動量動量守恒定律

動量動量守恒定律3/14/20231第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律BetweenJuly16andJuly22,1994,23kilometer-sizedfragmentsofaCometShoemaker-Levy(蘇梅克-列維9號慧星)impactonJupiter(木星).Thoughtheenergyreleasedineachimpactwasequivalenttomorethan1014tonsofTNT,thefragmentshadsolittlemomentumcomparedtoJupiterthattherewasnonoticeableeffectontheplanet’sorbit.第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日本章主要闡述三個(gè)問題：1）牛頓運(yùn)動三定律及其應(yīng)用。2）非慣性參照系。3）沖量、沖量定理（質(zhì)點(diǎn)動量定理），動量、動量守恒定律。第三章動量、動量守恒定律第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律牛頓對自己的成功有著清醒的認(rèn)識，他在一封信中寫道：“如果說我比別人看得更遠(yuǎn)一點(diǎn)的話，那是因?yàn)槲艺驹诰奕藗兊募绨蛏?。”牛頓長期擔(dān)任英國皇家學(xué)會會長一職，直到去世。牛頓終身未婚，把畢生的精力都貢獻(xiàn)給了科學(xué)事業(yè)，他在臨終遺言中有這樣一段話：“我不知道世人將如何看待我，但是在我看來，我不過只是在海濱玩耍的孩子，為時(shí)而發(fā)現(xiàn)一塊比平常光滑的石子或美麗的貝殼而感到高興，但那浩瀚的真理之海洋，卻還在我的面前未曾發(fā)現(xiàn)呢？”。第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律1、牛頓第一定律的重要意義是從力的起源（力是物體間的相互作用）和力的效果（力是改變運(yùn)動狀態(tài)的原因）上肯定了力的概念。并說明了一切物體都具有慣性，所以又稱為慣性定律。2、牛頓第一定律是大量直觀經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)事實(shí)的抽象概括，不能用實(shí)驗(yàn)直接證明。3、牛頓第一定律只適用于慣性參照系。1、牛頓第一定律

牛頓第一定律的內(nèi)容可表述如下：任何物體都保持靜止或勻速直線運(yùn)動狀態(tài)，直到受其它物體所作用的力迫使它改變這種狀態(tài)為止。對于牛頓第一定律應(yīng)明確以下幾點(diǎn)：第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律V增大V減小設(shè)想V保持不變?伽利略1609年制造的望遠(yuǎn)鏡第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律以教堂為參照系，物體A靜止，滿足牛頓第一定律。以汽車為參照系，物體A運(yùn)動，不滿足牛頓第一定律。Aa牛頓第一定律成立的參照系，稱為慣性參照系。牛頓第一定律不成立的參照系，稱為非慣性參照系。相對慣性系作勻速直線運(yùn)動的參照系也是慣性參照系。

運(yùn)動的描述具有相對性，僅從運(yùn)動學(xué)角度看，各種參照系是等價(jià)的，但進(jìn)入動力學(xué)后，就要將參照系分為慣性參照系和非慣性參照系。第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律地面參考系:自轉(zhuǎn)加速度a~3.4

cm/s2太陽參考系:繞銀河系加速度a~310-8

cm/s2星系參考系太陽參考系地球參考系(近似慣性系)通常選地球或太陽為慣性系第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律牛頓第二定律的內(nèi)容可表述如下：質(zhì)點(diǎn)所受的合外力正比于相對于慣性系的加速度。注意：①牛頓第二定律僅適用于慣性參照系；②牛頓第二定律是力的瞬時(shí)作用規(guī)律；③牛頓第二定律的表達(dá)式是矢量式；④當(dāng)質(zhì)點(diǎn)以接近光速運(yùn)動時(shí)，m為變量，不成立，但仍成立。2、牛頓第二定律(定義了)慣性質(zhì)量m——物體慣性大小的量度，是個(gè)唯象參數(shù)(由實(shí)驗(yàn)確定)第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律牛頓第三定律的內(nèi)容可表述如下：作用力與反作用力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。注意：①作用力與反作用力等值、反向、共線、共性。②作用力與反作用力分別作用在兩個(gè)物體上，同時(shí)產(chǎn)生，同時(shí)消失。③牛頓第三定律不包含運(yùn)動量，適用于任何參照系。3、牛頓第三定律第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律自然界中存在四種基本相互作用力。(1)引力相互作用

引力——長程力(吸引力)(2)電磁相互作用

電磁力——長程力(吸引力或排斥力)

如：電磁學(xué)的靜電庫侖力、洛侖茲力力學(xué)中的張力、拉力、正壓力、彈性力、摩擦力……

——分子間電磁相互作用的集體效應(yīng)(分子力的宏觀表現(xiàn))

第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律摩擦力------相互接觸的兩個(gè)物體，有相對運(yùn)動或有相對運(yùn)動趨勢時(shí)，在接觸面就會出現(xiàn)阻礙運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的力，叫做摩擦力。摩擦可分為干摩擦和濕摩擦兩類。干摩擦是兩個(gè)固體表面之間的摩擦，又叫外摩擦。干摩擦可分為靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦。這里僅介紹靜摩擦和滑動摩擦。濕摩擦是液體（或氣體）內(nèi)部，或固體和液體（或氣體）之間的摩擦，因此又叫粘滯性摩擦或內(nèi)摩擦。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律(3)強(qiáng)相互作用

短程力＜10-15m〔例〕核力量子色動力學(xué)(QCD)

QuantumChromoDynamics(4)弱相互作用

短程力＜10-17m〔例〕中子β衰變n→p+e-+ν

弱電統(tǒng)一理論Weinberg－Salam－Galshow

(NobelPrize1979)

S.WeinbergA.SalamS.L.Galshow第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律自然界中存在四種基本相互作用力。力的種類力的強(qiáng)度力程傳遞媒質(zhì)萬有引力---是存在任何兩個(gè)物體之間的引力10-34N0~∞引力子（假設(shè)）弱力---是存在于許多基本粒子之間的相互作用力102N<10-17m中間玻色子電磁力---是帶電體之間的相互作用力。從微觀本質(zhì)看，彈性力、摩擦力、張力等都是物質(zhì)內(nèi)部分子間或原子間電磁力的宏觀表現(xiàn)。10-9N0~∞光子強(qiáng)力---是原子核內(nèi)部的質(zhì)子、中子等核子之間的相互作用力。104N<10-15m膠子第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律m2

【例題】在傾角為30°的光滑斜面上，放一質(zhì)量m1=8kg的物體。用一跨過滑輪的輕繩與質(zhì)量m2=10kg的物體相連，如圖所示。求兩物體運(yùn)動時(shí)的加速度及繩上的張力。第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律

【例題】質(zhì)量為m的小球在液體中由靜止釋放，豎直下沉。設(shè)液體相對地面靜止。液體對小球的浮力為F，粘滯阻力為

是液體的粘滯系數(shù)，V為小球的下沉速度。求任意時(shí)刻小球的速度。第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律

【例題】細(xì)繩長R，一端固定于o點(diǎn)，質(zhì)量為m

的小球系在繩的另一端，在豎直平面內(nèi)繞o點(diǎn)作半徑為R的圓周運(yùn)動。已知小球在最底點(diǎn)時(shí)的速率為v0。求在任意位置時(shí)，小球的速率和繩中的張力。第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律第十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律

牛頓定律的解題步驟:

1、運(yùn)用第三定律對研究對象進(jìn)行受力分析,畫出各物體受力圖(隔離體法)

2、選取慣性參考系,建立合適坐標(biāo)系。

(盡量使加速度的方向與坐標(biāo)軸正向一致)

3、根據(jù)物體受力圖,運(yùn)用第二定律列出聯(lián)立方程

(i)用幾何關(guān)系或相對運(yùn)動找出加速度之間、力之間的關(guān)系(ii)未知數(shù)應(yīng)與方程數(shù)相等

4、解聯(lián)立方程組，用符號化簡后代入數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。

(原始數(shù)據(jù)注意單位,盡量化為

SI制)

5、對結(jié)果進(jìn)行討論。

(分析結(jié)果是否合理,有何物理意義)第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日本章主要闡述三個(gè)問題：1）牛頓運(yùn)動三定律及其應(yīng)用。2）非慣性參照系。3）沖量、沖量定理（質(zhì)點(diǎn)動量定理），動量、動量守恒定律。第三章動量、動量守恒定律第二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律當(dāng)車的a=0

時(shí),單擺和小球的狀態(tài)符合牛頓定律當(dāng)a≠0

時(shí)在車內(nèi)觀察,單擺和小球的狀態(tài)不符合牛頓定律在有些參考系中牛頓定律成立,這些參考系稱為慣性系相對慣性系作勻速直線運(yùn)動的參考系也是慣性系相對慣性系作加速運(yùn)動的參考系是非慣性系對于慣性系，我們已經(jīng)有了牛頓運(yùn)動三定律；現(xiàn)在的問題在于：在非慣性系中，牛頓運(yùn)動定律不成立，我們應(yīng)該如何進(jìn)行修正與補(bǔ)充？第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律①加速平動的非慣性系F

引入慣性力的概念之后，牛頓運(yùn)動定律在非慣性系中仍然成立，只不過定律中的力應(yīng)該既包括作用力，又包括慣性力。另外，需要指出的是：慣性力是一個(gè)假象的力，既沒有施力者，也沒有反作用力。慣性力的實(shí)質(zhì)是物體慣性在非慣性系中的反映。第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律請注意：不要將慣性離心力與離心力相混淆。離心力是向心力的反作用力，是小球?qū)?xì)繩的拉力，是T的反作用力。m②轉(zhuǎn)動非慣性系第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律〔例〕質(zhì)量M、傾角θ的斜面體放在光滑的水平面上,質(zhì)量m的物體置于光滑的斜面上。求斜面體相對地面的加速度和物體相對斜面體的加速度。x'y'o'x'y'o'mMmgNmai物體MgNai斜面體第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日本章主要闡述三個(gè)問題：1）牛頓運(yùn)動三定律及其應(yīng)用。2）非慣性參照系。3）沖量、沖量定理（質(zhì)點(diǎn)動量定理），動量、動量守恒定律。第三章動量、動量守恒定律第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律1、質(zhì)點(diǎn)動量定理

物體運(yùn)動狀態(tài)的變化是和作用在物體上的力以及力的作用時(shí)間這兩個(gè)因素有關(guān)。第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日第三章動量、動量守恒定律注意：①沖量是矢量，其方向?yàn)榱Φ姆较颉＂邰趯τ跊_擊、碰撞等問題:沖力F數(shù)值很大,變化很快,作用時(shí)間很短——F(t)