,5

6、.掌握动量守恒、机械能守恒和角动量守恒适用的条件。掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法,6.了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点,4,第二章 质点动力学,5,第二章 质点动力学,今日内容：,一.牛顿运动定律及其应用,二.动量定理与动量守恒定律,6,2.1 牛顿运动定律及其应用,牛顿运动定律是经典力学的基本定律。在前人的研究基础上，牛顿创立了经典力学。1687年，他在自然哲学的数学原理著作中，定义了时间、空间、质量和力等基本概念，建立了力学的公理体系。这些公理体系的基础是牛顿三大定律。,7,2.1 牛顿运动定律及其应用 第一定律,任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变这种

7、运动状态为止。,一.牛顿第一定律,惯性：任何物质都有保持其原来运动状态的性质。 力：物体之间的相互作用。,给出了两个重要的概念：惯性和力,揭示了物质处于永恒的运动状态的根本原因。,8,2.1 牛顿运动定律及其应用 第二定律,当 时，质量m为常量,二.牛顿第二定律,物体受合外力 作用时，它的动量 将发生变化。某时刻物体动量对时间的变化率等于该时刻作用在质点上的合外力。,数学形式：,9,注意:,2.1 牛顿运动定律及其应用 第二定律,是瞬时作用规律，力的瞬时效应。,第二定律指出了力、加速度、质量三者间的定量关系，既可以看作是质量的定义，也可以看作是力的定义。,是一实验定律，不能由理论推导出来，是牛

8、顿力学的核心。,当质点的质量随时间变化时， 成立， 但 已不适用。,10,三.牛顿第三定律,两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反且沿着一条直线。,数学形式：,（作用与反作用定律）,2.1 牛顿运动定律及其应用 第三定律,相对性,同时性,同性质,不平衡性,11,2.1 牛顿运动定律及其应用 万有引力,四.常见的力,力是物体之间使物体加速或变形的相互作用。,1. 万有引力：存在于任何两个物体之间的由质量引起的相互吸引力,重力是指物体在行星及其它天体表面所受到的引力，常说的重力是指地球对地球上物体的万有引力。,大小：,大小：,方向？,方向？,12,广义胡克定律：,2. 弹性力：发生形

9、变的物体，由于要恢复原状，会对与它接触的物体产生力的作用，这种因弹性形变而产生的力。,2.1 牛顿运动定律及其应用 弹性力,13,2.1 牛顿运动定律及其应用 摩擦力,3. 摩擦力：当两个相互接触的物体之间有相对运动,或相对运动趋势时，在接触面上产生的阻碍运动的机械相互作用，称为摩擦。摩擦产生的力称为摩擦力。,静摩擦力：,滑动摩擦力：,一般情况下，滑动摩擦系数小于滑动静摩擦系数。,静摩擦系数,滑动摩擦系数,正压力,14,加速运动,静止,惯性系：惯性定律（牛顿第一定律）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。,非惯性系：牛顿第一定律在其中不成立的

10、参考系。,五.惯性参考系与非惯性参考系,2.1 牛顿运动定律及其应用 惯性系,15,2.1 牛顿运动定律及其应用 惯性系,判断：离其它物体足够远，在所研究问题中可忽略其它物体的作用力，同时本身无自转，或其自转运动的影响可忽略的物体视为惯性系。,根据问题的实际情况选择近似的实用惯性系,16,2.1 牛顿运动定律及其应用 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。,凡相对于惯性系作匀速直线运动的一切参考系都是惯性系。,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。,17,2.1 牛顿运动定律及其应用 应用,适用范围: 1.只适用于质点或作平动的物体。 2.只适

11、用于惯性系。在动力学问题中，我们没有自由选择参考系的权利了，只能在惯性系中运用牛顿运动定律。 3.适用于低速领域的宏观物体。,六.牛顿定律的应用,18,2.1 牛顿运动定律及其应用,19,解：以潜艇为研究对象，受力如图：,在地球系中建立如图坐标系,由牛顿第二定律：,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,20,小结：变力问题,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,21,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,小结：变力问题,22,解：,对不对？,能否在M系中用牛顿定律列方程？M是否惯性系？,此结果是以M为参考系得出的，如图,例2：,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,23,以地面为参考系, 列 M 的运

12、动方程：,注意,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,24,以地面为参考系, 列 m 的运动方程：,以地面为参考系列方程：,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,x,25,由(1)、(3)、(4) 解得：,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,可用极限法检验三种极限情况：,26,小结：彼此相对运动的关联体问题,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,27,牛顿运动定律只对惯性系成立。,注意：,非惯性系中的牛顿运动定律：请参看P70,2.1 牛顿运动定律及其应用 练习,28,第二章 质点动力学,今日内容：,一.牛顿运动定律及其应用,二.动量定理与动量守恒定律,29,为何你毫不在乎树上掉下的树叶，却很畏惧空

13、中掉下的大石块？,2.2 动量定理与动量守恒定律,30,一.动量与冲量,2.2 动量定理与动量守恒定律 动量与冲量,2. 冲量：力与其作用时间的乘积，用 表示。,力在dt 时间内的元冲量：,力在t1到t2时间间隔内的总冲量：,31,2.2 动量定理与动量守恒定律 动量与冲量,1. 动量和冲量都是矢量，动量与速度同方向,2. 动量具有矢量性、瞬时性和相对性。,3. 动量是物质运动的一种量度； 冲量是物体运动状态发生变化的原因，是任何力在时间过程中的累积效应的量度。,32,2.2 动量定理与动量守恒定律 动量定理,二.质点的动量定理,1. 微分形式,2. 积分形式,质点动量随时间的变化率等于质点所

14、受的合外力,质点所受合力的冲量等于质点动量的增量,33,2.2 动量定理与动量守恒定律 动量定理,分量式：,冲量 是 对时间的累积效应，其效果在于改变物体的动量。,34,例1.物体m=1kg，v0=0，受到与水平方向成37的变力F=1.12t 作用。物体与水平面间摩擦系数=0.2，求t =3s 时物体的速度。,2.2 动量定理与动量守恒定律 练习,35,解：,对吗？,2.2 动量定理与动量守恒定律 练习,36,物体可能飞离桌面， 何时飞离？,？,2.2 动量定理与动量守恒定律 练习,37,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？,？,则：,？,2.2 动量定理与动量守恒定律 练习,38,小结：通过本题体会存在变力作用时的动量 定理应用,？,2.2 动量定理与动量守恒定律 练习,39,三.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：,2.2 动量定理与动量守恒定律 动量定理,40,注意：牛顿第二定律反映了力的瞬时效应；而动量定理则反映力对时间的累积效应，即加速度与合外力对应，而动量变化与合外力的冲量对应。,内力的冲量起什么作用呢？,改变质点系总动量在系内各质点间的分配。,注意：,