動(dòng)量守恒與能量守恒定律ppt課件

1、動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律第 三 章2第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3-0 基本教學(xué)要求基本教學(xué)要求 一理解動(dòng)量、沖量概念，掌握動(dòng)量定一理解動(dòng)量、沖量概念，掌握動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律理和動(dòng)量守恒定律 二掌握功的概念二掌握功的概念, , 能計(jì)算變力的功，能計(jì)算變力的功，理解保守力作功的特點(diǎn)及勢(shì)能的概念，會(huì)計(jì)理解保守力作功的特點(diǎn)及勢(shì)能的概念，會(huì)計(jì)算萬(wàn)有引力、重力和彈性力的勢(shì)能算萬(wàn)有引力、重力和彈性力的勢(shì)能3第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 三掌握動(dòng)能定理、功能原理和機(jī)械三掌握動(dòng)能定理、功能原理和機(jī)械能守恒定律，掌握運(yùn)

2、用動(dòng)量和能量守恒定能守恒定律，掌握運(yùn)用動(dòng)量和能量守恒定律分析力學(xué)問題的思想和方法律分析力學(xué)問題的思想和方法 四了解完全彈性碰撞和完全非彈性四了解完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞的特點(diǎn)，并能處理較簡(jiǎn)單的完全彈性碰撞的特點(diǎn)，并能處理較簡(jiǎn)單的完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞的問題碰撞和完全非彈性碰撞的問題3-0 基本教學(xué)要求基本教學(xué)要求3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版力的累積效應(yīng)力的累積效應(yīng)EWrFpIttF, , )(對(duì)對(duì) 積累積累對(duì)對(duì) 積累積累動(dòng)量、沖量動(dòng)量、沖量 、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒動(dòng)能、

3、功、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒動(dòng)能、功、動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版一沖量質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理一沖量質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理 動(dòng)量動(dòng)量vmp )( dddvmptFtmtpFd(ddd)v121221dvvmmpptFtt 沖量矢量）沖量矢量）21dtttFI3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1221dvvmmtFItttmtpFd(ddd)v微分形式微分形式積分形式積分形式 動(dòng)量定理在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，外力

4、動(dòng)量定理在給定的時(shí)間間隔內(nèi)，外力作用在質(zhì)點(diǎn)上的沖量，等于質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)間內(nèi)作用在質(zhì)點(diǎn)上的沖量，等于質(zhì)點(diǎn)在此時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的增量動(dòng)量的增量3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版某方向受到?jīng)_量，該方向上動(dòng)量就增加某方向受到?jīng)_量，該方向上動(dòng)量就增加闡明闡明 分量表示分量表示yyttyymmtFI1221dvvzzttzzmmtFI1221dvvxxttxxmmtFI1221dvv3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版質(zhì)點(diǎn)系質(zhì)點(diǎn)系二二

5、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理1m2m12F21F1F2F20222212d)(21vvmmtFFtt10111121d)(21vvmmtFFtt 對(duì)兩質(zhì)點(diǎn)分別應(yīng)用對(duì)兩質(zhì)點(diǎn)分別應(yīng)用質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定理：質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量定理：3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版)()(d)(20210122112121vvvvmmmmtFFtt因內(nèi)力因內(nèi)力 ，02112 FF故將兩式相加后得：故將兩式相加后得：20222212d)(21vvmmtFFtt10111121d)(21vvmmtFFttniiiiniittmmtF101ex2

6、1dvv3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 作用于系統(tǒng)的合外力的沖量等于系統(tǒng)作用于系統(tǒng)的合外力的沖量等于系統(tǒng)動(dòng)量的增量動(dòng)量的增量質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理N21exFFFF0101ex21dppmmtFniiiiniittvv0ppI3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版區(qū)分外力和內(nèi)力區(qū)分外力和內(nèi)力內(nèi)力僅能改變系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)物體的內(nèi)力僅能改變系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)物體的動(dòng)量，但不能改變系統(tǒng)的總動(dòng)量動(dòng)量，但不能改變系統(tǒng)的總動(dòng)量.留留

7、意意3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版（1） F 為恒力為恒力tFI（2） F 為變力為變力)(d1221ttFtFItt討討論論Ftt1t2OFt1t2tFO3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1vm2vmvm12121221dttmmtttFFttvv動(dòng)量定理常應(yīng)用于碰撞問題動(dòng)量定理常應(yīng)用于碰撞問題F留意留意 越小，那么越小，那么 越越大大tF在在 一定時(shí)一定時(shí)p3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)

8、量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1vm2vmxy 例例1 1一質(zhì)量為一質(zhì)量為0.05 kg0.05 kg、速率為速率為10 ms-110 ms-1的剛球，以的剛球，以與鋼板法線呈與鋼板法線呈4545角的方向撞角的方向撞擊在鋼板上，并以相同的速擊在鋼板上，并以相同的速率和角度彈回來設(shè)碰撞時(shí)率和角度彈回來設(shè)碰撞時(shí)間為間為0.05 s0.05 s求在此時(shí)間內(nèi)求在此時(shí)間內(nèi)鋼板所受到的平均沖力鋼板所受到的平均沖力O3- -1質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 解由動(dòng)量定理得：解

9、由動(dòng)量定理得：0sinsinvvmmN1 .14cos2tmFFxv方向與方向與 軸正向相同軸正向相同OxxxxmmtF12vvcos2 vm)cos(cosvvmmyyymmtF12vv1vm2vmxyFFO16第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3- -2動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律 iiiittiipptFI0ex0d質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)量定理 若質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力若質(zhì)點(diǎn)系所受的合外力 0exexiiFFCpFtpF,0,ddexex動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律則系統(tǒng)的總動(dòng)量不變則系統(tǒng)的總動(dòng)量不變17第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理

10、學(xué)第五版第五版3- -2動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律 (1) (1) 系統(tǒng)的總動(dòng)量不變，但系統(tǒng)內(nèi)任一系統(tǒng)的總動(dòng)量不變，但系統(tǒng)內(nèi)任一物體的動(dòng)量是可變的物體的動(dòng)量是可變的 (2) (2) 守恒條件：合外力為零守恒條件：合外力為零 0exexiiFF 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，可近似地認(rèn)為時(shí)，可近似地認(rèn)為 系統(tǒng)總動(dòng)量守恒系統(tǒng)總動(dòng)量守恒inexFF討論討論18第三章動(dòng)量守恒和能量守恒第三章動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版3- -2動(dòng)量守恒定律動(dòng)量守恒定律(3) (3) 假假設(shè)設(shè) ，但滿足但滿足0exexiiFF0 exxFxiixCmpixv有有xixiixxCmpFv,0ex(4) (4) 動(dòng)量守恒定律是物理

11、學(xué)最普遍、最基動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)最普遍、最基本的定律之一本的定律之一yiyiiyyCmpFv,0exziziizzCmpFv,0ex3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版一功一功 力的空間累積效應(yīng)：力的空間累積效應(yīng)：WrF ，動(dòng)能定理對(duì)對(duì) 積累積累1恒力作用下的功恒力作用下的功rFrFWcosrF3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版rFWdcosdFrdiF1drirdB*i1A1F2變力的功變力的功rFWddBABAsFrFWdcosdrsdd sFWdcosd

12、3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版0d,900ooW0d,18090ooW0dd90oWrF(1) (1) 功的正、負(fù)功的正、負(fù)討論討論(2) (2) 作功的圖示作功的圖示cosF1s2ssdsosFWssdcos213- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版（3功是一個(gè)過程量，與路徑有關(guān)功是一個(gè)過程量，與路徑有關(guān)（4合力的功，等于各分力的功的代數(shù)和合力的功，等于各分力的功的代數(shù)和）（zddddzyBAxBAFyFxFrFWxFWBAxxxxdzWWWWyxkFjFi

13、FFzyxkj yi xrzddddyFWBAyyyydzzzdBAzzFW3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 功的單位焦耳）功的單位焦耳）tWP 平均功率平均功率 瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率vFtWtWPtddlim0cosvFP 功率的單位功率的單位 （瓦特）（瓦特）W10kW131sJ1W1mN1J13- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版rFWdtmFddtv而而21222121vvmm二二 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理vvvvd21mWsFrFddtt1vAB2vF

14、rd3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 功是過程量，動(dòng)能是狀態(tài)量；功是過程量，動(dòng)能是狀態(tài)量；留意留意 合外力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所作的功，等于質(zhì)點(diǎn)動(dòng)合外力對(duì)質(zhì)點(diǎn)所作的功，等于質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能的增量能的增量 質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理1k2k21222121EEmmWvv 功和動(dòng)能依賴于慣性系的選取，功和動(dòng)能依賴于慣性系的選取，但對(duì)不同慣性系動(dòng)能定理形式相同但對(duì)不同慣性系動(dòng)能定理形式相同3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 例例 2 一質(zhì)量為一質(zhì)量為1.0 kg 的小的小球系在長(zhǎng)為球

15、系在長(zhǎng)為1.0 m 細(xì)繩下端，繩細(xì)繩下端，繩的上端固定在天花板上起初的上端固定在天花板上起初把繩子放在與豎直線成把繩子放在與豎直線成 角角處，然后放手使小球沿圓弧下處，然后放手使小球沿圓弧下落試求繩與豎直線成落試求繩與豎直線成 角角時(shí)小球的速率時(shí)小球的速率o30o10vdl0PTFsd3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版sPsFsFWddddT解解 )cos(cos0 mglcosddmglsPdsinmgl0dsinmglWvdl0PTFsd3- -4 動(dòng)能定理動(dòng)能定理第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物

16、理學(xué)第五版第五版)cos(cos0 mglW由動(dòng)能定理由動(dòng)能定理2022121vvmmW得得)cos(cos20glv1sm53. 1kg0 .1mm0 . 1lo030o10vdl0PTFsd3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版rermmGF2(1) (1) 萬(wàn)有引力作功萬(wàn)有引力作功一一 萬(wàn)有引力和彈性力作功的特點(diǎn)萬(wàn)有引力和彈性力作功的特點(diǎn) 對(duì)對(duì) 的萬(wàn)有引力為的萬(wàn)有引力為mmm挪動(dòng)挪動(dòng) 時(shí)，時(shí)， 作元功為作元功為 FrdrFWddrermmGrd2rrrdrdmmABArBr3- -5保守力與非保守力勢(shì)

17、能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版BArrrrmmGWd2rrererrdcosdd)11(ABrrmmGWBArrermmGrFWdd2m從A到B的過程中作功：作功： FrrrdrdmmABArBr3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版ikxFxFxo(2) (2) 彈性力作功彈性力作功2121ddxxxxxkxxFW)2121(2122kxkx FPxkxWdd3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量

18、守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2121ddxxxxxkxxFW)2121(2122kxkx xFdxdWx2x1O3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 保守力所作的功與路徑無(wú)關(guān)，僅決定保守力所作的功與路徑無(wú)關(guān)，僅決定于始、末位置于始、末位置二保守力與非保守力二保守力與非保守力 保守力作功的數(shù)學(xué)表達(dá)式保守力作功的數(shù)學(xué)表達(dá)式)2121(22ABkxkxW彈力的功彈力的功)()(ABrmmGrmmGW引力的功引力的功3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量

19、守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版ADBACBrFrFd d ABCD 質(zhì)點(diǎn)沿任意閉合路徑運(yùn)動(dòng)一周時(shí)，保守力質(zhì)點(diǎn)沿任意閉合路徑運(yùn)動(dòng)一周時(shí)，保守力對(duì)它所作的功為零對(duì)它所作的功為零0d lrFWBDAACBlrFrFrFd d d非保守力：力所作的功與路徑有關(guān)非保守力：力所作的功與路徑有關(guān) （例如摩擦力）（例如摩擦力）3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版三勢(shì)能三勢(shì)能與質(zhì)點(diǎn)位置有關(guān)的能量與質(zhì)點(diǎn)位置有關(guān)的能量彈性勢(shì)能彈性勢(shì)能2p21kxE引力勢(shì)能引力勢(shì)能rmmGEp)2121(22ABkxkxW彈力的

20、功彈力的功)()(ABrmmGrmmGW引力的功引力的功3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版P1p2p)(EEEW 保守力的功保守力的功0),(pp0d),(EzyxrFzyxE00pE令令 勢(shì)能計(jì)算勢(shì)能計(jì)算pp0p)(EEEW保守力作功，勢(shì)能減少保守力作功，勢(shì)能減少3- -5保守力與非保守力勢(shì)能保守力與非保守力勢(shì)能 第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 勢(shì)能具有相對(duì)性，勢(shì)能大小與勢(shì)能零勢(shì)能具有相對(duì)性，勢(shì)能大小與勢(shì)能零 點(diǎn)的選取有關(guān)點(diǎn)的選取有關(guān)),(ppzyxEE 勢(shì)

21、能是狀態(tài)的函數(shù)勢(shì)能是狀態(tài)的函數(shù) 勢(shì)能是屬于系統(tǒng)的勢(shì)能是屬于系統(tǒng)的討論討論 勢(shì)能差與勢(shì)能零點(diǎn)選取無(wú)關(guān)勢(shì)能差與勢(shì)能零點(diǎn)選取無(wú)關(guān)3- -6功能原理功能原理 機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版外力功外力功 內(nèi)力功內(nèi)力功一質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理一質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理 質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理 0kkinexEEWW1m2mimexiFiniF內(nèi)力可以改變質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能內(nèi)力可以改變質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能留意留意0kk0kkinexEEEEWWiiiiiiii 對(duì)質(zhì)點(diǎn)系，有對(duì)質(zhì)點(diǎn)系，有0kkinexiiiiEEWW 對(duì)第對(duì)第 個(gè)質(zhì)點(diǎn)，有個(gè)質(zhì)點(diǎn)，有i3- -6功能原理功能原理 機(jī)械能守恒定律機(jī)械能守恒定律第三章第三章 動(dòng)量守恒和能量守恒動(dòng)量守恒和能量守恒物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版)()(0p