动量及动量守恒定律优秀PPT.ppt
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1、动量及动量守恒定律第1页,本讲稿共79页研究气体中分子的运动,星云中许多恒星的运动研究气体中分子的运动,星云中许多恒星的运动,这种情况下这种情况下,即使知道即使知道力的表达式力的表达式,要解决要解决1 1气体中分子也需要进行气体中分子也需要进行个变量进个变量进行计算,实际上是无法进行的。行计算,实际上是无法进行的。解决的方法:解决的方法:(1)(1)设法了解过程引起变化的总效果,讨论设法了解过程引起变化的总效果,讨论 的积分形式及物理意义的积分形式及物理意义(2)(2)运用统计的方法运用统计的方法(2)(2)如果研究对象是多粒子系统:如果研究对象是多粒子系统:第2页,本讲稿共79页一、质点的动
2、量定理一、质点的动量定理:、微分形式:、微分形式:称为合力的元冲量,用称为合力的元冲量,用 表示;表示;质点动量的微分等于作用在质点上合力的元冲量。说明质点质点动量的微分等于作用在质点上合力的元冲量。说明质点动量的变化,只有在冲量的作用下才有可能。动量的变化,只有在冲量的作用下才有可能。由由可得:可得:第3页,本讲稿共79页、积分形式:、积分形式:在某段时间内质点动量的增量,等于作用在质点上的在某段时间内质点动量的增量,等于作用在质点上的合力在同一时间内的冲量合力在同一时间内的冲量质点的动量定理质点的动量定理力力 在时间在时间 内的积累,称为力的冲量,用内的积累,称为力的冲量,用表示。表示。第
3、4页,本讲稿共79页若用力表示若用力表示 时间内合力的平均值时间内合力的平均值,动量定理在打击或碰撞问题中用来求平均力动量定理在打击或碰撞问题中用来求平均力打打击击或或碰碰撞撞,力力 的的方方向向保保持持不不变变,曲曲线线与与t t轴轴所所包包围围的的面面积积就就是是t t1 1到到t t2 2这这段段时时间间内内力力 的的冲冲量量的的大大小小,根根据据改改变变动动量量的的等等效效性性,得到平均力。得到平均力。第5页,本讲稿共79页说明说明()()是矢量是矢量()()是过程量是过程量(3)是力对时间的积累效应是力对时间的积累效应(4 4)分量形式)分量形式第6页,本讲稿共79页动量定理动量定理
4、(5)(5)动量定理是牛顿第二定律的积分形式,因此其适用范动量定理是牛顿第二定律的积分形式,因此其适用范围是围是惯性系惯性系。(6)(6)动量定理在处理动量定理在处理变质量变质量问题时很方便。问题时很方便。例例1、质质量量M=3t的的重重锤锤,从从高高度度h=1.5m处处自自由由落落到到受受锻锻压压的的工工件件上上,工工件件发发生生形形变变。如如果果作作用用的的时时间间(1)=0.1s,(2)=0.01s。试试求锤对工件的平均冲力。求锤对工件的平均冲力。h解解:以以重重锤锤为为研研究究对对象象,分分析析受受力力,作作受受力图:力图:第7页,本讲稿共79页动量定理动量定理h解解法法一一:锤锤对对
5、工工件件的的冲冲力力变变化化范范围围很很大大,采采用用平平均均冲冲力力计计算算,其其反反作作用用力力用用平平均均支支持力代替。持力代替。在竖直方向利用动量定理,取竖直向上为在竖直方向利用动量定理,取竖直向上为正。正。初状态动量为:初状态动量为:末状态动量为末状态动量为0 0得到:得到:解得:解得:第8页,本讲稿共79页动量定理动量定理代入代入M M、h h、的值,求得:的值,求得:()(2)(2)第9页,本讲稿共79页动量定理动量定理解解法法二二:考考虑虑从从锤锤自自由由下下落落到到静静止止的的整整个个过过程程,动动量量变变化化为零。为零。重力作用时间为重力作用时间为支持力的作用时间为支持力的
6、作用时间为 根根据据动动量量定定理理,整整个个过过程程合合外外力力的的冲冲量量为为零零,即即得到相同的结果得到相同的结果h第10页,本讲稿共79页0.10.010.0010.00016.5565505500在许多打击或碰撞类问题中在许多打击或碰撞类问题中,只要持续的时间较短只要持续的时间较短,可可略去略去重力。重力。第11页,本讲稿共79页例例:一物体受合力为一物体受合力为 (SI),做直线运动,做直线运动,试问在第二个试问在第二个5秒内和第一个秒内和第一个5秒内物体受冲量秒内物体受冲量之比及动量增量之比各为多少之比及动量增量之比各为多少?解:设物体沿解:设物体沿+x方向运动,做直线运动,方向
7、运动,做直线运动,(沿沿方向方向)NSNS(沿(沿 方向方向)第12页,本讲稿共79页 例例 一质量为一质量为0.05kg、速率为、速率为10ms-1的刚球的刚球,以与钢板法线以与钢板法线呈呈45角的方向撞击在钢板上角的方向撞击在钢板上,并以相同的速率和角度弹回来并以相同的速率和角度弹回来.设设碰撞时间为碰撞时间为0.05s.求在此时间内钢板所受到的平均冲力求在此时间内钢板所受到的平均冲力 .解解 建立如图坐标系建立如图坐标系,由动量定理得由动量定理得方向沿方向沿 轴反向轴反向第13页,本讲稿共79页二、质点系的动量定理二、质点系的动量定理1 1、基本概念:、基本概念:(1 1)质点系)质点系
8、N N个质点组成的系统个质点组成的系统-研究对象研究对象质点系质点系(2 2)内力)内力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 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为零为零第14页,本讲稿共79页质点系质点系2 2、由两个质点所组成的质点系的动、由两个质点所组成的质点系的动量定理量定理(3 3)外力)外力 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质点系质点系因为内力因为内力 ,故,故第15页,本讲稿共79页质点系质点系合外力的冲量等于两质点动量和合外力的冲量等于两质点动量和的增量的
9、增量3 3、多个质点组成的质点系的动、多个质点组成的质点系的动量定理量定理物理意义:作用于系统的合外力的冲量等于系统动量的物理意义:作用于系统的合外力的冲量等于系统动量的增量。增量。第16页,本讲稿共79页质点系内力的冲量不能影响质点系的总动量,而只能改质点系内力的冲量不能影响质点系的总动量,而只能改变质点系总动量在质点系内各质点间的分配变质点系总动量在质点系内各质点间的分配质点系的总动量的变化只与质点系所受的外力的矢量和有质点系的总动量的变化只与质点系所受的外力的矢量和有关,与内力的冲量无关。关,与内力的冲量无关。初始速度初始速度则则推开后速度推开后速度 且方向相反且方向相反 则则推开前后系
10、统动量不变推开前后系统动量不变第17页,本讲稿共79页质点系的动量定理处理变质量的问题非常方便质点系的动量定理处理变质量的问题非常方便变质量问题(低速,变质量问题(低速,v v c c)有)有两两类:类: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)还有另一类变质量问题是在还有另一类变质量问题是在高速(高速(v v c c)情况下,这)情况下,这时即使没有粘附和抛射,质量也可以改变时即使没有粘附和抛射,质量也可以改变 随速度随速度变化变化 m m=m m(v v),这是,这是相对论相对论情形,情形,不在本节讨论之列
11、。不在本节讨论之列。第18页,本讲稿共79页变质量问题变质量问题(1)(1)确定研究系统确定研究系统(2)(2)写出系统动量表达式写出系统动量表达式(3)(3)求出系统动量变化率求出系统动量变化率(4)(4)分析系统受力分析系统受力(5)(5)应用动量定理求解应用动量定理求解变质量问题的处理方法变质量问题的处理方法第19页,本讲稿共79页变质量问题变质量问题例例1:列列车车在在平平直直铁铁轨轨上上装装煤煤,列列车车空空载载时时质质量量为为m0,煤煤炭炭以以速速率率v1竖竖直直流流入入车车厢厢,每每秒秒流流入入质质量量为为。假假设设列列车车与与轨轨道道间间的的摩摩擦擦系系数数为为,列列车车相相对
12、对于于地地面面的的运运动动速速度度v2保保持持不不变变,求求机机车的牵引力。车的牵引力。解:解:车和煤为系统车和煤为系统,向下为向下为Y Y正向,向左为正向,向左为X X正向,建立坐标系。正向,建立坐标系。tt+dt时刻,时刻,dm=dtXY第20页,本讲稿共79页XY变质量问题变质量问题竖直竖直水平水平第21页,本讲稿共79页 例例 一柔软链条长为一柔软链条长为l,单位长度的质量为单位长度的质量为.链条放在桌上链条放在桌上,桌上有一小孔桌上有一小孔,链条一端由小孔稍伸下链条一端由小孔稍伸下,其余部分堆在小孔周围其余部分堆在小孔周围.由于某种扰动由于某种扰动,链条因自身重量开始落下链条因自身重
13、量开始落下.求链条下落速度与求链条下落速度与落下距离之间的关系落下距离之间的关系.设链与各处的摩擦均略去不计设链与各处的摩擦均略去不计,且认为且认为链条软得可以自由伸开链条软得可以自由伸开.解解 以竖直悬挂的链条和以竖直悬挂的链条和桌面上的链条为一系统桌面上的链条为一系统,建建立如图坐标立如图坐标由质点系动量定理得由质点系动量定理得m1m2Oyy则则第22页,本讲稿共79页则则两边同乘以两边同乘以 则则 m1m2Oyy又又第23页,本讲稿共79页质点系动量定理质点系动量定理 若质点系所受的若质点系所受的合外力为零合外力为零 则系统的总动量则系统的总动量守恒守恒,即,即 保持保持不变不变.动量守
14、恒定律动量守恒定律力的瞬时作用规律力的瞬时作用规律 1)系统的)系统的动量守恒动量守恒是指系统的是指系统的总动量不变,系统内任总动量不变,系统内任一物体的动量是可变的一物体的动量是可变的,各物体的动量必各物体的动量必相相 对于对于同一惯同一惯性参考性参考系系.三、动量守恒定律三、动量守恒定律第24页,本讲稿共79页3)若若某一某一方向方向合外力为零合外力为零,则则此此方向动量方向动量守恒守恒.4)动量守恒定律只在动量守恒定律只在惯性参考系惯性参考系中成立中成立,是自然界是自然界最普遍,最基本的定律之一最普遍,最基本的定律之一.2)守恒条件)守恒条件 合外力为零合外力为零 当当 时,可时,可 略
15、去外力的作用略去外力的作用,近似地近似地认为系统动量守恒认为系统动量守恒.例如在碰撞例如在碰撞,打击打击,爆炸等问题爆炸等问题中中.第25页,本讲稿共79页 5)动量守恒定律在高速领域、微观领域依然适用。动量守恒定律在高速领域、微观领域依然适用。第26页,本讲稿共79页 例例 1 设有一静止的原子核设有一静止的原子核,衰变辐射出一个电子和一个衰变辐射出一个电子和一个中微子后成为一个新的原子核中微子后成为一个新的原子核.已知电子和中微子的运动方已知电子和中微子的运动方向互相垂直向互相垂直,且电子动量为且电子动量为1.210-22 kgms-1,中微子的动量为中微子的动量为6.410-23 kgm
16、s-1 .问新的原子核的动量问新的原子核的动量的值和方向如何的值和方向如何?解解即即 恒矢量恒矢量第27页,本讲稿共79页又因为又因为代入数据计算得代入数据计算得系统动量守恒系统动量守恒,即即 第28页,本讲稿共79页例例2 2、如图,车在光滑水平面上运动。已知、如图,车在光滑水平面上运动。已知m m、M M、人逆车运动方向从车头经人逆车运动方向从车头经t t 到达车尾。到达车尾。求求:1 1、若人匀速运动,他到达车尾时车的速度;、若人匀速运动,他到达车尾时车的速度;2 2、车的运动路程;、车的运动路程;3 3、若人以变速率运动,、若人以变速率运动,上上述结论如何?述结论如何?第29页,本讲稿
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