第3动量与角动量优秀PPT.ppt
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1、第3动量与角动量1现在学习的是第1页,共77页第第3 动量守恒定律与角动量守恒定律动量守恒定律与角动量守恒定律 1 质点运动的动量定理质点运动的动量定理 2 质点系的动量定理质点系的动量定理 动量守恒定律动量守恒定律 3 质心质心 质心运动定理质心运动定理 4 角动量定理角动量定理 角动量守恒定律角动量守恒定律 2现在学习的是第2页,共77页1 质点运动的动量定理质点运动的动量定理 一、力的冲量一、力的冲量 二、二、质点运动的动量定理质点运动的动量定理3现在学习的是第3页,共77页1 质点运动的动量定理质点运动的动量定理 一、力的冲量一、力的冲量 定义:定义:力力 作用时间为作用时间为 ,则则
2、 称为力称为力在在 时间间隔内的冲量,时间间隔内的冲量,记作记作 SI单位单位4现在学习的是第4页,共77页定义式定义式若在若在 t 间隔内物体间隔内物体受力受力依次为依次为 相应作用相应作用时间时间依次为依次为则在则在 t 间隔内力的冲量为间隔内力的冲量为冲量冲量矢量矢量过程量过程量若力的变若力的变化连续化连续5现在学习的是第5页,共77页二、质点运动的动量定理二、质点运动的动量定理由牛顿第由牛顿第二定律二定律质点运动的质点运动的动量定理动量定理微分形式微分形式积分形式积分形式6现在学习的是第6页,共77页某方向受到冲量,该方向上动量就增加某方向受到冲量,该方向上动量就增加说明说明 分量表示
3、分量表示7现在学习的是第7页,共77页1)定理的形式特征定理的形式特征 (过程量过程量)=(状态量的增量状态量的增量)2)估算平均作用力估算平均作用力讨论讨论思考思考:为什么向水泥墙内钉钉子要用锤子呢?:为什么向水泥墙内钉钉子要用锤子呢?大力士除外大力士除外将积分用平均将积分用平均力代替力代替动量定动量定理写为理写为平均力写平均力写为为视频视频:动量定:动量定理的应用理的应用8现在学习的是第8页,共77页例:动量定理解释了例:动量定理解释了“逆风行舟逆风行舟”船船演示演示前前进进方方向向风吹来风吹来取一小块风取一小块风dm为研究对象为研究对象初初末末由牛顿第由牛顿第三定律三定律前前进进方方向向
4、风对帆的冲量大小风对帆的冲量大小方向与方向与 相反相反9现在学习的是第9页,共77页动量定理常应用于碰撞问题动量定理常应用于碰撞问题注意注意 越小,则越小,则 越大越大在在 一定时一定时10现在学习的是第10页,共77页 例例1一质量为一质量为0.05 kg、速、速率为率为10 ms-1的刚球,以与钢板的刚球,以与钢板法线呈法线呈45角的方向撞击在钢板角的方向撞击在钢板上,并以相同的速率和角度弹上,并以相同的速率和角度弹回来设碰撞时间为回来设碰撞时间为0.05 s求求在此时间内钢板所受到的平均在此时间内钢板所受到的平均冲力冲力O11现在学习的是第11页,共77页 解解由动量定理得:由动量定理得
5、:方向与方向与 轴正向相同轴正向相同O12现在学习的是第12页,共77页2 质点系的动量定理质点系的动量定理 动量守恒定律动量守恒定律一、质点系一、质点系二、质点系的动量定理二、质点系的动量定理 动量守恒定律动量守恒定律三、火箭飞行原理三、火箭飞行原理-变质量问题变质量问题13现在学习的是第13页,共77页一、质点系一、质点系 N个质点组成的系统个质点组成的系统-研究对象研究对象内力内力 internal force 系统系统内部内部各质点间的相互作用力各质点间的相互作用力质点系质点系 特点:特点:成对出现;成对出现;大小相等方向相反大小相等方向相反结论:结论:质点系的内力之和质点系的内力之和
6、为零为零质点系中的重要结论之一质点系中的重要结论之一14现在学习的是第14页,共77页 外力外力 external force 系统系统外部外部对质点系对质点系内部内部质点的作用力质点的作用力约定约定:系统内任一质点系统内任一质点受力之和受力之和写写成成外力之和外力之和内力之和内力之和质点系质点系15现在学习的是第15页,共77页二、二、质点系的动量定理质点系的动量定理 动量守恒定律动量守恒定律方法方法:对每个质点分别使用牛顿定律对每个质点分别使用牛顿定律,然后然后利用利用质点系质点系内力内力的特点加以化简的特点加以化简 到到 最简形式。最简形式。第第1步,对步,对 mi 使用动量定理:使用动
7、量定理:外力冲量之和外力冲量之和 内力冲量之和内力冲量之和第第2步,步,对对所有所有质质点点求和求和:16现在学习的是第16页,共77页质点系质点系由于每个质点的受力时间由于每个质点的受力时间dt 相同相同所以:所以:第第3步,化简步,化简上式:上式:先先看看外力外力冲量之和冲量之和将所有的外力将所有的外力共点力相加共点力相加写成:写成:17现在学习的是第17页,共77页内力的冲量之内力的冲量之和为零和为零再再看看内力内力冲量之和冲量之和同样同样,由于每个质点的受力时间,由于每个质点的受力时间dt 相同相同所以:所以:因为因为内力之和为零:内力之和为零:所以有结论:所以有结论:质点系的重要结论
8、之二质点系的重要结论之二18现在学习的是第18页,共77页最后最后简写右边简写右边令令:则则,质点系的动量定理为,质点系的动量定理为(积分形式)(积分形式)19现在学习的是第19页,共77页当当动量守恒定律动量守恒定律动量定理动量定理讨论讨论 1.动量守恒定律是牛顿第三定律的必然推论。动量守恒定律是牛顿第三定律的必然推论。2.动量定理及动量守恒定律只适用于惯性系。动量定理及动量守恒定律只适用于惯性系。微分形式?微分形式?可以写成可以写成吗吗?注意后面注意后面的讲解。的讲解。20现在学习的是第20页,共77页4.若若某个方向某个方向上合外力为上合外力为零零,则,则该方向该方向上动量上动量守守恒恒
9、,尽管总动量可能并不守恒,尽管总动量可能并不守恒 5.当当外力外力内力内力且作用时间且作用时间极短时极短时(如碰撞)(如碰撞)6.动量守恒定律比牛顿定律更动量守恒定律比牛顿定律更普遍、更基本普遍、更基本,在宏观,在宏观和微观领域均适用。和微观领域均适用。可认为动量可认为动量近似守恒近似守恒。7.用守恒定律作题,应注意分析用守恒定律作题,应注意分析 过程、系统过程、系统 和条件。和条件。3.动量若在某一动量若在某一惯性系惯性系中中守恒守恒,则在其它,则在其它 一切惯性系一切惯性系中中均守恒均守恒。21现在学习的是第21页,共77页 守恒条件:守恒条件:合外力为零合外力为零 当当 时,可近似地认为
10、时,可近似地认为 系统总动量守恒系统总动量守恒22现在学习的是第22页,共77页 若若 ,但满足,但满足有有23现在学习的是第23页,共77页1、质量为M1.5 kg的物体,用一根长为l1.25 m的细绳悬挂在天花板上今有一质量为m10 g的子弹以v0500 m/s的水平速度射穿物体,刚穿出物体时子弹的速度大小v 30 m/s,设穿透时间极短求:(1)子弹刚穿出时绳中张力的大小;(2)子弹在穿透过程中所受的冲量24现在学习的是第24页,共77页1解:(1)因穿透时间极短,故可认为物体未离开平衡位置因此,作用于子弹、物体系统上的外力均在竖直方向,故系统在水平方向动量守恒令子弹穿出时物体的水平速度
11、为v 有 mv0=mv+M vv=m(v0-v)/M=3.13 m/s T=Mg+Mv2/l=26.5 N(2)(设 反响为正方向)负号表示冲量方向与 相反25现在学习的是第25页,共77页2.静水中停着两条质量均为M的小船,当第一条船中的一个质量为m的人以水平速度 (相对于地面)跳上第二条船后,两船运动的速度各多大?(忽略水对船的阻力)解:以人与第一条船为系统,因水平方向合外力为零。所以水平方向动量守恒,则有:Mv1+mv=0v1=-mv/M再以人与第二条船为系统,因水平方向合外力为零。所以水平方向动量守恒,则有:mv=(m+M)v2 v2=mv/(M+m)26现在学习的是第26页,共77页
12、例例2 如图如图已知已知:地面光滑地面光滑初:单摆水平,静止初:单摆水平,静止求:求:下摆至下摆至 时,车的位移时,车的位移以例即将说明以例即将说明动量守恒和质心速度不变是动量守恒和质心速度不变是同义语同义语。动量动量守恒守恒的问题也可以利用的问题也可以利用 质心速度质心速度不变不变来解。来解。27现在学习的是第27页,共77页解解:法一法一 用动量守恒定律用动量守恒定律选选 M+m 为系统为系统画系统画系统 受力图受力图28现在学习的是第28页,共77页相对车的位移相对车的位移负号说明,车向负号说明,车向X的负向运动的负向运动#29现在学习的是第29页,共77页法二法二 利用质心运动定理利用
13、质心运动定理解:解:根据根据质心运动定理,有质心运动定理,有结论结论系统初始时系统初始时静止静止任意时刻任意时刻又由又由质心质心速度定义速度定义可知质心位置是可知质心位置是一一定值定值(即质心位置不变)。(即质心位置不变)。30现在学习的是第30页,共77页由于由于质心位置不变质心位置不变任意任意时刻质心坐时刻质心坐标:标:31现在学习的是第31页,共77页 “神州神州”号飞船升空号飞船升空三、火箭飞行原理三、火箭飞行原理-变质量问题变质量问题32现在学习的是第32页,共77页神舟六号待命飞天神舟六号待命飞天注:照片摘自新华网33现在学习的是第33页,共77页神舟六号点火升空神舟六号点火升空注
14、:照片摘自新华网34现在学习的是第34页,共77页神舟六号发射成功神舟六号发射成功http:/ 粘附粘附 主体的质量增加(如滚雪球)主体的质量增加(如滚雪球)抛射抛射 主体的质量减少(如火箭发射)主体的质量减少(如火箭发射)还还有有另另一一类类变变质质量量问问题题是是在在高高速速(v c)情情况况下下,这这时时即即使使没没有有粘粘附附和和抛抛射射,质质量量也也可可以以改改变变 随随速速度度变变化化 m=m(v),这这是是相相对对论论情情形形,不在本节讨论之列。不在本节讨论之列。变质量问题(低速,变质量问题(低速,v c)有)有两两类:类:下面仅以火箭飞行原理为例,讨论变质量问题。下面仅以火箭飞
15、行原理为例,讨论变质量问题。36现在学习的是第36页,共77页三、火箭飞行原理三、火箭飞行原理 (rocket)特征特征:火箭体在飞行过程中火箭体在飞行过程中,由于不断地向外喷气由于不断地向外喷气,所以火箭体的质量不断地变化。飞行速度?所以火箭体的质量不断地变化。飞行速度?取取微小微小过程,即过程,即微小微小的时间间隔的时间间隔d t火箭体质量为火箭体质量为M速度速度喷出的气体喷出的气体系统:火箭箭体系统:火箭箭体 和和dt 间隔内喷出的气体间隔内喷出的气体-喷气速度喷气速度(相对火箭体)相对火箭体)37现在学习的是第37页,共77页火箭体质量为火箭体质量为速度速度喷出的气体喷出的气体系统:火
16、箭箭体系统:火箭箭体 和和dt 间隔内喷出的气体间隔内喷出的气体根据动量定理列出原理式:根据动量定理列出原理式:假设在自由空间发射,假设在自由空间发射,注意到:注意到:dm=-dM,按图示,可写出分量式,稍加整理为:按图示,可写出分量式,稍加整理为:38现在学习的是第38页,共77页提高火箭速度的途径有二:提高火箭速度的途径有二:第一条是提高火箭喷气速度第一条是提高火箭喷气速度u第二条是加大火箭质量比第二条是加大火箭质量比M0/M对应的措施是:对应的措施是:选优质燃料选优质燃料 采取多级火箭采取多级火箭39现在学习的是第39页,共77页求求:绳子被拉上任一段后,绳端的拉力:绳子被拉上任一段后,
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