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§动量定理动量守恒定律.pptVIP

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太原理工大学物理系 * §2-3 冲量 动量定理 动量守恒定律 牛顿第二定律的微分形式 ——合外力等于质点的动量对时间的变化率。 一、动量 讨论 1)动量是描写运动状态的量 ,是状态的单值函数。 2)动量是矢量。 3)动量有相对性(因为速度与参照系有关)。 当力在一段时间内对物体持续作用时,需要讨论力的时间累积效应。 二、冲量 动量定理 重写牛顿第二定律的微分形式 考虑一过程,时间从t1-t2,两端积分 上式左边定义为力 从 t1 时刻到 t2 时刻的冲量 于是得到积分形式 动量定理:物体在运动过程中所受到的合外力的冲量,等于该物体动量的增量。 动量 状态量 冲量 过程量 动量定理是过程量和状态量增量的关系。 1)冲量的方向: 冲量 的方向一般不是某一瞬时力 的方向,而是所有元冲量 的合矢量 的方向。 由动量定理可知:冲量的方向与动量增量方向相同。即 的方向与 的方向相同。 讨论 2)在直角坐标系中将矢量方程改为标量方程 3)动量定理是牛顿第二定律的积分形式,因此其使用范围是惯性系。 4)动量定理在处理变质量问题时很方便。 5)动量定理在打击或碰撞问题中用来求平均力。 打击或碰撞,力 的方向保持不变,曲线与t 轴所包围的面积就是 t1 到 t2 这段时间内力 的冲量的大小,根据改变动量的等效性,得到平均力。 将积分用平均力代替 平均力 6) 物体的动量相对于不同的惯性系是不同的,但动量定理不变. 例 汽车以恒定速度 相对于地面平动,车内水平桌面上有一小球,小球的速度由 变为 ,以 地面和车分别为参考系写出动量定理。 以车为参考系,小球动量的改变 以地面为参考系,小球动量的改变 例1 质量为 m 的质点作速率为 v 的匀速圆周运动,t1时刻位于A点,转过 π/2 后,t2 时刻到了B点,求在这段时间内,向心力的冲量。 解:由动量原理,向心力的冲量为 : I 的方向?: I 的大小为: x A(t1) 0 B(t2) y ? x 例2 一质点的运动轨迹如图所示,已知质点的质量为20 g,在A 、B 两位置处的速率都是20 m/s ,vA与x轴成45 o角,vB垂直于y 轴。求质点由A点到B点这段时间内,作用在质点上外力的总冲量。 解:由动量定理知质点所受外力的总冲量为 A B x y vA vB O 45o x 由A到B,冲量的分量为 I 的方向与x 轴正向夹角: x 例3 列车在平直铁轨上装煤,列车空载时质量为 m0,煤炭以速率v1竖直流入车厢,每秒流入质量为?。假设列车与轨道间的摩擦系数为?,列车相对于地面的运动速度v2保持不变,求机车的牵引力F。 解: 车和煤为系统,向下为Y正向,向左为X正向,建立坐标系。 t?t+dt 时刻,dm = ?dt X Y 竖直 水平 分量式 X Y 例4 一颗子弹在枪筒里前进时所受的合力大小为 子弹从枪口射出时的速率为300 m/s ,假设子弹离开枪口时合力刚好为零,则 (1)子弹走完枪筒全长所用的时间 t 解 (1) (2)子弹在枪筒中所受力的冲量 I (3)子弹的质量 m (2) (3) 解:由冲量定义有 例5 一质点受合外力作用,外力为 求此质点从静止开始在2s内所受合外力的冲量和质点在2s末的动量。 (SI) 根据动量定理 大小 方向 1.质点系: 由有相互作用的质点组成的系统。 (以由两个质点组成的质点系为例) 在质点动量原理的基础上,讨论两个或两个以上物体组成的系统的动量定理,导出动量守恒定律。 三、质点系的动量定理 内力 :系统内部各质点间的相互作用力 特点: 成对出现;大小相等方向相反 结论:质点系的内力之和为零 ? m2 ? m1 F1 F2 f21 f12 质点系的重要结论之一 2.系统动量原理 将动量原理分别用于这两个物体得: 外力: 系统外部对质点系内部质点的作用力 对m1 对m2 将上两式相加,根据牛顿第三定律: 系统所受合外力的冲量等于系统总动量的增量,称为系统动量原理。 可得: 1)什么力可改变质点的动量? 2)什么力可以改变系统的总动量? 3)用质点系动量定理处理问题的方便之处在那里? 思考 将上式推广到多个质点组成的系统 将系统内任一质点受力之和写成 表示第i个质点所受外力之和 表示第i个质点所受内力之和 对 mi 使用动量定理: 对所有质点求和: ——外力冲量之和 ——内力冲量之和 化简上式: 由于每个质点的受力时间dt 相同,所以: 将所有的外力共点力相加 再看内力冲量之和 同样,由于每个质点的受力时间dt 相同,所以: 内力的冲量之和为零 因为内力之和为零: 所以有: ----质点系

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