质点动力学教案市公开课一等奖百校联赛优质课金奖名师赛课获奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2000-3-5,*,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,牛顿运动定律,功 几个常见力功,动能定理 势能 能量守恒定律,动量 冲量 动量定理 动量守恒定律,质点动力学,1/49,-3-5,1,1、任何物体假如没有力作用在它,上面，都将保持静止或作匀速直线,运动状态。,r,r,r,F,d,p,dt,m,a,=,=,2、,3、作用力与反作用力大小相等、,方向相反，作用在不一样物体上,注意：,力 外力内力,2、瞬时性 矢量性,mg,T,T,4、适用范围,宏观、低速，惯性系,一、牛顿三定律,（1687年）,1、力 改变状态,是同一时刻,为外力矢量和,协力作用效果是产生加速度。,2.1 牛顿运动三定律,2/49,-3-5,2,2.2 自然界中几个常见力,1、万有引力,2,、电磁力,3、强力,4、弱力也是粒子间短程力,斥力,0.4,10,-15,m,引力,10,-15,m 无力,弱电统一理论（60年代）,遗留问题：,大统一理论？,是否存在第五种力？,+,+,电力10,2,N,引力10,-34,N,凝聚力,？,强子间作用力,：,核子、介子,强力10,4,N,！,原子核,3/49,-3-5,3,1万有引力,万有引力,万有引力：,存在于一切物体间相互吸引力。,牛顿万有引力定律:,其中,m,1,和,m,2,为两个质点质量，,r,为两个质点距离，,G,0,叫做万有引力常量。,引力质量与惯性质量在物理意义上不一样，不过二者相等，所以无须区分。,4/49,-3-5,4,2.重力,重力：,在地球表面物体，受到地球吸引而使物体受到力。,重力与重力加速度方向都是竖直向下。,注意，因为地球自转，重力并不是地球引力，而是引力沿竖直方向一个分力，地球引力另一个分力提供向心力。,北极,南极,o,o,P,忽略地球自转：,5/49,-3-5,5,3.弹力,常见力和基本力,弹性力：,两个相互接触并产生形变物体企图恢复原,状而彼此互施作用力。,方 向:一直与使物体发生形变外力方向相反,。,条 件：物体间接触，物体形变。,三种表现形式：,(1)两个物体经过一定面积相互挤压；,方向:垂直于接触面指向对方。,大小:取决于挤压程度。,6/49,-3-5,6,(2)绳对物体拉力；,弹 力,(3)弹簧弹力；,x,大小：取决于绳收紧程度。,方向：沿着绳指向绳收紧方向。,弹性程度内，弹性力满足胡克定律：,方向：指向要恢复弹簧原长方向。,7/49,-3-5,7,4.摩擦力,摩擦力：,两个相互接触物体在沿接触面相对运动时，或者有相对运动趋势时，在它们接触面间所产生一对妨碍相对运动或相对运动趋势力。,方向：与物体相对运动或相对运动趋势方向相反。,条件：表面接触挤压；相对运动或相对运动趋势。,最大静摩擦力,滑动静摩擦力,其中,s,为静摩擦系数，,k,为滑动摩擦系数。它们与接触面材料和表面粗糙程度相关。,摩擦力,8/49,-3-5,8,5.电磁力,电磁力和强力,电磁力：,存在于静止电荷之间电性力以及存在于运动电荷之间磁性力，本质上相互联络，总称为电磁力。,分子或原子都是由电荷系统组成，它们之间作用力本质上是电磁力。比如：物体间弹力、摩擦力，气体压力、浮力、粘滞阻力。,6.强力,强力：,亚微观领域，存在于核子、介子和超子之间、把原子内一些质子和中子紧紧束缚在一起一个力。,作用范围：,9/49,-3-5,9,7.弱力,弱 力,弱力：,亚微观领域内另一个短程力，造成,衰变放出电子和中微子主要作用力,。,四种基本力比较,力类型,项目,万有引力,电磁力,强 力,弱 力,力 程,长程,长程,短程,短程,作 用 范 围,0,0,10,-15,m,10,-15,m,相邻质子间力 大 小,10,-34,N,10,2,N,10,4,N,10,-2,N,10/49,-3-5,10,弱力,7.弱力,力类型,项目,万有引力,电磁力,强 力,弱 力,力 程,长程,长程,短程,短程,作 用 范 围,0,0,10,-15,m,N,s,砖与皮带间有相对运动。,思索,：若皮带加速运动，想确保砖与皮带间无相对运动，加速度不可超出多大？,例题,13/49,-3-5,13,3.1 功,一、恒力功,a,b,S,定义：,矢量式,作用在沿直线运动质点上恒力 F，在力作用点位移上作功，等于力和位移标积。,单位：J 焦耳,14/49,-3-5,14,二、变力功,b,a,物体在变力作用下从,a,运动到b。,怎样计算这个力功呢？,采取微元分割法,动能定理,15/49,-3-5,15,第,i,段近似功：,总功近似：,第2段近似功：,第1段近似功：,b,a,动能定理,16/49,-3-5,16,当 时,可用 表示,称为元位移;用 表示,称为元功。,微分形式：,积分形式：,总功准确值：,在数学形式上，力功等于力 沿路径L从,a,到b,线积分,。,动能定理若 =常矢量，物体作直线运动,17/49,-3-5,17,直角 坐标系,协力作功,=,各力作功代数和,单位：,（,J,）（eV）,1eV=1.6,10,-19,J,功 率,平均功率,单位：（,W,）,A,1,A,2,A,N,三、功率,18/49,-3-5,18,例题,质点在力 F 作用下沿坐标轴 ox 运动，F=6x,，试求质点从,到,处过程中，力 F 作功。,解：,在全旅程上功为,a,b,S,x,o,力在元位移dx 上作功为：,19/49,-3-5,19,A,重力,mg,重力作功与路径无关只与始末位置相关。,y,x,0,y,1,y,2,运动员下降高度,作功=,？,3.2 几个常见力功,一、20/49,-3-5,20,二、万有引力作功,m,1,m,2,A,B,万有引力作功与路径无关只与始末位置相关。,21/49,-3-5,21,22/49,-3-5,22,A,三、弹力,O,x,x,1,x,2,作功=,?,弹力作功只与始末状态相关,。,23/49,-3-5,23,四、,摩擦力功,为滑动摩擦系数,摩擦力功与质点运动路径相关。,24/49,-3-5,24,弹力作功,重力作功,万有引力作功,m,1,m,2,m,2,特点,：作功与路径无关，只与始末位置相关,保守力,m,2,运动一周万有引力作功为0,思索：重力，万有引力，弹性力作功共同特点,25/49,-3-5,25,作功与路径无关，只与始末位置相关,五、保守力,A,（B）,保守力沿任意闭合路径所做功为零。,重力、弹性力、静电力是保守力。,26/49,-3-5,26,注意：,1.,E,k,为状态量 2.功是动能增量量度 3.在惯性系成立,一、质点动能定理,二、,质点系动能定理,内力即使成对出现，但相互作用两质点位移并不相同，所以 A,内,0,3.3 动能定理,合外力对质点所做功=,质点动能增量,27/49,-3-5,27,例 ：已知,m,l,，,静止下落，求下落,角时速率及绳中张力,mg,T,解：珠子受力,不作功,重力mg 作功,28/49,-3-5,28,保守力作功与路径无关，只取决于系统始末,位置,。,存在由,位置,决定能量,E,P,势能函数,保守力作功等于势能降低,系统某一位置势能=系统从该位置移到势能为 0 位置过程中，保守力作功。,说明：,1、E,P,值大小与0势位置选择相关，但,E,P,是确定值。2、势能0点可任选，但一个问题中只可有一个。,3.4 势能 机械能守恒定律,势能定义,当选择,点势能为零,一、势能,29/49,-3-5,29,1、重力势能,x,z,y,0,设 为,势能零点,，M 点重力势能,30/49,-3-5,30,M,m,A,B,2、万有引力势能,质点由位置移动A到位置B万有引力功,为势能零点,31/49,-3-5,31,地面上高 h 处 A 处,选地面为势能零点，求 A 处势能,R,hA,32/49,-3-5,32,质点从M 点移动到 O点过程弹簧拉力作功（势能零点为弹簧原优点）。,O,X,m,k,x,系统弹性势能为,3、弹性势能,总结,：,质点从,弹性力作功为,元过程,保守力作功等于质点始末两个位置势能降低,33/49,-3-5,33,弹力势能,重力势能,万有引力势能,势能曲线,0,0,h,0,r,思索：,上述各势能曲线对应势能为0位形怎样,？,这么选有什么好处,？,改变0位选择曲线该怎样画,？,34/49,-3-5,34,二、机械能守恒定律,A,B,质点 m ，在保守立场中运动,由动能定理：,保守力功：,故有,上式称质点机械能守恒定律,注意：守恒条件为只有保守力做功,35/49,-3-5,35,系统受力,外力,内力,保守内力,非保守内力,A,外,+,A,非保内,+,A,保内,=,E,k,-,E,P,A,外,+,A,非保内,=,E,k,+,E,P,=,（,E,k,+,E,P,）,机械能,功效原理,当,A,外,+,A,非保内,=0,E,k,+,E,P,=常量,机械能守恒定律,条件,推广到质点系：,36/49,-3-5,36,4.1 质点 动量定理,4.2 质点系动量定理,4.3 质点系动量守恒定律,第四章 冲量和动量,37/49,-3-5,37,牛顿定律瞬时关系,力时间积累效果？,力空间积累效果？,冲量,功,包括转动问题？,角动量,动量定理,角动量定理,动能定理,质点,质点系,动量定理,角动量定理,动能定理,一定条件下,守恒定律,38/49,-3-5,38,一、冲量、动量定理,时间积累效果,动量改变,动量定理积分形式,冲量,4.1质点动量定理,元冲量,上式为动量定理 微分形式,39/49,-3-5,39,注意：,1、矢量关系,2、分量形式,4、单位,含有相同量纲,5、只适用惯性系(非惯性系中须加入惯性力）,3、对应一个过程始末状态,动量是状态量，而冲量与过程相关,40/49,-3-5,40,t,1,t,2,F,0,F,t,I,二、平均冲力,一定,一定,作用时间长,缓冲,41/49,-3-5,41,例：篮球 m=1kg，相对以 v=6m/s,=60,o,撞在篮板上，撞后=60,o,。设碰撞时间t=0.01s 求：篮板受到平均作用力。,解：,球受力,X,Y,v,1,v,2,=120 N,=0,篮板受平均作用力,42/49,-3-5,42,4.2,质点系动量定理,一、两个质点,内力不影响总动量,总动量,43/49,-3-5,43,注意：,系统,总动量改变,只与外力冲量相关，,与内力无关。可选择适当系统简化问题,二、n 个质点质点系,质点系动量定理微分形式,44/49,-3-5,44,分量式：,积分式,积分,45/49,-3-5,45,篮球 m=1kg，相对以,v,=6m/s,=60,o,撞在篮板上，设碰撞时间t=0.01s 求：篮板受到平均作用力。,解：,球受力,X,Y,v,1,v,2,=600 N,=0,篮板受平均作用力。,例题,46/49,-3-5,46,4.3 质点系动量守恒定律,动量守恒定律,可应用于任何一个分量,47/49,-3-5,47,动量守恒定律,可应用于任何一个分量,四、动量守恒定律,48/49,-3-5,48,火箭飞行,前苏联东方1号火箭,长征三号运载火箭,火箭发射,49/49,-3-5,49,