大学物理(祝之光)第二章_力_动量_能量剖析.ppt

2-1 牛顿运动定律 一、牛顿运动定律分析 二、力学中常见的几种力 三、牛顿定律的应用 2-2 动量定理和动量守恒定律 结论： 物体的运动状态不仅取决于速度，而且与物体的质量有关。 一、质点组 内力和外力 动量 二、冲量 三、质点的动量定理 四、质点组的动量定理 五、动量守恒定律 *六、火箭飞行原理 2-3 功 动能定理 一、功 二、功率 三、质点的动能定理 四、质点组的动能定理 2-4 功能原理 机械能转换和守恒定律 一、保守力 二、系统的势能和保守力的功 三、功能原理 四、机械能转化和守恒定律 五、能量转化和守恒定律 *2-5 质量-速率关系 质量-能量关系 一、质量-速率关系 二、相对论动量 三、相对论能量 四、质量-能量关系 五、能量-动量关系 六、质能公式在原子核裂变和聚变中的应用 1. 相对论动量 2. 相对论力学的基本方程 当 时, , 过渡为经典形式. 或 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， 提高火箭速度的途径主要有两种： 第一种是选优质燃料提高火箭喷气速度u； 第二种是采取多级火箭加大火箭质量比m0/m. 得 上式整理为 例: 水平光滑轨道上有长为 、质量为m2的平板车.质量为m1的人站在车的一端, 起初人和车都静止. 当人从车的一端走向另一端时, 人和车相对地面各自的位移是多少? 解: 以人和车组成的系统为研究对象. 系统在水平方向不受外力,因此在水平方向上的动量守恒. 对于地面的速度分别为 和 , 有 以人行走的方向为x轴的正方向,人和车的在某时刻相 x O x O 再设人相对于车的速度为 人在 时间内从车的一端走向另一端,人相对于车的位移为l, 设在此时间内,人和车相对于地面的位移分别为 和 . 表示车对地位移沿x轴负方向，与人行走方向相反. 思考：为什么计算位移x1和x2要使用积分？ 预习要点 注意变力功算式的导出过程, 如何计算直线运动中变力的功? 领会质点和质点组动能定理的内容和物理意义. 在什么情况下内力不作功? 1. 恒力的功 等于恒力在位移上的投影与位移的乘积. 2. 变力功的计算 (1) 无限分割轨道；取位移 ， ； 在 上的功（元功）； (3) 利用恒力功计算式计算 (2) 位移元上的力 在ds上可视为恒力； 直角坐标系中 (4) 总功为所有元功之和. ? 描写作功快慢的物理量，即单位时间内外力作的功. 平均功率 功率 外力作功与时间之比: 有 单位： W（瓦特），kW（千瓦），1kW=103W. 当外力移动物体从a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力. 由 而 定义动能（状态函数） 动能定理：作用于质点的合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. 动能定理表明力的空间积累作用的效果. 对 m1 、m2 应用质点动能定理 对 m1 、m2 组成的系统，将上两式相加： 质点系 两个质点质量为 m1、m2 ，受外力 、 ，内力 、 ，初速度为 、 , 末速度 为 、 , 位移为 、 . 令 为质点组的动能， 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. 讨论 内力总是成对出现的. 对质点组，内力的冲量和总是为零. 但内力的功的和却不一定为零. 内力的功: 系统内的质点没有相对位移时，一对内力所作的功等于零； 如果系统内质点间有相对位移，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. 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. 可以证明： 例：质量为m1的小平板车停靠在O处小平台旁，有质量为m2的物块以速度 进入平板车. 设车与地面之间的摩擦力可以忽略. 物块与车之间的摩擦因数为 , 车身长为d, 物块进入小车后带动小车开始运动. 当车行l距离时,物块刚好滑到小车一端的挡板处. 然后物块与小车以同一速度 一起运动. 试分析, 在上述过程中,（1）木块与平板车组成的系统动量守恒吗? （2）系统的动能守恒吗? （1） 把木块与车选为一个系统, 水平方向无外力作用, 所以动量守恒. m2 m1 解: 木块对地的位移: 木块所受摩擦力: ；方向与运动方向相反