反物質(zhì)離我們有多遠(yuǎn).ppt

“反物質(zhì)”離 我們 有多遠(yuǎn)？,/htmlnews/2011/5/246777.shtm,發(fā)布時(shí)間：2011-5-3,/special/antimatters/,中外科學(xué)家捕獲最重反物質(zhì)原子核反氦4,美國(guó)布魯克海文實(shí)驗(yàn)室(BNL),這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最重的反物質(zhì)原子核。,from the normal matter to the antimatter world,中子數(shù),質(zhì)子數(shù),奇異數(shù),反物質(zhì)處于這個(gè)圖表的負(fù)方向(N0,Z0)，,4He,16 牛頓運(yùn)動(dòng)定律,英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、天文學(xué)家和經(jīng)典力學(xué)體系的奠基人。牛頓的主要貢獻(xiàn)有發(fā)明了微積分，發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律，創(chuàng)建經(jīng)典力學(xué)，設(shè)計(jì)并實(shí)際制造了第一架反射式望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)光的色散原理等，被譽(yù)為人類(lèi)歷史上最偉大，最有影響力的科學(xué)家。為了紀(jì)念牛頓在經(jīng)典力學(xué)方面的杰出成就，“牛頓”后來(lái)成為衡量力的大小的物理單位。,單身貴族,牛頓 (16421727),“牛頓蘋(píng)果”,“如果說(shuō)我比別人看得更遠(yuǎn)些，那是因?yàn)槲艺驹诰奕思缟系木壒?。?萬(wàn)有引力定律,一、牛頓運(yùn)動(dòng)三定律,牛頓第一定律（Newton first law） 任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，直到其他物體對(duì)它作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。,“靜者恒靜，動(dòng)者恒動(dòng)”,慣性是物體的固有特性。牛頓第一定律也叫做慣性定律； 說(shuō)明了力的概念和力的作用； 定義了一種特殊的參考系慣性系；,說(shuō)明：,不給力就不?；蛘卟粍?dòng) 給力就加速 我給你力的同時(shí)，你也得給我力,慣性是殺手,利用慣性,固定斧頭 跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員助跑起跳 地球自轉(zhuǎn) 比如你開(kāi)車(chē)時(shí)候遇到劫匪了，拿著刀逼你開(kāi)到某某地方，于是你開(kāi)始慢慢加快車(chē)速，突然來(lái)個(gè)急剎車(chē)，劫匪直接摔出去了，你由于帶了保險(xiǎn)帶，無(wú)事。,牛頓第二定律（Newton second law） 物體受到外力作用時(shí)，物體所獲得的加速度的大小與合外力的大小成正比，與物體的質(zhì)量成反比；加速度的方向與合外力方向相同。,2、迭加性：,特點(diǎn)： 瞬時(shí)性 迭加性 矢量性,3、矢量性：具體運(yùn)算時(shí)應(yīng)寫(xiě)成分量式,直角坐標(biāo)系中：,自然坐標(biāo)系中：,衡量一輛汽車(chē)性能的主要指標(biāo)有哪些？,（一）汽車(chē)的動(dòng)力性： 汽車(chē)的加速能力 （三）汽車(chē)的制動(dòng)性 ：汽車(chē)迅速減速直至停車(chē)的能力,牛頓第三定律（Newton third law） 兩個(gè)物體之間對(duì)各自的相互作用總是大小相等，方向相反。,作用力與反作用力：,1、它們總是成對(duì)出現(xiàn)。同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消滅。,2、它們分別作用在兩個(gè)物體上。,3、它們一定是屬于同一性質(zhì)的力。,二、力學(xué)中常見(jiàn)的力,1、引力：,G=6.6710-11Nm2/kg2,例、地球?qū)ξ矬w的引力Pmg=GMm/R2 所以g=GM/R2,2、電磁力：（庫(kù)侖力）f=kq1q2/r2 k=9 109Nm2/C2,注意：電磁力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于萬(wàn)有引力！,例1. 在氫原子中，電子與質(zhì)子的距離為5.310-11米，試求靜電力及萬(wàn)有引力，并比較這兩個(gè)力的數(shù)量關(guān)系。,靜電力：電子、質(zhì)子看作點(diǎn)電荷 萬(wàn)有引力：電子、質(zhì)子看作質(zhì)點(diǎn),比值：2.31039,3、強(qiáng)力：微觀粒子之間的一種相互作用，作用范圍大約在10-15米以?xún)?nèi)。,4、弱力：微觀粒子之間的另一種作用力，力程短、力弱（102牛頓）,四種基本力的特征和比較,力的種類(lèi) 相互作用的物體 力的強(qiáng)度 力 程,萬(wàn)有引力 一切質(zhì)點(diǎn) 1034N 無(wú)限遠(yuǎn) 弱力 大多數(shù)微觀粒子 102N 小于1017m 電磁力 電荷 102N 無(wú)限遠(yuǎn) 強(qiáng)力 核子、夸克等 104N 1015m, 物理學(xué)家的目標(biāo)： 四種力可否從一種更基本、更簡(jiǎn)單的理論導(dǎo)出? 各種力能否統(tǒng)一在一種更一般的理論中?,已做和待做的工作:,20世紀(jì)20年代，愛(ài)因斯坦最早著手這一工作。但未成功。,弱、電統(tǒng)一：20世紀(jì)60年代溫伯格、薩拉姆和格拉肖三位理論物理學(xué)家提出理論，1979年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。 1983年實(shí)驗(yàn)證實(shí)理論預(yù)言,大統(tǒng)一：弱、電、強(qiáng) 統(tǒng)一，很有希望的“標(biāo)準(zhǔn)模型” 因目前加速器能量不夠而無(wú)法實(shí)驗(yàn)證實(shí)。 超大統(tǒng)一：四種力的統(tǒng)一,萬(wàn)有引力 萬(wàn)有引力定律： 任何兩個(gè)物體之間都存在著相互作用的引力，力的方向沿著兩質(zhì)點(diǎn)的連線；力的大小與兩質(zhì)點(diǎn)質(zhì)量的乘積成正比，與兩質(zhì)點(diǎn)之間的距離的平方成反比。,其中 G=6.6725910-11 N.m2.Kg-2 稱(chēng)為引力常量。,重力加速度（地面的萬(wàn)有引力）：,根據(jù)牛頓第二定律：,其中 為地球的緯度,彈性力 1、彈性形變：物體受力發(fā)生形變，當(dāng)把力撤除后，物體若完全恢復(fù)到原來(lái)的形狀，這種形變稱(chēng)為彈性形變。 2、彈性力：由物體形變引起的相互作用力。彈性力是一種接觸力，其方向垂直于兩物體接觸點(diǎn)的切面。,其中 k 是彈簧的勁度系數(shù)， x 是物體相對(duì)于平衡位置的位移。,3、常見(jiàn)的彈性力有： 彈簧被拉伸或壓縮時(shí)產(chǎn)生的彈性力； 繩索被拉緊時(shí)產(chǎn)生的張力； 重物放在支承面上產(chǎn)生的正壓力和支持力等。,4、胡克定律：,摩擦力 摩擦力：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體表面滑動(dòng)或有滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在這兩物體的接觸面上就會(huì)產(chǎn)生阻礙物體作相對(duì)滑動(dòng)的力，這種力就是摩擦力。 靜摩擦力：當(dāng)物體有滑動(dòng)趨勢(shì)但未滑動(dòng)時(shí)作用在物體上的摩擦力。靜摩擦力的大小取決于外力。,滑動(dòng)摩擦力：當(dāng)一個(gè)物體在另一個(gè)物體的表面滑動(dòng)時(shí)，在接觸面上所產(chǎn)生的摩擦力，稱(chēng)為滑動(dòng)摩擦力。,應(yīng)用牛頓定律的解題步驟：,三、牛頓定律的應(yīng)用,受力情況,運(yùn)動(dòng)情況,例題1 一物體置于水平面上，物體與平面之間的動(dòng)摩擦系數(shù)為 ，如圖所示，求作用在物體上的拉力F與水平面之間的夾角 為多大時(shí)，該力能使物體獲得最大的加速度？,解：確定研究對(duì)象，建立坐標(biāo)系,設(shè)物體質(zhì)量為m，加速度為a，分析受力，如圖：,目的：找出 與 的關(guān)系,討論：平靜的湖面上有一小船，一人在湖邊處有一定高度的岸上以勻速率v0收繩子，使小船向岸邊靠攏，則小船的運(yùn)動(dòng)是（A）勻速運(yùn)動(dòng)（B）勻加速運(yùn)動(dòng)（C）勻減速運(yùn)動(dòng)（D）變加速運(yùn)動(dòng)（E）變減速運(yùn)動(dòng)。,解：選取坐標(biāo)如圖，O是固定點(diǎn),（這是本題的關(guān)鍵）,負(fù)號(hào)表示v的方向與x 軸的正方向相反。,(D）對(duì),習(xí)題15 如圖所示岸上人用勻速v拉繩，求船的速度。已知滑輪距水面高h(yuǎn)，繩初始位置長(zhǎng)度為l0,解一：如圖所示，當(dāng)船發(fā)生元位移dx時(shí)，繩長(zhǎng)的變化為dl=dxcos,解法2：用矢量表示,則船的運(yùn)動(dòng)速度可以表示為,例題2 水平面上有一質(zhì)量為51kg的小車(chē)D，其上有一定滑輪C，滑輪兩側(cè)分別連有質(zhì)量為m1=5kg和m2=4kg的物體A 和B。物體A在小車(chē)上，物體B被繩懸掛，系統(tǒng)處于靜止瞬間，如圖所示。各接觸面和滑輪軸均光滑，求以多大力作用在小車(chē)上，才能使物體A與小車(chē)D之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。（滑輪和繩的質(zhì)量均不計(jì)，繩與滑輪間無(wú)滑動(dòng)）,解：建立坐標(biāo)系并作受力分析圖：,列方程：,解出：,=784N,N1,例題4 如圖所示, 長(zhǎng)為l 的輕繩, 一端系質(zhì)量為m 的小球于定點(diǎn)O. 開(kāi)始時(shí)小球處于最低位置. 若使小球獲得如圖所示的初速度v0 ,小球?qū)⒃阢U直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng), 求小球在任意位置的速率及繩的張力.,解: t 時(shí)刻, 若小球在點(diǎn)A , 速率為v,小球受重力mg及張力T, 有,采用自然坐標(biāo)系,由,在切向,在法向,所以有:,積分：,得:,例題3 由地面沿鉛直方向發(fā)射質(zhì)量為m的火箭。求火箭能脫離地球引力所需要的最小初速度。,解：以火箭為研究對(duì)象，發(fā)射升空后只受到地球引力作用，故建立豎直向上的坐標(biāo)系，以地心為原點(diǎn)，設(shè)火箭與地面相距x，則由萬(wàn)有引力定律有,使物體能夠繞地球做圓周運(yùn)動(dòng)的初速度（第一宇宙速度） 脫離地球引力所需要的最小初速度 （第二宇宙速度） 脫離太陽(yáng)引力所需要的最小初速度 （第三宇宙速度）,神舟五號(hào),查資料做報(bào)告（5分鐘）,人造地球衛(wèi)星的用途，請(qǐng)舉例說(shuō)明； 衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)的區(qū)位選擇？ 我國(guó)衛(wèi)星技術(shù)。,“衛(wèi)星”專(zhuān)題：,是否向東發(fā)射衛(wèi)星與向西發(fā)射衛(wèi)星消耗能量不同? 為什么衛(wèi)星要在低緯度地區(qū)發(fā)射好？ 我國(guó)衛(wèi)星發(fā)射初速度是多少？,牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍： 1.低速宏觀物體； 2.只在慣性系中成立。,17 慣性系與非慣性系 力學(xué)相對(duì)性原理,一、慣性系和非慣性系,運(yùn)動(dòng)的描述是依賴(lài)于參考系的。 牛頓第一定律中的靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于什么參考系而言？牛頓第一定律是否對(duì)一切參考系都成立？,以地面為參考系， ，保持靜止，牛頓第一定律成立； 以相對(duì)于地面做加速運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)為參考系， ，卻有加速度，牛頓第一定律不成立。,牛頓第一定律并不對(duì)一切參考系都成立！,凡是相對(duì)于慣性系做勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系都是慣性系；而相對(duì)于慣性系做變速運(yùn)動(dòng)的參考系則是非慣性系。 所有的慣性參照系都是等效的（力學(xué)相對(duì)性原理）,慣性系：地面 非慣性系：相對(duì)地面做加速運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)，轉(zhuǎn)盤(pán),定義： 牛頓第一定律成立的參考系，稱(chēng)為慣性參考系。,如何判斷一個(gè)參考系是否是慣性系？ 判據(jù)就是看牛頓第一定律是否成立。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)和觀察，發(fā)現(xiàn),二、力學(xué)的相對(duì)性原理,只要對(duì)某一慣性系牛頓第二定律成立，對(duì)其他任何慣性系，牛頓第二定律必定成立。 物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律不依賴(lài)于參考系。,在兩個(gè)相互做勻速直線運(yùn)動(dòng)的慣性參考系S和S中, 觀察同一質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的加速度關(guān)系式有:,一切慣性系中，力學(xué)規(guī)律具有相同的形式。這個(gè)原理叫做力學(xué)相對(duì)性原理或伽利略相對(duì)性原理。,三、非慣性系中的慣性力,1、在直線加速運(yùn)動(dòng)參考系中的慣性力：,在非慣性系中,可以引入一個(gè)虛擬的力(無(wú)施力物體), 稱(chēng)為慣性力，此時(shí)可應(yīng)用牛頓定律求解力學(xué)問(wèn)題.,小球受力F，做加速運(yùn)動(dòng),牛頓定律成立，,小球受力F，靜止,牛頓定律不成立。,假想一個(gè)力 FI使得小球所受合力為零，則牛頓定律成立。 這個(gè)假想力稱(chēng)為慣性力。,小球不受力，靜止,牛頓定律成立。,小球不受力，做加速運(yùn)動(dòng),牛頓定律不成立。,根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)中加速度的變換關(guān)系：,Inertia 慣性,想在非慣性系中應(yīng)用牛頓第二定律，只須額外考慮一種稱(chēng)為慣性力的虛擬力（慣性力是假想的，是為了在非慣性系中也能應(yīng)用牛頓第二定律）； 它不由物體間的相互作用產(chǎn)生，即，慣性力沒(méi)有施力物體，同時(shí)，它也不存在反作用力； 它是慣性在非慣性系中的效應(yīng)。,例題 設(shè)電梯相對(duì)地面以加速度a鉛直向上運(yùn)動(dòng). 電梯中有一質(zhì)量可略去不計(jì)的滑輪, 在滑輪的兩側(cè)用輕繩懸掛著質(zhì)量分別為m1和m2的重物, 已知 m1 m2 . 求 m1和m2相對(duì)電梯的加速度及繩的張力.(習(xí)題125),解:受力分析如下:,兩式聯(lián)立求解得：,m1,y,m2,y,以電梯為參考系，引入慣性力,對(duì)m1：,2、在勻角速度轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系中的慣性力：,-離心慣性力,地面觀察者：質(zhì)點(diǎn)受繩子的拉力提供的向心力，所以作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。,圓盤(pán)上觀察者：質(zhì)點(diǎn)受繩子的拉力，為什么靜止？,太空飛碟,