第03章动量守恒和能量守恒上课讲义.ppt
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1、第第0303章章动量守恒和能量守恒量守恒和能量守恒 动量定理动量定理 在给定的时间内,外力作用在质点在给定的时间内,外力作用在质点上的冲量,等于质点在此时间内动量的增量上的冲量,等于质点在此时间内动量的增量.分量形式分量形式3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理2质点系质点系二二 质点系的动量定理质点系的动量定理 质点系动量定理质点系动量定理 作用于系统的合外力的冲量等于作用于系统的合外力的冲量等于系统动量的增量系统动量的增量.因为内力因为内力 ,故,故3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理3注意注意内力不改变质点系的动量内力不改变质点系的动量初始速度初始速度则则推
2、开后速度推开后速度 且方向相反且方向相反 则则推开前后系统动量不变推开前后系统动量不变3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理4动量定理常应用于碰撞问题动量定理常应用于碰撞问题 越小,则越小,则 越大越大.例如人从高处跳下、飞例如人从高处跳下、飞机与鸟相撞、打桩等碰机与鸟相撞、打桩等碰撞事件中,作用时间很撞事件中,作用时间很短,冲力很大短,冲力很大.注意注意在在 一定时一定时3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理5 例例 1 一质量为一质量为0.05kg、速率为、速率为10ms-1的刚球的刚球,以与以与钢板法线呈钢板法线呈45角的方向撞击在钢板上角的方向撞击在钢板上,
3、并以相同的速率并以相同的速率和角度弹回来和角度弹回来.设碰撞时间为设碰撞时间为0.05s.求在此时间内钢板求在此时间内钢板所受到的平均冲力所受到的平均冲力 .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3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理6 例例 2 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.链条放链条放在桌上在桌上,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,其余部其余部分堆在小孔周围分堆在小孔周围.由于某种扰动由于某种扰动,链条因自身重量开始落链条因自身重量开始落下下.求链条下落速度与
4、落下距离之间的关系求链条下落速度与落下距离之间的关系.设链与各设链与各处的摩擦均略去不计处的摩擦均略去不计,且认为链条软得可以自由伸开且认为链条软得可以自由伸开.解解 以竖直悬挂的链条以竖直悬挂的链条和桌面上的链条为一系统和桌面上的链条为一系统,建立如图坐标建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3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理7则则两边同乘以两边同乘以 则则 m1m2Oyy又又3_1 质点和质点系的动量定理质点和质点系的动量定理8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,
5、即,即 保持保持不变不变.动量守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,系总动量不变,系统内任一物体的动量是可变的统内任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 对于对于同一惯性参考同一惯性参考系系.3_2 动量守恒定律动量守恒定律93)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,是自是自然界最普遍,最基本的定律之一然界最普遍,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,
6、可 略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.3_2 动量守恒定律动量守恒定律10 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一个中微子后成为一个新的原子核.已知电子和中微子已知电子和中微子的运动方向互相垂直的运动方向互相垂直,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 kgms-1 .问新的原子核的问新的原子核的动量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
7、量3_2 动量守恒定律动量守恒定律11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 3_2 动量守恒定律动量守恒定律12 例例 2 一枚返回式火箭以一枚返回式火箭以 2.5 103 ms-1 的速率相对的速率相对地面沿水平方向飞行地面沿水平方向飞行.设空气阻力不计设空气阻力不计.现由控制系统现由控制系统使火箭分离为两部分使火箭分离为两部分,前方部分是质量为前方部分是质量为100kg 的仪器的仪器舱舱,后方部分是质量为后方部分是质量为 200kg 的火箭容器的火箭容器.若仪器舱相若仪器舱相对火箭容器的水平速率为对火箭容器的水平速率为1.0 103 ms-1.求求 仪器舱
8、和火仪器舱和火箭容器相对地面的速度箭容器相对地面的速度.3_2 动量守恒定律动量守恒定律13已知已知求求 ,解解 则则3_2 动量守恒定律动量守恒定律14我国长征系列火箭升空我国长征系列火箭升空我国长征系列火箭升空我国长征系列火箭升空3_2 动量守恒定律动量守恒定律15 力对质点所作的功为力在质点位移方向的分量与力对质点所作的功为力在质点位移方向的分量与位移大小的乘积位移大小的乘积.(功是标量,过程量)功是标量,过程量)一一 功功 力的力的空间累积空间累积效应效应:,动能定理动能定理.B*A对对 积累积累3_4 动能定理动能定理16 合力的功合力的功=分力的功的代数和分力的功的代数和 变力的功
9、变力的功3_4 动能定理动能定理17 功的大小与参照系有关功的大小与参照系有关 功的量纲和单位功的量纲和单位 平均功率平均功率 瞬时功率瞬时功率 功率的单位功率的单位(瓦特)瓦特)3_4 动能定理动能定理18 例例 1 一质量为一质量为 m 的小球竖直落入水中,的小球竖直落入水中,刚接触刚接触水面时其速率为水面时其速率为 .设此球在水中所受的浮力与重力设此球在水中所受的浮力与重力相等相等,水的阻力为水的阻力为 ,b 为一常量为一常量.求阻力求阻力对球作的功与时间的函数关系对球作的功与时间的函数关系.解解 如图建立坐标轴如图建立坐标轴即即又由又由 2-5 节例节例 5 知知3_4 动能定理动能定
10、理19二二 质点的动能定理质点的动能定理 动能(动能(状态状态函数函数)动能定理动能定理 合合外力对外力对质点质点所作的功所作的功,等于质点动能的等于质点动能的增量增量.功和动能都与功和动能都与 参考系参考系有关;动能定理有关;动能定理仅适用于仅适用于惯性系惯性系.注意注意3_4 动能定理动能定理20 例例 2 一质量为一质量为1.0kg 的小球系在长为的小球系在长为1.0m 细绳下细绳下 端端,绳的上端固定在天花板上绳的上端固定在天花板上.起初把绳子放在与竖直起初把绳子放在与竖直线成线成 角处角处,然后放手使小球沿圆弧下落然后放手使小球沿圆弧下落.试求绳与试求绳与竖直线成竖直线成 角时小球的
11、速率角时小球的速率.解解 3_4 动能定理动能定理21由动能定理由动能定理得得3_4 动能定理动能定理221 1)万有引力作功万有引力作功以以 为参考系,为参考系,的位置矢量为的位置矢量为 .一一 万有引力、重力、弹性力作功的特点万有引力、重力、弹性力作功的特点 对对 的万有引力为的万有引力为由由 点移动到点移动到 点时点时 作功为作功为 3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力233_5 保守力与非保守力保守力与非保守力24AB2)重力作功重力作功3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力253)弹性力作功弹性力作功3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力26 保守力保守力:力所作的功与路径无
12、关力所作的功与路径无关,仅决定于相,仅决定于相互作用质点的互作用质点的始末始末相对相对位置位置.二二 保守力和非保守力保守力和非保守力重力功重力功弹力功弹力功引力功引力功3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力27非保守力非保守力:力所作的功与路径有关力所作的功与路径有关.(例如(例如摩擦摩擦力)力)物体沿物体沿闭合闭合路径运动路径运动 一周时一周时,保守力对它所作的功等于零保守力对它所作的功等于零.3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力28三三 势能势能 势能势能 与物体间相互作用及相对位置有关的能量与物体间相互作用及相对位置有关的能量.保守力的功保守力的功弹性弹性势能势能引力引力势能势能
13、重力重力势能势能弹力弹力功功引力引力功功重力重力功功3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力29 势能具有势能具有相对相对性,势能性,势能大小大小与势能与势能零点零点的选取的选取有关有关.势能是势能是状态状态函数函数令令 势能是属于势能是属于系统系统的的.讨论讨论 势能计算势能计算3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力30 四四 势能曲线势能曲线弹性弹性势能曲线势能曲线重力重力势能曲线势能曲线引力引力势能曲线势能曲线3_5 保守力与非保守力保守力与非保守力31一一 质点系的动能定理质点系的动能定理 质点系质点系动能定理动能定理 内力可以改变质点系的动能内力可以改变质点系的动能注意注意内力功内
14、力功外力功外力功 对质点系,有对质点系,有 对第对第 个质点,有个质点,有3_6 功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律32机械能机械能质点系动能定理质点系动能定理 非保守非保守力的功力的功二二 质点系的功能原理质点系的功能原理 质点系的功能原理质点系的功能原理 质点系机械能的增量等于质点系机械能的增量等于外力和非保守内力作功之和外力和非保守内力作功之和.3_6 功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律33当当时,时,有有 功能原理功能原理三三 机械能守恒定律机械能守恒定律 机械能守恒定律机械能守恒定律 只有保守内力作功的情况下,只有保守内力作功的情况下,质点系的机械能保持不变质
15、点系的机械能保持不变.守恒定律的守恒定律的意义意义 不究过程细节而能对系统的状态下结论,这是不究过程细节而能对系统的状态下结论,这是各个守恒定律的特点和优点各个守恒定律的特点和优点.3_6 功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律34 如图的系统,物体如图的系统,物体 A,B 置于光滑的桌面上,置于光滑的桌面上,物体物体 A 和和 C,B 和和 D 之间摩擦因数均不为零,首之间摩擦因数均不为零,首先用外力沿水平方向相向推压先用外力沿水平方向相向推压 A 和和 B,使弹簧压使弹簧压缩,后拆除外力,缩,后拆除外力,则则 A 和和 B 弹开过程中,弹开过程中,对对 A、B、C、D 组成的系统组
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- 03 章动 守恒 能量 上课 讲义
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