大学物理惯性动量和牛顿定律

ch2第二章第二章 动量守恒和质点动力学动量守恒和质点动力学力学力学运动学运动学动力学动力学牛顿牛顿定律定律守恒守恒定律定律动量守恒定律动量守恒定律机械能守恒定律机械能守恒定律角动量守恒定律角动量守恒定律基础地位基础地位普适普适惯性、动量惯性、动量惯性、动量惯性、动量、动量守恒、动量守恒、动量守恒、动量守恒 牛顿定律牛顿定律牛顿定律牛顿定律(Newtons(Newtons Laws of Dynamics)Laws of Dynamics)牛顿牛顿(Isaac Newton,16421727)重要贡献有重要贡献有万有引力定律万有引力定律、经典力学经典力学、微微积分积分和和光学光学。万有引力定律：总结了伽利略和开普勒万有引力定律：总结了伽利略和开普勒的理论和经验，用数学方法完美地描述了的理论和经验，用数学方法完美地描述了天体运动的规律。天体运动的规律。牛顿运动三大定律：自然科学的数学牛顿运动三大定律：自然科学的数学原理原理(1687)中含有牛顿运动三条定律和中含有牛顿运动三条定律和万有引力定律，以及质量、动量、力和加万有引力定律，以及质量、动量、力和加速度等概念。速度等概念。光学贡献：牛顿发现色散、色差及牛顿光学贡献：牛顿发现色散、色差及牛顿环，他还提出了光的微粒说。环，他还提出了光的微粒说。反射式望远镜的发明反射式望远镜的发明(1668)英国物理学家、数英国物理学家、数学家、天文学家，学家、天文学家，经典物理学的奠基经典物理学的奠基人。人。“我不知道世人将如何看我，但是，就我自己看来，我好象不过我不知道世人将如何看我，但是，就我自己看来，我好象不过是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为找到一个比通常更光滑的贝是一个在海滨玩耍的小孩，不时地为找到一个比通常更光滑的贝壳而感到高兴，但是，有待探索的真理的海洋正展现在我的面前。壳而感到高兴，但是，有待探索的真理的海洋正展现在我的面前。”ch22-12-1 惯性定律和惯性系惯性定律和惯性系一、牛顿第一定律一、牛顿第一定律(the principle of inertia)任何物体，只要没有外力改变它的状态，便会永任何物体，只要没有外力改变它的状态，便会永任何物体，只要没有外力改变它的状态，便会永任何物体，只要没有外力改变它的状态，便会永远保持静止或匀速直线运动的状态远保持静止或匀速直线运动的状态远保持静止或匀速直线运动的状态远保持静止或匀速直线运动的状态 自由粒子自由粒子伽利略的理想实验伽利略的理想实验If an object is left alone,is not disturbed,it If an object is left alone,is not disturbed,it continues to move with a constant velocity in a continues to move with a constant velocity in a straight line if it was originally moving,or it straight line if it was originally moving,or it continues to stand still if it was just standing still.continues to stand still if it was just standing still.ch2二、几点说明二、几点说明1.牛顿第一定律给出了牛顿第一定律给出了惯性惯性(inertia)inertia)的概念的概念惯性：物体保持静止或匀速直线运动状态的特性惯性：物体保持静止或匀速直线运动状态的特性惯性：物体保持静止或匀速直线运动状态的特性惯性：物体保持静止或匀速直线运动状态的特性 2.牛顿第一定律给出了牛顿第一定律给出了力力的作用的作用改变物体的运动状态改变物体的运动状态 3.牛顿第一定律定义了一种特殊的参考系牛顿第一定律定义了一种特殊的参考系惯性参考系惯性参考系惯性参考系惯性参考系基本的惯性系：固定在地面上的参考系基本的惯性系：固定在地面上的参考系 各惯性系之间没有加速运动各惯性系之间没有加速运动惯性和物质的惯性质量成正比惯性和物质的惯性质量成正比ch22-22-2 质量质量 动量和动量守恒定律动量和动量守恒定律一、一个理想实验一、一个理想实验-两质点间的相互作用两质点间的相互作用v1v1v2v2四点结论四点结论ch2二、惯性质量二、惯性质量（mass）惯性质量惯性质量千克原器千克原器三、动量三、动量（momentum）动量守恒定律动量守恒定律反映质点惯性的大小反映质点惯性的大小1.动量动量单位：单位：kgm/sch22.动量守恒定律动量守恒定律（Conservation of Momentum）一系统由两个质点组成，如果这两个质点只受一系统由两个质点组成，如果这两个质点只受到它们之间的相互作用（到它们之间的相互作用（孤立系孤立系），则这系统），则这系统的总动量保持恒定，即的总动量保持恒定，即 中微子的发现中微子的发现1930年，美籍奥地利科学家泡利预言中年，美籍奥地利科学家泡利预言中微子的存在。微子的存在。1956年，美国莱因斯和柯温在实验中直年，美国莱因斯和柯温在实验中直接观测到中微子，莱因斯获接观测到中微子，莱因斯获1995年诺贝年诺贝尔奖。尔奖。沃尔夫冈沃尔夫冈泡利泡利（19001958）ch2pvpepr选好系统选好系统 电子中微子剩余原子核电子中微子剩余原子核判断守恒条件判断守恒条件确定初末态动量确定初末态动量建立坐标系求解建立坐标系求解讨论讨论例例题题2.1求求衰衰变变中中原原子子核核剩剩余余部部分分的的反反冲冲动动量量的的大大小小和和方向方向中微子有大量谜团尚未解开。首先它的质量尚未直接测到，中微子有大量谜团尚未解开。首先它的质量尚未直接测到，大小未知；其次，它的反粒子是它自己还是另外一种粒子；大小未知；其次，它的反粒子是它自己还是另外一种粒子；第三，中微子振荡还有两个参数未测到，而这两个参数很第三，中微子振荡还有两个参数未测到，而这两个参数很可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；第四，它有没有磁矩；可能与宇宙中反物质缺失之谜有关；第四，它有没有磁矩；等等。因此，中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、等等。因此，中微子成了粒子物理、天体物理、宇宙学、地球物理的交叉与热点学科。地球物理的交叉与热点学科。ch22-32-3 力力 冲量和动量定理冲量和动量定理一、力的定义一、力的定义 牛顿第三定律牛顿第三定律动量守恒动量守恒一般写作一般写作牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿第三定律牛顿第三定律相互作用（力）的量度：相互作用（力）的量度：相互作用（力）的量度：相互作用（力）的量度：在单位时间内传递的动量在单位时间内传递的动量在单位时间内传递的动量在单位时间内传递的动量（1）几个基本概念：）几个基本概念：系统系统 外界外界 内力内力 外力外力ch2二、力的叠加原理二、力的叠加原理 质点系动量守恒的条件质点系动量守恒的条件每个质点每个质点i所受到的力所受到的力Fi，等于所有其他质点等于所有其他质点j对它的作用力对它的作用力Fij的矢量和，即的矢量和，即 2.质点系动量守恒的条件质点系动量守恒的条件（2）质点系动量定理的微分形式质点系动量定理的微分形式ch2如果系统所受到的合外力为零，则系统的动量守恒如果系统所受到的合外力为零，则系统的动量守恒如果系统所受到的合外力为零，则系统的动量守恒如果系统所受到的合外力为零，则系统的动量守恒 （3）质点系动量守恒的条件质点系动量守恒的条件三、牛顿第二定律三、牛顿第二定律质点的动力学方程质点的动力学方程若选择的系统只包含一个质点，在非相对论情况下若选择的系统只包含一个质点，在非相对论情况下ch2四、冲量和动量定理四、冲量和动量定理积分形式积分形式微分形式微分形式冲量冲量冲量冲量平均冲击力平均冲击力平均冲击力平均冲击力动量定理动量定理：一段时间内质点动量的增量，等于在：一段时间内质点动量的增量，等于在此时间间隔内作用在该质点上的冲量。此时间间隔内作用在该质点上的冲量。ch2例题例题2.2火箭运动的基本原理火箭运动的基本原理选好系统选好系统 火箭火箭分析受力，判断守恒条件分析受力，判断守恒条件 忽略重力和空气阻力忽略重力和空气阻力建立坐标系建立坐标系确定初末态动量确定初末态动量 mv求解讨论求解讨论ch2“长征长征”3号甲火箭全长号甲火箭全长52.52米，米，是三级液体助推火箭，一、二级为是三级液体助推火箭，一、二级为常规燃料，第三级为液氢液氧燃料。常规燃料，第三级为液氢液氧燃料。第三级直径第三级直径3米，推进剂米，推进剂17.6吨。吨。整个起飞重量整个起飞重量240吨，起飞推力吨，起飞推力300吨，同步转移轨道的运载能力吨，同步转移轨道的运载能力26吨，吨，是中国目前高轨道上运载能力最大是中国目前高轨道上运载能力最大的火箭，具有一箭多星和适应多种的火箭，具有一箭多星和适应多种轨道卫星发射要求的能力。轨道卫星发射要求的能力。ch2例例题题2.3重重锤锤从从高高度度h=1.5m处处自自由由下下落落，与与工工件件碰碰撞后的末速度为零，求平均冲击力与重力的比值撞后的末速度为零，求平均冲击力与重力的比值选好系统选好系统 重锤重锤判断受力判断受力 受重力和工件给的冲击力受重力和工件给的冲击力确定初末态动量确定初末态动量 mv 0建立坐标系求解建立坐标系求解讨论讨论Fmg本章习题：本章习题：2 1，2，5，9，1010，11，14，17，1919，23 ch2 关于理想实验关于理想实验理想实验理想实验是人们在思想中塑造的理想过程，是一种是人们在思想中塑造的理想过程，是一种逻辑推逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法理的思维过程和理论研究的重要方法 伽利略的理想实验伽利略的理想实验 爱因斯坦的理想实验爱因斯坦的理想实验同时的相对性同时的相对性伽俐略得到的结论，打破了自亚里士伽俐略得到的结论，打破了自亚里士多德以来多德以来1000多年间关于受力运动的多年间关于受力运动的物体，当外力停止作用时便归于静止物体，当外力停止作用时便归于静止的陈旧观念，为近代力学的建立奠定的陈旧观念，为近代力学的建立奠定了基础。了基础。当两道闪电同时下击一条东西方向的铁路轨道时，对于站当两道闪电同时下击一条东西方向的铁路轨道时，对于站在两道闪电正中间的铁道旁边的一个观察者来说，这两道在两道闪电正中间的铁道旁边的一个观察者来说，这两道闪电是同时发生的；但是，对于乘坐一列由东向西以高速闪电是同时发生的；但是，对于乘坐一列由东向西以高速行进的火车中的第二个观察者来说，他看到西方的闪电到行进的火车中的第二个观察者来说，他看到西方的闪电到达他的眼里的时间要早一点。由此可见同时性的相对性。达他的眼里的时间要早一点。由此可见同时性的相对性。ch2 爱因斯坦的理想实验爱因斯坦的理想实验惯性质量和引力质量的等同性惯性质量和引力质量的等同性在自由下落的升降机里，一个人从口袋中拿出一块手帕在自由下落的升降机里，一个人从口袋中拿出一块手帕和一块表，让它们从手上掉下来，如果没有任何空气阻和一块表，让它们从手上掉下来，如果没有任何空气阻力或摩擦力，那么在他自己看来，这两个物体就停在他力或摩擦力，那么在他自己看来，这两个物体就停在他松开手的地方；但是，在升降机外面的观察者看来，则松开手的地方；但是，在升降机外面的观察者看来，则发现这两个物体以同样的加速度向地面落下。这个实验发现这两个物体以同样的加速度向地面落下。这个实验揭露了引力质量和惯性质量的相等。揭露了引力质量和惯性质量的相等。海森堡的理想实验海森堡的理想实验测不准关系测不准关系海森堡用来推导测不准关系的电子束的单缝衍射实验，海森堡用来推导测不准关系的电子束的单缝衍射实验，也是一种也是一种“理想实验理想实验”。因为，中等速度的电子的波长。因为，中等速度的电子的波长约为约为10-8cm左右，这跟原子之间的距离属于同一个数量左右，这跟原子之间的距离属于同一个数量级。所以要想制成能够使电子发生衍射的单缝，首先就级。所以要想制成能够使电子发生衍射的单缝，首先就必须做到把单缝周围的所有原子之间的空隙都给堵死，必须做到把单缝周围的所有原子之间的空隙都给堵死，实际上这是做不到的。实际上这是做不到的。