力动量能量优秀PPT.ppt

《力动量能量优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《力动量能量优秀PPT.ppt（64页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、力动量能量第1页，本讲稿共64页 2-0 2-0 第二章教学基本要求第二章教学基本要求 2-1 2-1 牛顿运动定律牛顿运动定律 2-2 2-2 动量定理和动量守恒定律动量定理和动量守恒定律 2-3 2-3 功功 动能定理动能定理 4-0 4-0 第四章教学基本要求第四章教学基本要求 2-4 2-4 功能原理功能原理 机械能转换和守恒定律机械能转换和守恒定律 4-0 4-0 第四章教学基本要求第四章教学基本要求 2-5 2-5 质量质量-速率关系速率关系 质量质量-能量关系能量关系第二章第二章 力力 动量动量 能量能量第2页，本讲稿共64页教学基本要求教学基本要求一一、掌掌握握牛牛顿顿运运动动

2、定定律律及及其其适适用用条条件件，掌掌握握重重力力、弹弹性性力力、摩摩擦擦力力及及万万有有引引力力的的规规律律和和计计算算，掌掌握握应应用牛顿运动定律求解力学问题的基本方法并会做相关计算用牛顿运动定律求解力学问题的基本方法并会做相关计算.二、理解冲量和动量的概念，会区别质点组的内力和外力，掌握质点和质点组的动量定理，掌握动量守恒定律二、理解冲量和动量的概念，会区别质点组的内力和外力，掌握质点和质点组的动量定理，掌握动量守恒定律.三、理解功的概念，了解变力功的计算方法，会计算直线运动中变力的功三、理解功的概念，了解变力功的计算方法，会计算直线运动中变力的功.四、了解一对内力的功四、了解一对内力的

3、功,掌握质点和质点组的动能定理掌握质点和质点组的动能定理.五五、理理解解保保守守力力作作功功的的特特点点和和系系统统势势能能的的概概念念，掌掌握握系系统统保保守守内内力力的的功功与与相相应应势势能能增增量量的的关关系系，掌掌握握机机械械能能守恒定律守恒定律.六、掌握用动量定理、动能定理求解力学问题的基本方法六、掌握用动量定理、动能定理求解力学问题的基本方法.七、掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，并能用守恒定律分析和解决质点在平面运动时的简单力学问题七、掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，并能用守恒定律分析和解决质点在平面运动时的简单力学问题.第3页，本讲稿共64页2-1 牛顿运动定律牛顿

4、运动定律预习要点预习要点1.领会牛顿三定律领会牛顿三定律.2.注意物体受力分析和应用牛顿定律解题的方法注意物体受力分析和应用牛顿定律解题的方法.第4页，本讲稿共64页一一 牛顿运动定律分析牛顿运动定律分析 任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止.1 牛顿第一定律牛顿第一定律2 牛顿第二定律牛顿第二定律 物体受外力作用时，所获得的加速度与物体所受的合外力成正比，与物体质量物体受外力作用时，所获得的加速度与物体所受的合外力成正比，与物体质量成反比，加速度方向与合外力的方向一致成反比，加速度方向与合外力

5、的方向一致.两两个个物物体体之之间间作作用用力力 和和反反作作用用力力 ,沿沿同同一一直直线线,大大小小相相等等,方方向向相相反反,分别作用在两个物体上分别作用在两个物体上.3 牛顿第三定律牛顿第三定律第5页，本讲稿共64页明确几点：明确几点：1 1 牛顿第一定律指出物体具有惯性，即保持其运动状态不变的特性牛顿第一定律指出物体具有惯性，即保持其运动状态不变的特性.3 牛顿第三定律指出力是物体间的相互作用，有作用力必须有反作用力，分别作用牛顿第三定律指出力是物体间的相互作用，有作用力必须有反作用力，分别作用在相互作用的两个物体上，同时产生，同时消失，并且是性质相同的力在相互作用的两个物体上，同时

6、产生，同时消失，并且是性质相同的力.2 2 牛顿第二定律指出力是产生速度的原因，且牛顿第二定律指出力是产生速度的原因，且 受多个力作用时，受多个力作用时，代代表合力表合力.m越大，越大，a越小，物体运动状态越难改变，质量是物体惯性的量度，越小，物体运动状态越难改变，质量是物体惯性的量度，都是矢量，都是矢量，瞬时对应瞬时对应，乘积，乘积 是力的效果的显示，但不是力是力的效果的显示，但不是力.4 牛顿运动定律只适用于质点和做平动的物体在惯性系中的低速运动牛顿运动定律只适用于质点和做平动的物体在惯性系中的低速运动.第6页，本讲稿共64页二二 力学中常见的几种力力学中常见的几种力1 1 万有引力万有引

7、力引力常量引力常量物体间的相互吸引力物体间的相互吸引力.r2 2 重力重力由于地球吸引而使物体受到的力叫重力由于地球吸引而使物体受到的力叫重力.重力的方向和重力加速度的方向相同，即竖直向下重力的方向和重力加速度的方向相同，即竖直向下.万有引的大小：万有引的大小：第7页，本讲稿共64页3 3 弹性力弹性力 当当两两宏宏观观物物体体有有接接触触且且发发生生微微小小形形变变时时，形形变变的的物物体体对对与与它它接接触触的的物物体体会会产产生生力力的的作作用，这种力叫弹性力用，这种力叫弹性力.包括压力、张力和弹簧的弹性力等包括压力、张力和弹簧的弹性力等.压力产生条件是物体发生接触和接触面发生压力产生条

8、件是物体发生接触和接触面发生形变形变，绳子在受到拉伸时，其内部各部分间，绳子在受到拉伸时，其内部各部分间出现弹性张力出现弹性张力.4 4 摩擦力摩擦力 当两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时，相互阻碍相对运动的力当两相互接触的物体有相对运动或相对运动趋势时，相互阻碍相对运动的力称为称为摩擦力摩擦力.第8页，本讲稿共64页滑动摩擦力滑动摩擦力摩擦力分为静摩擦力和滑动摩擦力摩擦力分为静摩擦力和滑动摩擦力.最大静摩擦力最大静摩擦力不严格区分时，摩擦力不严格区分时，摩擦力为给定的摩擦系数为给定的摩擦系数.第9页，本讲稿共64页三三 牛顿定律的应用牛顿定律的应用1 1）确确定定研研究究对对象象.几

9、几个个物物体体连连在在一一起起可可以以整整体体为为对对象象,有有时时还还需需隔隔离离相相关关联联的的物物体体做做对对象，化内力为外力；象，化内力为外力；2 2）画画受受力力图图.分分析析时时一一般般按按照照重重力力、弹弹力力、摩摩擦擦力力的的顺顺序序画画；每每个个力力都都应应能能找找到施力体；到施力体；3 3）运运动动分分析析.分分析析对对象象的的轨轨迹迹、速速度度和和加加速速度度，涉涉及及相相对对运运动动时时，要要分分析析有有几几个个可可能能的的速速度度和加速度，将速度、加速度的方向也画在对象的受力图上和加速度，将速度、加速度的方向也画在对象的受力图上.解题步骤：解题步骤：第10页，本讲稿共

10、64页4 4）建立坐标系，列方程求解（一般用分量式）；建立坐标系，列方程求解（一般用分量式）；*注意力和加速度在各坐标轴上的投影的符号注意力和加速度在各坐标轴上的投影的符号.第11页，本讲稿共64页例例2-2 2-2 长为长为 的细绳一端固定，另一端悬挂质量为的细绳一端固定，另一端悬挂质量为 的小球，小球从悬挂的铅直位置以的小球，小球从悬挂的铅直位置以水平初速度水平初速度 开始运动开始运动,求小球沿逆时针方向转过求小球沿逆时针方向转过 角时的角速度角时的角速度 和绳中的张力和绳中的张力.解解切向和法向分量方程切向和法向分量方程式两边同乘式两边同乘得得:第12页，本讲稿共64页又又上式变为上式变

11、为第13页，本讲稿共64页解：解：解：解：例例3 3、质量为质量为m的小球，在固定的半径为的小球，在固定的半径为R的光滑半圆弧槽中从的光滑半圆弧槽中从A点静止下滑。求小球在任意位置点静止下滑。求小球在任意位置(角角)时的时的速度及轨道对小球的支持力。速度及轨道对小球的支持力。A小球作曲线运动，取自然坐标系方便小球作曲线运动，取自然坐标系方便任意位置小球的运动方程为任意位置小球的运动方程为切向切向:法向法向:第14页，本讲稿共64页A第15页，本讲稿共64页作业作业 P53页，页，3，5第16页，本讲稿共64页2-2 动量定理和动量守恒定律动量定理和动量守恒定律预习要点预习要点1.领会牛顿定律和

12、质点动量定理的关系领会牛顿定律和质点动量定理的关系.2.区别质点组的内力和外力区别质点组的内力和外力.3.注意动量守恒的内容、守恒条件、数学表达式及分量式注意动量守恒的内容、守恒条件、数学表达式及分量式.第17页，本讲稿共64页一一 质点组质点组 内力和外力内力和外力 动量动量 系统外的物体对系统内各质点的作用力称为系统外的物体对系统内各质点的作用力称为外力外力；系统内各质点之间的相互作用力称为系统内各质点之间的相互作用力称为内力内力.质点组质点组质点的质量和速度的乘积叫该质点的质点的质量和速度的乘积叫该质点的动量动量.动量为动量为 的物体，在合外力的物体，在合外力 的作用下，牛顿第二定律可以

13、表示为的作用下，牛顿第二定律可以表示为:多质点组成的系统叫质点组多质点组成的系统叫质点组.第18页，本讲稿共64页二二 冲量冲量由牛顿第二定律：由牛顿第二定律：式子中式子中 表示力在时间表示力在时间dt内的积累量，叫做在内的积累量，叫做在dt 时间内质点所受合外力的冲时间内质点所受合外力的冲量量.一般以一般以I 表示冲量表示冲量.冲量是矢量，其方向为合外力的方向冲量是矢量，其方向为合外力的方向.冲量的单位：牛顿冲量的单位：牛顿 秒，秒，Ns第19页，本讲稿共64页1 动量是状态量；冲量是过程量动量是状态量；冲量是过程量.2 动量方向为物体运动速度方向；冲量方向为合外力方向，即加速度方向或速度变

14、化方向动量方向为物体运动速度方向；冲量方向为合外力方向，即加速度方向或速度变化方向.3 3 平均冲力平均冲力平均力的作用效果与这段时间内变力的作平均力的作用效果与这段时间内变力的作用效果相同用效果相同.由于力是随时间变化的，当变化较快时，力的瞬时值很难确定，用一平均的由于力是随时间变化的，当变化较快时，力的瞬时值很难确定，用一平均的力力 代替该过程中的变力代替该过程中的变力.明确几点：明确几点：第20页，本讲稿共64页三三 质点的动量定理质点的动量定理 当作用在物体上的外力变化很快时，计算物体受到的冲量比较困难，但外力作用在物体上当作用在物体上的外力变化很快时，计算物体受到的冲量比较困难，但外

15、力作用在物体上一段时间后会改变物体的运动状态，质点的动量定理建立起过程量冲量与状态量动量之间的关一段时间后会改变物体的运动状态，质点的动量定理建立起过程量冲量与状态量动量之间的关系系.由由动量定理动量定理 在给定的时间内，合外力作用在质点上的冲量，等于质点在此时间内动量的增在给定的时间内，合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量.第21页，本讲稿共64页四四 质点组的动量定理质点组的动量定理 质点系质点系取两个质点组成的系统取两个质点组成的系统.系统受外力为系统受外力为 ，内力为内力为因为内力因为内力 ，分别对两个质点应用动量定理分别对两个质点应用动量定理故故第22页，本讲稿共

16、64页质点组动量定理质点组动量定理 作用于系统的作用于系统的外力矢量和外力矢量和的冲量等于系统动量的增量的冲量等于系统动量的增量.推广到由多个质点组成的系统推广到由多个质点组成的系统 系统的内力可以改变系统内单个质点的动量系统的内力可以改变系统内单个质点的动量,但对整个系统来说但对整个系统来说,所有内力的冲量和为零所有内力的冲量和为零,系统的内力不改变系统的总动量系统的内力不改变系统的总动量.第23页，本讲稿共64页五五 动量守恒定律动量守恒定律质点组动量定理质点组动量定理动量守恒定律动量守恒定律:在某时间内，若质点系所受的外力矢量和始终为零在某时间内，若质点系所受的外力矢量和始终为零,则在该

17、时间内系统则在该时间内系统的总动量守恒的总动量守恒.动量守恒的分量表述：动量守恒的分量表述：即即则则注意：注意：式中各质点的动量或速度都应该相对同一惯性系式中各质点的动量或速度都应该相对同一惯性系.第24页，本讲稿共64页*六六 火箭飞行原理火箭飞行原理在时刻在时刻t,火箭体质量为火箭体质量为m,速度为速度为 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所以火箭体的质量不断地变化.取微小过程，即微小的时间间隔取微小过程，即微小的时间间隔dt,火箭体质量为火箭体质量为 ,对地对地速度为速度为在时刻在时刻 ,喷出的气体的质量喷出的气体的质量

18、在时刻在时刻 ,相对于地面的喷气速度为相对于地面的喷气速度为m-dmm+dm相对火箭体的喷气速度为相对火箭体的喷气速度为 ，与，与 反向，反向，第25页，本讲稿共64页根据动量守恒定律有根据动量守恒定律有:假设在自由空间发射，相对地面参考系，假设在自由空间发射，相对地面参考系，提高火箭速度的途径有二：提高火箭速度的途径有二：第一条是选优质燃料提高火箭喷气速度第一条是选优质燃料提高火箭喷气速度u；第二条是采取多级火箭加大火箭质量比第二条是采取多级火箭加大火箭质量比m0/m.得得上式整理为：上式整理为：第26页，本讲稿共64页例例2-6:2-6:水水平平光光滑滑轨轨道道上上有有长长为为 、质质量量

19、为为m2的的平平板板车车.质质量量为为m1的的人人站站在在车车的的一一端端,起起初初人人和和车车都都静静止止.当当人人从从车车的的一一端端走走向向另另一一端端时时,人人和和车车相相对对地地面面各各自自的位移是多少的位移是多少?解解:以人和车组成的系统为研究对象以人和车组成的系统为研究对象.系系统统在在水水平平方方向向不不受受外外力力,因因此此在在水水平平方向上的动量守恒方向上的动量守恒.地面的速度分别为地面的速度分别为 和和 ,有有以人行走的方向为以人行走的方向为x轴的正方向轴的正方向,人和车的在某时刻相对于人和车的在某时刻相对于xOxO第27页，本讲稿共64页再设人相对于车的速度为再设人相对

20、于车的速度为 人人在在 时时间间内内从从车车的的一一端端走走向向另另一一端端,人人相相对对于于车车的的位位移移为为l,设设在在此此时间内时间内,人和车相对于地面的位移分别为人和车相对于地面的位移分别为 和和 .第28页，本讲稿共64页表示车对地位移沿表示车对地位移沿x轴负方向，与人行走方向相反轴负方向，与人行走方向相反.思考：思考：为什么计算位移为什么计算位移x1和和x2要使用积分？要使用积分？第29页，本讲稿共64页作业 P62页，页，10，13 第30页，本讲稿共64页2-3 功功 动能定理动能定理预习要点预习要点1.注意变力功算式的导出过程注意变力功算式的导出过程,如何计算直线运动中变力

21、的功如何计算直线运动中变力的功?2.领会质点和质点组动能定理的内容和物理意义领会质点和质点组动能定理的内容和物理意义.3.在什么情况下内力不做功在什么情况下内力不做功?第31页，本讲稿共64页一一 功功1 1 恒力的功恒力的功等于恒力在位移上的投影与位移的乘积等于恒力在位移上的投影与位移的乘积.2 2 变力功的计算变力功的计算ab1)无限分割轨道；取位移元无限分割轨道；取位移元 ，；在在 上的功（元功）；上的功（元功）；3)利用恒力功计算式计算利用恒力功计算式计算2)位移元上的力位移元上的力 可视为恒力；可视为恒力；第32页，本讲稿共64页4)总功为所有元功之和总功为所有元功之和.第33页，本

22、讲稿共64页二二 功率功率 描写作功快慢的物理量，即单位时间内外力做的功描写作功快慢的物理量，即单位时间内外力做的功.平均功率平均功率功率功率外力作功与时间之比外力作功与时间之比.由由和和有有单位：瓦特，单位：瓦特，W,千瓦，千瓦，KW,1KW=103W第34页，本讲稿共64页三三 质点的动能定理质点的动能定理 当外力移动物体从当外力移动物体从a到到b过程中，力对物体作功，将外力分解为切向分力和法向分过程中，力对物体作功，将外力分解为切向分力和法向分力力由由而而第35页，本讲稿共64页定义动能（定义动能（状态状态函数函数）动能定理：动能定理：作用于质点的合外力在某一路程中对质点所作的功，等于质

23、点在同一路程的始、作用于质点的合外力在某一路程中对质点所作的功，等于质点在同一路程的始、末两个状态动能的增量末两个状态动能的增量.动能定理表明力的空间积累作用的效果动能定理表明力的空间积累作用的效果.第36页，本讲稿共64页1 动能是描写物体状态的物理量，从空间视角，物体状态的改变是靠作功实现的动能是描写物体状态的物理量，从空间视角，物体状态的改变是靠作功实现的.注意注意3 W为合外力作功的代数和，不是合外力中某一个力的功为合外力作功的代数和，不是合外力中某一个力的功.4 如果如果 Ek Ek0,W 0,外力对物体做正功；如果外力对物体做正功；如果 Ek Ek0,W 0,外力对物体做负功，外力

24、对物体做负功，或物体克服阻力作功或物体克服阻力作功.2 功功是是过过程程量量，动动能能是是状状态态量量，动动能能定定理理建建立立起起过过程程量量功功与与状状态态量量动动能能之之间间的的关关系系.在在计计算算复复杂的外力作功时只须求始末两态的动能变化，即求出该过程的功杂的外力作功时只须求始末两态的动能变化，即求出该过程的功.第37页，本讲稿共64页四四 质点组的动能定理质点组的动能定理对对 m1、m2 应用质点动能定理应用质点动能定理对对 m1、m2 组成的系统，将上两式相加：组成的系统，将上两式相加：质点系质点系 两个质点质量为两个质点质量为 m1、m2，受外力，受外力 、，内力，内力 、，初

25、速度为，初速度为 、,末速度末速度 、,位移为位移为 、第38页，本讲稿共64页令令为质点组的动能，为质点组的动能，质点组动能定理质点组动能定理 合外力与合内力作功代数和，等于质点组动能的增量合外力与合内力作功代数和，等于质点组动能的增量.讨论讨论 内力总是成对出现的内力总是成对出现的.对质点组，内力的冲量和总是为零对质点组，内力的冲量和总是为零.但但内力的功的和却不内力的功的和却不一定为零一定为零.内力的功内力的功:第39页，本讲稿共64页 系统内的质点没有相对位移时，一对内力所做的功等于零；系统内的质点没有相对位移时，一对内力所做的功等于零；如果系统内质点间有如果系统内质点间有相对相对位移

26、，则一对内力作的功之和等于第一个物体所受之力在第一个物体相对第二个物体位移，则一对内力作的功之和等于第一个物体所受之力在第一个物体相对第二个物体的位移过程中所作的功，或反之的位移过程中所作的功，或反之.这相当于将其中一个物体视为静止，并以它所在这相当于将其中一个物体视为静止，并以它所在位置为原点，求另一个物体在此坐标系中运动时所受力的功，此功是一对内力功之和位置为原点，求另一个物体在此坐标系中运动时所受力的功，此功是一对内力功之和.可以证明：可以证明：第40页，本讲稿共64页 例例2-102-10：质质量量为为m1的的小小平平板板车车停停靠靠在在O处处小小平平台台旁旁，有有质质量量为为m2的的

27、物物块块以以速速度度 进进入入平平板板车车.设设车车与与地地面面之之间间的的摩摩擦擦力力可可以以忽忽略略.物物块块与与车车之之间间的的摩摩擦擦系系数数为为 ,车车身身长长为为d,物物块块进进入入小小车车后后带带动动小小车车开开始始运运动动.当当车车行行l 距距离离时时,物物块块刚刚好好滑滑到到小小车车一一端端的的挡挡板板处处.然然后后物物块块与与小小车车以以同同一一速速度度 一一起起运运动动.试试分分析析,在在上上述述过过程程中中,1 1）木块与平板车组成的系统动量守恒吗）木块与平板车组成的系统动量守恒吗?2?2）系统的动能守恒吗）系统的动能守恒吗?1)1)把木块与车选为一个系统把木块与车选为

28、一个系统,水平方向无外力作用水平方向无外力作用,所以动量守恒所以动量守恒.m2m1解解:第41页，本讲稿共64页木块对地的位移木块对地的位移:木块所受摩擦力木块所受摩擦力:；方向与运动方向相反；方向与运动方向相反 考虑中间的某个状态考虑中间的某个状态,物块和小车的速度不相同物块和小车的速度不相同,这时也有动量动量守恒关系这时也有动量动量守恒关系:2)2)木块与小车之间没有相对位移木块与小车之间没有相对位移,一对摩擦内力作功一对摩擦内力作功.木块所受摩擦力作功木块所受摩擦力作功:小车受的摩擦力小车受的摩擦力:；方向与运动方向相同；方向与运动方向相同小车对地的位移小车对地的位移:小车所受摩擦力作功

29、小车所受摩擦力作功:一对内力做功的代数和是一对内力做功的代数和是:第42页，本讲稿共64页 内力做了负功内力做了负功,根据质点组的动能定理根据质点组的动能定理,系统的总动能应减少同样的数值系统的总动能应减少同样的数值.所所以系统的动能不守恒以系统的动能不守恒.讨论讨论 木木块块与与小小车车间间的的一一对对摩摩擦擦内内力力所所作作功功之之和和等等于于木木块块所所受受摩摩擦擦力力 与与木木块块相相对对小小车车的的位位移移d的的乘乘积积.视视小小车车静静止止，木木块块在在小小车车坐坐标标系系中中，所所受受水水平平外外力力为为向向左左的的摩摩擦擦力力 ，位位移移为为向向右右的的d，功功为为 ，与与上上

30、述述结结论论一一致致.并并且且此此功功实实际际上上是是木块和小车组成的系统内一对摩擦内力所作功之和木块和小车组成的系统内一对摩擦内力所作功之和.第43页，本讲稿共64页2-4 功能原理功能原理 机械能转换和守恒定律机械能转换和守恒定律预习要点预习要点1.领会保守力的特征和势能的概念领会保守力的特征和势能的概念.保守力的功与势能增量有怎样的关系保守力的功与势能增量有怎样的关系?2.功能原理的物理意义是怎样的功能原理的物理意义是怎样的?3.质点组机械能守恒的条件是什么质点组机械能守恒的条件是什么?第44页，本讲稿共64页一一 保守力保守力AB结论：重力做功与路径无关结论：重力做功与路径无关.1 重

31、力、重力、弹性力和万有引力作功的特点弹性力和万有引力作功的特点 1）重力作功）重力作功（表示沿封闭路径积分）表示沿封闭路径积分）第45页，本讲稿共64页2）弹性力作功）弹性力作功结论：弹性力做功都与路径无关结论：弹性力做功都与路径无关.第46页，本讲稿共64页3 3）万有引力作功万有引力作功结论：万有引力做功与路径无关结论：万有引力做功与路径无关.保守力保守力:力所作的功力所作的功与路径无关与路径无关，仅与相互作用物体的相对，仅与相互作用物体的相对位置有关，这种力称为位置有关，这种力称为保守力保守力.保守力场保守力场:某种保守力在空间的分布某种保守力在空间的分布,如引力场如引力场.第47页，本

32、讲稿共64页二二 系统的势能和保守力的功系统的势能和保守力的功 重力、弹性力和万有引力作功的计算式右方都出现了只与物体重力、弹性力和万有引力作功的计算式右方都出现了只与物体位置位置有关的差式，有关的差式，并且差式的两项具有同样的表达式并且差式的两项具有同样的表达式.鉴于功是能量变化的量度，显然，差式的两项应鉴于功是能量变化的量度，显然，差式的两项应视为是与相互作用的两物体间的相对位置有关的能量，我们称之为视为是与相互作用的两物体间的相对位置有关的能量，我们称之为势能势能，用，用Ep表示表示.第48页，本讲稿共64页重力势能重力势能：弹性势能：弹性势能：引力势能：引力势能：重力、弹簧的弹性力、万

33、有引力都是物体间相互作用的保守内力，对一切保守内力，都具重力、弹簧的弹性力、万有引力都是物体间相互作用的保守内力，对一切保守内力，都具有与之对应的势能有与之对应的势能.第49页，本讲稿共64页 在质点在质点-地球系统中，重力作正功，重力势能减少；重力作负功，重力势能增加地球系统中，重力作正功，重力势能减少；重力作负功，重力势能增加.在质点在质点-弹簧系统中，弹性力作正功，弹簧势能减少；弹性力作负功，弹性势能增加弹簧系统中，弹性力作正功，弹簧势能减少；弹性力作负功，弹性势能增加.结论：结论：系统中保守力所作的功等于与这种保守内力有关的系统势能系统中保守力所作的功等于与这种保守内力有关的系统势能增

34、量增量的的负值负值.在引力场中，引力作正功，引力势能减少；引力作负功，引力势能增加在引力场中，引力作正功，引力势能减少；引力作负功，引力势能增加.第50页，本讲稿共64页2 2 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有,因此势能的绝对值没有意义因此势能的绝对值没有意义.1 1 势能是势能是状态状态函数函数令令4 4 势能是属于势能是属于系统系统的，的，如说物体的势能不确切如说物体的势能不确切.讨论讨论5 5 势能计算势能计算3 3 保守力场中任意两点间的保守力场中任意两点间的势能差势能差与势能零点选取无关与势能零点选取无关.由质点间相对位置决定由质点

35、间相对位置决定.第51页，本讲稿共64页三三 功能原理功能原理定义机械能定义机械能:由质点组动能定理由质点组动能定理 非保守力的功非保守力的功 质点组的质点组的功能原理功能原理:质点组机械能的增量等于外力和非保守内力作功之和质点组机械能的增量等于外力和非保守内力作功之和.第52页，本讲稿共64页四四 机械能转化和守恒定律机械能转化和守恒定律当当时，时，有有功能原理功能原理 机械能守恒定律机械能守恒定律:若外力不做功若外力不做功,每一对非保守力也不做功每一对非保守力也不做功,即只有保守内力作即只有保守内力作功的情况下，质点组内部的机械能互相转化功的情况下，质点组内部的机械能互相转化,但总的机械能

36、保持不变但总的机械能保持不变.第53页，本讲稿共64页五五 能量转化和守恒定律能量转化和守恒定律 能量既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体能量既不能创生，也不能消灭，只能从一个物体传递传递给其他物体给其他物体,或者从一种形式或者从一种形式转换转换成另一种形式，这一结论叫做能量转化和守恒定律成另一种形式，这一结论叫做能量转化和守恒定律.第54页，本讲稿共64页例例2-11:质质量量为为m的的木木块块A在在离离平平板板为为h的的高高度度处处自自由由下下落落,落落在在质质量量也也是是m的的平平板板B上上,已已知知轻轻质质弹弹簧簧的的劲劲度度系系数数为为k,木木块块和和平平板板为为完完全全非非弹弹性

37、性碰碰撞撞,求求碰碰撞撞后后弹弹簧簧的的最最大大压压缩量缩量.选选取取弹弹簧簧原原长长处处C为为弹弹性性势势能能零零点点;压压缩缩后后,平板的最低点平板的最低点D处为重力势能零点处处为重力势能零点处.x1x2h1)木块木块A下落下落过程过程;2)木块木块A和平板和平板B的的碰撞碰撞过程过程;3)碰撞后弹簧继续被碰撞后弹簧继续被压缩压缩的过程的过程.把问题分为把问题分为三个三个物理过程物理过程:解解:第55页，本讲稿共64页 平板置于弹簧上后平板置于弹簧上后,弹簧压缩量为弹簧压缩量为x1;木块与平板碰撞后弹簧继续压缩量为木块与平板碰撞后弹簧继续压缩量为x2.木块木块A和平板和平板B的碰撞的碰撞,

38、系统动量守恒系统动量守恒,即即:木块木块A自由下落自由下落,到达将与到达将与B碰撞时的速率为碰撞时的速率为(1)(2)是碰撞后木块和平板的共同速度是碰撞后木块和平板的共同速度.在继续压缩过程中在继续压缩过程中,取木块、平板和地球为研究对象取木块、平板和地球为研究对象.只有保守力做功只有保守力做功,系统的机械系统的机械能守恒能守恒,即即:(3)第56页，本讲稿共64页把把(1)、(2)和和(4)代入代入(3),整理得整理得:未发生碰撞前，平板受重力和弹簧作用力而平衡，有：未发生碰撞前，平板受重力和弹簧作用力而平衡，有：(4)第57页，本讲稿共64页*2-5 质量质量-速率关系速率关系 质量质量-

39、能量关系能量关系预习要点预习要点1.相对论质量相对论质量-速率关系是怎样的速率关系是怎样的?2.相对论动能的表达式与经典动能表达式各如何相对论动能的表达式与经典动能表达式各如何?二者有何区别二者有何区别?3.质量质量-能量关系式及其物理意义如何能量关系式及其物理意义如何?4.相对论能量和动量的关系如何相对论能量和动量的关系如何?第58页，本讲稿共64页静质量静质量：物体相对于惯性系静止时的质量物体相对于惯性系静止时的质量.一一 质量质量-速率关系速率关系物体的质量随速率变化物体的质量随速率变化.m是物体以速度是物体以速度u相对观察者运动时的质量相对观察者运动时的质量.质量质量-速率关系揭示了物

40、质与运动的不可分割性速率关系揭示了物质与运动的不可分割性.质量质量-速率关系和洛仑兹变换都表明物体的运动速度以光速为极限速率关系和洛仑兹变换都表明物体的运动速度以光速为极限.当当 时时,质量可认为不变质量可认为不变.第59页，本讲稿共64页二二 相对论动量相对论动量1 相对论动量相对论动量2 相对论力学的基本方程相对论力学的基本方程当当 时时,过渡为经典形式过渡为经典形式.或或第60页，本讲稿共64页三三 相对论能量相对论能量1 相对论动能相对论动能2 物体的静能物体的静能3 物体的总能量物体的总能量当当 时时,过渡为经典形式过渡为经典形式.第61页，本讲稿共64页四四 质量质量-能量关系能量

41、关系相对论相对论质能质能关系关系 质能关系质能关系表明表明：1 质质量量和和能能量量紧紧密密联联系系任任何何质质量量为为m的的物物体体就就具具有有大大小小等等于于mc2的的能能量量物物体体静静止止，Ek=0，但仍具有静能，但仍具有静能E=E0=m0c2，它包括构成物质的各种基本粒子之间的结合能，它包括构成物质的各种基本粒子之间的结合能.2 .物质质量的相应变化会引起能量的相物质质量的相应变化会引起能量的相应变化应变化.例如核子（质子和中子）结合成原子核时，会发生质量亏损，同时释放例如核子（质子和中子）结合成原子核时，会发生质量亏损，同时释放出巨大的原子核结合能出巨大的原子核结合能.第62页，本讲稿共64页五五 能量能量-动量关系动量关系第63页，本讲稿共64页六六 质能公式在原子核裂变和聚变中的应用质能公式在原子核裂变和聚变中的应用质量亏损质量亏损原子质量单位原子质量单位 1mol235U裂变可释放的能量裂变可释放的能量1 核裂变核裂变2 轻核聚变轻核聚变质量亏损质量亏损1mol2H和和3H聚变可释放的能量聚变可释放的能量第64页，本讲稿共64页