质点力学中的守恒定律课件.ppt

《质点力学中的守恒定律课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《质点力学中的守恒定律课件.ppt（85页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于质点力学中的守恒定律现在学习的是第1页，共85页国际单位：焦耳（J）Nm 质点由质点由a点沿曲线运动到点沿曲线运动到b点的过程中，变力点的过程中，变力 所所作的功作的功。元功：现在学习的是第2页，共85页合力的功：结论：合力对质点所作的功等于每个分力对质点作功合力对质点所作的功等于每个分力对质点作功之代数和之代数和 。现在学习的是第3页，共85页在直角坐标系在直角坐标系Oxyz中中 现在学习的是第4页，共85页功率是反映作功快慢程度的物理量。功率是反映作功快慢程度的物理量。功率：单位时间内所作的功。单位时间内所作的功。单位时间内所作的功。单位时间内所作的功。平均功率：瞬时功率：瓦特（W）=

2、（J/s）现在学习的是第5页，共85页例例例例1 1、设作用在质量为设作用在质量为2kg的物体上的力的物体上的力F=6t N。如果物体。如果物体由静止出发沿直线运动，在头由静止出发沿直线运动，在头2（s）内这力作了多少功）内这力作了多少功？解：两边积分：两边积分：现在学习的是第6页，共85页2-2 动能和动能定理 动能：质点因有速度而具有的作功本领。质点因有速度而具有的作功本领。单位：（J）设质点设质点m在力的作用下沿曲在力的作用下沿曲线从线从a点移动到点移动到b点点元功：元功：1质点动能定理质点动能定理现在学习的是第7页，共85页总功：质点的动能定理：合外力对质点所做的功等于质点动能的增量。

3、合外力对质点所做的功等于质点动能的增量。现在学习的是第8页，共85页2-3 势能 机械能守恒定律一一.保守力做功保守力做功1.重力做功重力做功初始位置初始位置末了位置末了位置现在学习的是第9页，共85页 重力做功仅取决于质点的始、末位置重力做功仅取决于质点的始、末位置z za a和和z zb b，与质点，与质点经过的具体路径无关。经过的具体路径无关。2.万有引力作功万有引力作功 设质量为设质量为M的质点固定，的质点固定，另一质量为另一质量为m的质点在的质点在M 的的引力场中从引力场中从a a点运动到点运动到b b点。点。cMab现在学习的是第10页，共85页 万有引力作功只与质点的始、末位置有

4、关，而万有引力作功只与质点的始、末位置有关，而与具体路径无关。与具体路径无关。3.弹性力的功弹性力的功xbboxamxamFx由胡克定律：由胡克定律：现在学习的是第11页，共85页 弹性力作功只与弹簧的起始和终了位置有关，而与弹弹性力作功只与弹簧的起始和终了位置有关，而与弹性变形的过程无关。性变形的过程无关。4.保守力：作功与路径无关，只与始末位置有关的力。作功与路径无关，只与始末位置有关的力。现在学习的是第12页，共85页保守力的特点：保守力沿任何闭合路径作功等于零。保守力沿任何闭合路径作功等于零。证明：设保守力沿闭合路径设保守力沿闭合路径acbda作功作功abcd按保守力的特点：按保守力的

5、特点：因为：因为：所以：所以：证毕现在学习的是第13页，共85页1.保守力的功与势能的关系：物体在保守力场中物体在保守力场中a、b两点的势能两点的势能Epa与与 Epb之差，等于质点之差，等于质点由由a点移动到点移动到b点过程中保守力所做的功点过程中保守力所做的功Wab。保守力做功在数值上等于系统势能增量的负值。保守力做功在数值上等于系统势能增量的负值。二.势能由物体的相对位置所确定的系统能量称为由物体的相对位置所确定的系统能量称为势能势能现在学习的是第14页，共85页说明：说明：（1）势能是一个系统的属性。）势能是一个系统的属性。势能的大小只有相对的意义，相对于势能的大小只有相对的意义，相对

6、于势能的零点而言。势能的零点而言。（2）（3）势能的零点可以任意选取。）势能的零点可以任意选取。设空间设空间r0点为势能的零点，则空间任意一点点为势能的零点，则空间任意一点 r的势的势能为：能为：结论：结论：空间某点的势能空间某点的势能Ep在数值上等于质点从该点移在数值上等于质点从该点移动到势能零点时保守力做的功。动到势能零点时保守力做的功。现在学习的是第15页，共85页2.重力势能：重力势能：（地面（地面（h=0=0）为势能零点）为势能零点）（弹簧平衡位置处为势能零点）（弹簧平衡位置处为势能零点）引力势能：引力势能：（无限远处为势能零点）（无限远处为势能零点）弹性势能：弹性势能：现在学习的是

7、第16页，共85页保守力与势能的积分关系：保守力与势能的微分关系：因为：因为：因为：因为：现在学习的是第17页，共85页所以：所以：保守力的矢量式：保守力沿各坐标方向的分量，在数值上等于系统的势保守力沿各坐标方向的分量，在数值上等于系统的势能沿相应方向的空间变化率的负值，其方向指向势能降低能沿相应方向的空间变化率的负值，其方向指向势能降低的方向。的方向。结论：现在学习的是第18页，共85页三质点系的动能定理三质点系的动能定理 i i i一个由一个由n个质点组成的质点系，考察第个质点组成的质点系，考察第i个质点。个质点。质点的动能定理：质点的动能定理：对系统内所有质点求和对系统内所有质点求和 现

8、在学习的是第19页，共85页 质点系动能的增量等于作用于系统的所有外力和内力质点系动能的增量等于作用于系统的所有外力和内力作功之代数和。作功之代数和。质点系的动能定理：内力做功可以改变系统内力做功可以改变系统的总动能。的总动能。值得注意：现在学习的是第20页，共85页机械能守恒定律质点系的动能定理：质点系的动能定理：其中其中现在学习的是第21页，共85页机械能 质点系机械能的增量等于所有外力和所有非保质点系机械能的增量等于所有外力和所有非保守内力所作功的代数和。守内力所作功的代数和。质点系的功能原理如果如果，机械能守恒现在学习的是第22页，共85页 当系统当系统只受保守内力作功只受保守内力作功

9、时，质点系的总机械能时，质点系的总机械能保持不变。保持不变。机械能守恒定律 注意：（1 1）机械能守恒定律只适用于惯性系，不适合于非）机械能守恒定律只适用于惯性系，不适合于非惯性系。这是因为惯性力可能作功。惯性系。这是因为惯性力可能作功。（2 2）在某一惯性系中机械能守恒，但在另一惯性系）在某一惯性系中机械能守恒，但在另一惯性系中机械能不一定守恒。这是因为外力的功与参考系中机械能不一定守恒。这是因为外力的功与参考系的选择有关。对一个参考系外力功为零，但在另一的选择有关。对一个参考系外力功为零，但在另一参考系中外力功也许不为零。参考系中外力功也许不为零。现在学习的是第23页，共85页例例3.传送

10、带沿斜面向上运行速度为传送带沿斜面向上运行速度为v=1m/s，设物料无初，设物料无初速地每秒钟落到传送带下端的质量为速地每秒钟落到传送带下端的质量为M=50kg/s，并被输送，并被输送到高度到高度h=5m处，求配置的电动机所需功率。（忽略一切由处，求配置的电动机所需功率。（忽略一切由于摩擦和碰撞造成的能量损失）于摩擦和碰撞造成的能量损失）解：解：在在t 时间内，质量为时间内，质量为Mt 的物料落到皮带上，的物料落到皮带上，并获得速度并获得速度v。t内内系统动能的增量：系统动能的增量：重力做功：重力做功：现在学习的是第24页，共85页电动机对系统做的功：电动机对系统做的功：由动能定理：由动能定理

11、：现在学习的是第25页，共85页例例4.一长度为一长度为2l的均质链条，平衡地悬挂在一光滑圆的均质链条，平衡地悬挂在一光滑圆柱形木钉上。若从静止开始而滑动，求当链条离开木柱形木钉上。若从静止开始而滑动，求当链条离开木钉时的速率（木钉的直径可以忽略）钉时的速率（木钉的直径可以忽略）解解设单位长度的质量为设单位长度的质量为始末两态的中心分别为始末两态的中心分别为c和和c机械能守恒：机械能守恒：解得解得现在学习的是第26页，共85页例例5.5.计算第一，第二宇宙速度计算第一，第二宇宙速度1.1.第一宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度已知：地球半径为已知：地球半径为R，质量为，质量为M，卫星

12、质量为，卫星质量为m。要使卫星。要使卫星在距地面在距地面h高度绕地球作匀速高度绕地球作匀速圆周运动，求其发射速度。圆周运动，求其发射速度。解：解：设发射速度为设发射速度为v1，绕地球的运动速度为，绕地球的运动速度为v。机械能守恒：机械能守恒：RMm现在学习的是第27页，共85页由万有引力定律和牛顿定律：由万有引力定律和牛顿定律：解方程组，得：解方程组，得：代入上式，得：代入上式，得：现在学习的是第28页，共85页2.第二宇宙速度第二宇宙速度宇宙飞船脱离地球引力而必须具有的发射速度宇宙飞船脱离地球引力而必须具有的发射速度（1）脱离地球引力时，飞船的动能必须大于或至少）脱离地球引力时，飞船的动能必

13、须大于或至少 等于零。等于零。由机械能守恒定律：由机械能守恒定律：解得：解得：（2）脱离地球引力处，飞船的引力势能为零。）脱离地球引力处，飞船的引力势能为零。现在学习的是第29页，共85页例例2 如图所示，用质量为如图所示，用质量为M的铁锤把质量为的铁锤把质量为m 的钉子敲入的钉子敲入木板。设木板对钉子的阻力与钉子进入木板的深度成正木板。设木板对钉子的阻力与钉子进入木板的深度成正比。在铁锤敲打第一次时，能够把钉子敲入比。在铁锤敲打第一次时，能够把钉子敲入1cm深，若深，若铁锤第二次敲钉子的速度情况与第一次完全相同，问第铁锤第二次敲钉子的速度情况与第一次完全相同，问第二次能把钉子敲入多深？二次能

14、把钉子敲入多深？解解解解设铁锤敲打钉子前的设铁锤敲打钉子前的速度为速度为v0，敲打后两者的共同速敲打后两者的共同速度为度为v。现在学习的是第30页，共85页铁锤第一次敲打时，克服阻力做功，设钉子所受阻力铁锤第一次敲打时，克服阻力做功，设钉子所受阻力大小为：大小为：由动能定理，由动能定理，有：有：设铁锤第二次敲打时能敲入的深度为设铁锤第二次敲打时能敲入的深度为S，则有，则有现在学习的是第31页，共85页化简后化简后第二次能敲入的深度为：第二次能敲入的深度为：现在学习的是第32页，共85页2-5 2-5 动量守恒定律动量守恒定律一.动量车辆超载容易引车辆超载容易引发交通事故发交通事故车辆超速容易引

15、车辆超速容易引发交通事故发交通事故现在学习的是第33页，共85页结论：结论：物体的运动状态不仅取决于速度，而且与物体的物体的运动状态不仅取决于速度，而且与物体的质量有关。质量有关。动量：动量：运动质点的质量与速度的乘积。运动质点的质量与速度的乘积。单位：单位：kgms-1由由n个质点所构成的质点系的动量：个质点所构成的质点系的动量：现在学习的是第34页，共85页二.动量定理1质质点的点的动动量定理量定理 运动员在投掷标运动员在投掷标枪时，伸直手臂，尽枪时，伸直手臂，尽可能的延长手对标枪可能的延长手对标枪的作用时间，以提高的作用时间，以提高标枪出手时的速度。标枪出手时的速度。冲量是反映力对时间的

16、累积效应。冲量是反映力对时间的累积效应。冲量：冲量：作用力与作用时间的乘作用力与作用时间的乘积。积。恒力的冲量：恒力的冲量：现在学习的是第35页，共85页变力的冲量：变力的冲量：单位：单位：Ns牛顿运动定律：牛顿运动定律：动量定理的微分式：动量定理的微分式：如果力的作用时间从如果力的作用时间从 ，质点动量从，质点动量从 现在学习的是第36页，共85页质点动量定理：质点动量定理：质点在运动过程中，所受合外力的冲量等质点在运动过程中，所受合外力的冲量等于质点动量的增量。于质点动量的增量。说明：说明：（1 1）冲量的方向冲量的方向 与动量增量与动量增量 的方向一致。的方向一致。动量定理中的动量和冲量

17、都是矢量，符合矢动量定理中的动量和冲量都是矢量，符合矢量叠加原理。因此在计算时可采用平行四边量叠加原理。因此在计算时可采用平行四边形法则。或把动量和冲量投影在坐标轴上以形法则。或把动量和冲量投影在坐标轴上以分量形式进行计算。分量形式进行计算。（2 2）现在学习的是第37页，共85页平均冲力：平均冲力：现在学习的是第38页，共85页结论：结论：物体动量变化一定的情况下，作用时间越长，物物体动量变化一定的情况下，作用时间越长，物体受到的平均冲力越小；反之则越大。体受到的平均冲力越小；反之则越大。海绵垫子可海绵垫子可以延长运动员下以延长运动员下落时与其接触的落时与其接触的时间，这样就减时间，这样就减

18、小了地面对人的小了地面对人的冲击力。冲击力。现在学习的是第39页，共85页2质质点系的点系的动动量定理量定理设设 有有n n个质点构成一个系统个质点构成一个系统第第i个质点：个质点：外力外力内力内力初速度初速度末速度末速度质量质量由质点动量定理：由质点动量定理：i i i现在学习的是第40页，共85页F1f12m1m2f21F2其中：其中：系统总末动量：系统总末动量：系统总初动量：系统总初动量：合外力的冲量：合外力的冲量：系统总末动量：系统总末动量：系统总初动量：系统总初动量：现在学习的是第41页，共85页质点系的动量定理：微分式：微分式：质点系统所受合外力的冲量等于系统总动量的增量。质点系统

19、所受合外力的冲量等于系统总动量的增量。注意：注意：系统的内力不能改变整个系统的总动量。系统的内力不能改变整个系统的总动量。现在学习的是第42页，共85页例例1、质量质量m=1kg的质点从的质点从o点开始沿半径点开始沿半径R=2m的的圆周运动。以圆周运动。以o点为自然坐标原点。已知质点的运动点为自然坐标原点。已知质点的运动方程为方程为 m。试求从。试求从 s到到 s这段时这段时间内质点所受合外力的冲量。间内质点所受合外力的冲量。解：解：m mv v2 2m mv v1 1o现在学习的是第43页，共85页 现在学习的是第44页，共85页例例5.一颗子弹在枪筒里前进时所受的合力大小为一颗子弹在枪筒里

20、前进时所受的合力大小为F=400-4 105 t/3，子弹从枪口射出时的速率为，子弹从枪口射出时的速率为300 m/s。设子弹。设子弹离开枪口处合力刚好为零。求：（离开枪口处合力刚好为零。求：（1）子弹走完枪筒全）子弹走完枪筒全长所用的时间长所用的时间t。（。（2）子弹在枪筒中所受力的冲量）子弹在枪筒中所受力的冲量I。（3）子弹的质量。）子弹的质量。解：解：解：解：（1）（2）（3）现在学习的是第45页，共85页三.动量守恒定律质点系的动量定：质点系的动量定：当当时，有有系统所受合外力为零时，系统的总动量保持不变。系统所受合外力为零时，系统的总动量保持不变。条件：条件：动量守恒定律：现在学习的

21、是第46页，共85页说明：（1 1）系统的总动量守恒并不意味着系统内各个质点的动）系统的总动量守恒并不意味着系统内各个质点的动量不变，而是指系统动量总和不变。量不变，而是指系统动量总和不变。（2 2）当外力作用远小于内力作用时，可近似认为）当外力作用远小于内力作用时，可近似认为系统的总动量守恒。（如：碰撞，打击等）系统的总动量守恒。（如：碰撞，打击等）动量守恒的分量式：动量守恒的分量式：动量守恒定律是物理学中最重要、最普遍的规律之一，它动量守恒定律是物理学中最重要、最普遍的规律之一，它不仅适合宏观物体，同样也适合微观领域。不仅适合宏观物体，同样也适合微观领域。现在学习的是第47页，共85页2-

22、7 碰撞 两个或两个以上的物体在运动中两个或两个以上的物体在运动中发生极其短暂的相互作用，使物体的发生极其短暂的相互作用，使物体的运动状态发生急剧变化，这一过程称运动状态发生急剧变化，这一过程称为为碰撞碰撞。现在学习的是第48页，共85页动量守恒动量守恒完全弹性完全弹性碰撞：碰撞：碰撞碰撞后物体后物体系统系统的机械能没有损失的机械能没有损失。非弹性碰撞非弹性碰撞：碰撞碰撞后物体后物体系统系统的机械能有损失的机械能有损失。完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞：碰撞碰撞后物体后物体系统系统的机械能有损失的机械能有损失，且，且碰碰撞后撞后物体物体以同一速度运动以同一速度运动。现在学习的是第49页，共85页1

23、.完全弹性碰撞完全弹性碰撞(1)如果如果m1=m2，则，则v1=v20，v2=v10，即两物体在碰即两物体在碰撞时速度撞时速度发生了发生了交换交换。(2)如果如果v20=0,且且 m2 m1,则则v1=-v10,v2=0现在学习的是第50页，共85页2完全完全非非弹性碰撞弹性碰撞 由动量守恒定律由动量守恒定律完全非弹性碰撞中完全非弹性碰撞中动动能的损失能的损失 现在学习的是第51页，共85页牛顿的牛顿的碰撞定律碰撞定律：在一维对心碰撞在一维对心碰撞中，中，碰撞碰撞后两物体的后两物体的分离速度分离速度 v2 2-v1 1 与与碰撞碰撞前两物体的接近速度前两物体的接近速度 v1010-v2020

24、成正比成正比，比值由两物体的材料比值由两物体的材料性质性质决定决定。3非非弹性碰撞弹性碰撞 e 为恢复系数为恢复系数 e=0，则则v2=v1，为，为完全非弹性碰撞完全非弹性碰撞。e=1，则分离速度等于接近速度则分离速度等于接近速度，为，为完全弹性碰撞完全弹性碰撞。一般一般非弹性碰撞非弹性碰撞碰撞碰撞：0 e 1 现在学习的是第52页，共85页2-8 角动量守恒定律角动量守恒定律设：设：t t时刻质点的位矢时刻质点的位矢质点的动量质点的动量运动质点相对于参考原点运动质点相对于参考原点O O的的角动量角动量定义为定义为：单位：单位：Kg m2s-1一.质点的角动量现在学习的是第53页，共85页角动

25、量大小：角动量大小：角动量大小：角动量大小：角动量的方向：角动量的方向：矢经矢经 和动量和动量 的矢积方向的矢积方向如果质点绕参考点如果质点绕参考点O作圆周运动作圆周运动角动量与所取的惯性系有关；角动量与所取的惯性系有关；角动量与参考点角动量与参考点O的位置有关。的位置有关。注意：注意：注意：注意：现在学习的是第54页，共85页质点对参考点的角动量在通过点的任意轴线上的投影，质点对参考点的角动量在通过点的任意轴线上的投影，称为质点称为质点对轴线的角动量对轴线的角动量。质点系的角动量质点系的角动量设各质点对设各质点对O点的位矢分别为点的位矢分别为动量分别为动量分别为现在学习的是第55页，共85页

26、二.力矩质点的角动量质点的角动量 随时间的变化率为随时间的变化率为 1力力对对参考点的力矩参考点的力矩式中式中现在学习的是第56页，共85页 质点角动量的改变不仅与所受的作用力质点角动量的改变不仅与所受的作用力 有有关，而且与参考点关，而且与参考点O到质点的位矢到质点的位矢 有关。有关。定义：定义：外力 对参考点O的力矩：力矩的大小：力矩的大小：力矩的方向由右手螺旋力矩的方向由右手螺旋关系确定，垂直于关系确定，垂直于 和确和确定的平面。定的平面。现在学习的是第57页，共85页设作用于质点系的作用力分别为：设作用于质点系的作用力分别为：作用点相对于参考点作用点相对于参考点O的位矢分别为：的位矢分

27、别为：相对于参考点相对于参考点O的合力矩的合力矩为：为：现在学习的是第58页，共85页三.角动量定理 角动量守恒定律 质点的角动量定理：质点的角动量定理：质点对某一参考点的角动量随时间的变化率等于质点对某一参考点的角动量随时间的变化率等于质点所受的合外力对同一参考点的力矩。质点所受的合外力对同一参考点的力矩。角动量定理的积分式：角动量定理的积分式：称为称为“冲量矩冲量矩”现在学习的是第59页，共85页质点系的角动量：质点系的角动量：两边对时间求导：两边对时间求导：上式中上式中上式中上式中合内力矩为零合内力矩为零现在学习的是第60页，共85页 质点系对某一参考点的角动量随时间的变化率等于系质点系

28、对某一参考点的角动量随时间的变化率等于系统所受各个外力对同一参考点力矩之矢量和。统所受各个外力对同一参考点力矩之矢量和。质点系角动量定理：质点系角动量定理：现在学习的是第61页，共85页质点系角动量定理的积分式：质点系角动量定理的积分式：作用于质点系的冲量矩等于质点系在作用时间内的角作用于质点系的冲量矩等于质点系在作用时间内的角动量的增量动量的增量 。如果如果则则质点或质点系的角动量守恒定律：质点或质点系的角动量守恒定律：当系统所受外力对某参考点的力矩之矢量和始终为零当系统所受外力对某参考点的力矩之矢量和始终为零时，质点系对该点的角动量保持不变。时，质点系对该点的角动量保持不变。现在学习的是第

29、62页，共85页质点系对质点系对z 轴的角动量守恒定律：轴的角动量守恒定律：系统所受外力对系统所受外力对z z轴力矩的代数和等于零，则质轴力矩的代数和等于零，则质点系对该轴的角动量守恒。点系对该轴的角动量守恒。角动量守恒定律是自然界的一条普遍定律，它有着广泛的应用。现在学习的是第63页，共85页证明开普勒第二定律：证明开普勒第二定律：行星和太阳之间的连线在相等时行星和太阳之间的连线在相等时间内扫过的椭圆面积相等间内扫过的椭圆面积相等。有心力作用下角动量守恒有心力作用下角动量守恒 证毕证毕 证证现在学习的是第64页，共85页2-5 2-5 守恒定律和对称性守恒定律和对称性现在学习的是第65页，共

30、85页例例3、火箭以火箭以2.5 103m/s的速率水平飞行，由控制器使火的速率水平飞行，由控制器使火箭分离。头部仓箭分离。头部仓m1=100kg，相对于火箭的平均速率为，相对于火箭的平均速率为103 m/s。火箭容器仓质量。火箭容器仓质量m2=200kg。求容器仓和头部仓相。求容器仓和头部仓相对于地面的速率。对于地面的速率。解：解：v=2.5103 m/svr=103 m/s 设：设：设：设：头部仓速率为头部仓速率为v1 1，容器仓速率为，容器仓速率为v2 2 现在学习的是第66页，共85页例例4.宇宙飞船在宇宙尘埃中飞行宇宙飞船在宇宙尘埃中飞行，尘埃密度为尘埃密度为。如果质。如果质量为量为

31、mo的飞船以初速的飞船以初速vo穿过尘埃穿过尘埃，由于尘埃粘在飞船上，由于尘埃粘在飞船上，致使飞船速度发生变化。求飞船的速度与其在尘埃中飞致使飞船速度发生变化。求飞船的速度与其在尘埃中飞行的时间的关系。（设飞船为横截面面积为行的时间的关系。（设飞船为横截面面积为S的圆柱体）的圆柱体）解：解：解：解：某时刻飞船速度：某时刻飞船速度：v，质量：，质量：m动量守恒：动量守恒：质量增量：质量增量：mv现在学习的是第67页，共85页现在学习的是第68页，共85页2-2-4 火箭飞行原理设：设：t 时刻：火箭的质量为时刻：火箭的质量为M，速度为速度为v；t+dt 时刻：时刻：火箭的质量为火箭的质量为M+d

32、M 速度为速度为v+dv 喷出气体的质量为喷出气体的质量为-dM 相对于火箭的速度为相对于火箭的速度为ur现在学习的是第69页，共85页略去二阶无穷小量略去二阶无穷小量 设：设：初始初始火箭总质量火箭总质量 M0 ，壳体本身的质量为壳体本身的质量为M1，燃料耗尽时火箭的速度为，燃料耗尽时火箭的速度为 现在学习的是第70页，共85页为质量比为质量比多级火箭：多级火箭：一级火箭速率：一级火箭速率：设各级火箭的质量比分别为设各级火箭的质量比分别为N1、N2、N3、二级火箭速率：二级火箭速率：三级火箭速率：三级火箭速率：现在学习的是第71页，共85页三级火箭所能达到的速率为：三级火箭所能达到的速率为：

33、设，设，N1=N2=N3=3得得这个速率已超过了第一宇宙速度。这个速率已超过了第一宇宙速度。现在学习的是第72页，共85页2-2-5 质心与质心运动定理1质质心心设由设由n个质点构成一质点系个质点构成一质点系 质量：质量：m1、m2、mn，位矢：位矢：、现在学习的是第73页，共85页质心位置的分量式：质心位置的分量式：质心位置的分量式：质心位置的分量式：连续体的质心位置：连续体的质心位置：连续体的质心位置：连续体的质心位置：对于密度均匀，形状对称的物体，其质心都对于密度均匀，形状对称的物体，其质心都在它的几何中心。在它的几何中心。说明：说明：现在学习的是第74页，共85页2质质心运心运动动定理

34、定理质心位置公式：结论：结论：质点系的总动量等于总质量与其质心运动速质点系的总动量等于总质量与其质心运动速度的乘积。度的乘积。由质点系动量定理的微分式可得：由质点系动量定理的微分式可得：现在学习的是第75页，共85页质心运动定理：质心运动定理：质心运动定理：质心运动定理：作用于质点系上的合外力等于质点系的总质量与作用于质点系上的合外力等于质点系的总质量与质心加速度的乘积。质心加速度的乘积。质心的两个重要性质：质心的两个重要性质：质心的两个重要性质：质心的两个重要性质：系统在外力作用下，质心的加速度等于外力系统在外力作用下，质心的加速度等于外力的矢量和除以系统的总质量。的矢量和除以系统的总质量。

35、（2 2）系统所受合外力为零时，质心的速度为一恒系统所受合外力为零时，质心的速度为一恒矢量，内力既不能改变质点系的总动量矢量，内力既不能改变质点系的总动量,也就也就不能改变质心的运动状态不能改变质心的运动状态。（1 1）现在学习的是第76页，共85页例例3.有质量为有质量为2m的弹丸，从地面斜抛出去，它的落地点为的弹丸，从地面斜抛出去，它的落地点为xc。如果它在飞行到最高点处爆炸成质量相等的两碎片。如果它在飞行到最高点处爆炸成质量相等的两碎片。其中一碎片铅直自由下落，另一碎片水平抛出，它们同其中一碎片铅直自由下落，另一碎片水平抛出，它们同时落地。问第二块碎片落在何处。时落地。问第二块碎片落在何

36、处。解：解：在爆炸的前后，质心始终在爆炸的前后，质心始终只受重力的作用，因此，只受重力的作用，因此，质心的轨迹为一抛物线，质心的轨迹为一抛物线，它的落地点为它的落地点为xc c。xcx2ox现在学习的是第77页，共85页 如果系统的状态在某种操作下保持不变，则称该系统如果系统的状态在某种操作下保持不变，则称该系统对于这一操作具有对于这一操作具有对称性对称性。如果某一物理现象或规律在某一变换下保持不变，则称该现象或规律具有该变换所对应的对称性。物理学中最常见的对称操作：物理学中最常见的对称操作：时间操作：时间操作：时间平移、时间反演等；时间平移、时间反演等；空间操作：空间操作：空间平移、旋转、镜

37、像反射、空间反演等。空间平移、旋转、镜像反射、空间反演等。时空操作：时空操作：伽利略变换、洛仑兹变换等。伽利略变换、洛仑兹变换等。现在学习的是第78页，共85页1空间的对称性及其操作（1）空间平移操作）空间平移操作系统具有空间平移对称性。系统具有空间平移对称性。（2）空间反演操作）空间反演操作空间反演操作下不空间反演操作下不变的系统具有对变的系统具有对O O点点的对称性。的对称性。现在学习的是第79页，共85页（3）镜像反射操作）镜像反射操作（4）空间旋转）空间旋转（球对称球对称）操作操作 在此操作下系统称具有球对称在此操作下系统称具有球对称性。性。保持不变保持不变现在学习的是第80页，共85

38、页（5）空间旋转）空间旋转（轴对称轴对称）操作操作保持不变对绕对绕 z 轴作任意旋转都不变的系统具有轴对称性。轴作任意旋转都不变的系统具有轴对称性。2时间的对称性及其操作（1）时间平移操作）时间平移操作，系统不变，系统不变例如例如,系统作周期性变化系统作周期性变化现在学习的是第81页，共85页（2）时间反演操作）时间反演操作系统具有时间反演对称性。系统具有时间反演对称性。3时空的对称性操作 物理规律对对于某一变换（也是一个时空联物理规律对对于某一变换（也是一个时空联合操作）具有不变性。合操作）具有不变性。如果对于某个物理学系统的运动施加限制（比如，施如果对于某个物理学系统的运动施加限制（比如，

39、施加外力或外力矩作用等），从而导致该系统原有的某些对加外力或外力矩作用等），从而导致该系统原有的某些对称性遭到破坏，物理上称这种情况为称性遭到破坏，物理上称这种情况为对称性破缺对称性破缺。4对称性破缺现在学习的是第82页，共85页2-5 2-5 守恒定律和对称性守恒定律和对称性 每一种对称性均对应于一个物理量的守恒律；反每一种对称性均对应于一个物理量的守恒律；反之，每一种守恒律均对应于一种对称性。之，每一种守恒律均对应于一种对称性。诺特定理：1动量守恒与空间平移对称性空间平移对称性反映了空间的均匀性质。空间平移对称性反映了空间的均匀性质。空间的均匀性是指一个给定的物理实验或空间的均匀性是指一个给定的物理实验或现象的进展过程和实验室的位置无关。现象的进展过程和实验室的位置无关。现在学习的是第83页，共85页系统势能的增加量为系统势能的增加量为 根据空间平移的对称性，应有：根据空间平移的对称性，应有：因此因此即即现在学习的是第84页，共85页2角动量守恒与空间旋转对称性空间的旋转对称性反映了空间的各向同性。空间的旋转对称性反映了空间的各向同性。旋转前后系统势能的增旋转前后系统势能的增量为量为 由空间的旋转对称性，有由空间的旋转对称性，有角动量守恒角动量守恒现在学习的是第85页，共85页