质点动力学-1-动力学.ppt
2023/9/19,1、掌握质量、动量、冲量、惯性系、惯性力和质心等概念。2、掌握牛顿第二定律的基本内容及其适用条件，熟练掌握用牛顿第二定律求解质点动力学问题。3、掌握常见力的性质和计算方法，能熟练分析物体的受力情况，掌握隔离体图法。4、理解惯性系和非惯性系的区别，掌握在非惯性系中求解质点动力学的方法。5、掌握质点和质点系动量守恒的条件，会求平均冲力。6、掌握质心运动定律，了解质心坐标系。,本课时教学基本要求,2023/9/19,质点动力学：牛顿定律，从动量这个守恒量引入,2023/9/19,一、牛顿第一定律 惯性系,地心参考系,日心参考系,星系参考系,质量：物体惯性大小的量度。,牛顿第一定律(惯性定律)外力为零时，物体保持原有运动状态不变。,惯性系：牛顿第一定律适用的参考系。通常选太阳或地球为参考系,2023/9/19,二、牛顿第二、第三定律1、动量与力：质点的质量与速度的乘积称为动量力是描述物体间相互作用的物理量。,力是矢量，满足叠加原理,2023/9/19,2、牛顿第二定律：,注意点 第二定律原则上只适用于质点 第二定律只能用于惯性系 F 与 a 的关系是瞬时关系(力是产生加速度的原因),2023/9/19,3、牛顿第三定律作用与反作用力定律,作用力与反作用力属于同一性质的力 作用力与反作用力同时产生、同时消失 第三定律是物体受力分析的基础,2023/9/19,4、牛顿定律的应用,自然界有四种基本相互作用力：,牛顿力学对原子核内运动不适用，故牛顿力学范围内只涉及：,万有引力和电磁力-长程力（宏观）,万有引力与电磁力（弹力、摩擦力等）,2023/9/19,、重力（万有引力在地面的表示），用G、P或mg来表示，方向竖直向下，注意与重量的区别,(1)、力学中几种常见的力：,、万有引力,2023/9/19,、摩擦力（跟接触面相对运动有关），方向平行接触面,动摩擦力-静摩擦力-,摩擦又分干摩擦与湿摩擦两种，减小摩擦通常有两种方法：*用滚动代替滑动，如滚珠轴承；*变干摩擦为湿摩擦，如气垫船。,静摩擦力大于动摩擦力汽车防抱死系统(ABS)。,、弹力（跟接触面和形变有关，接触是前提、形变是条件）：正压力、支持力-用N表示，方向垂直接触面；绳子的张力-用T表示，方向沿绳子的伸长方向；弹簧的弹力-用F或f表示，方向沿弹簧的伸长方向。,2023/9/19,、把每个研究对象隔离开来（平移），画受力图-隔离体图法；,(2)、牛顿定律的解题步骤：,、选取惯性参考系，建立坐标系（尽量使加速度的方向与坐标轴正向一致）,、根据物体受力图，运用第二定律列出联立方程。,(i)用几何关系或相对运动找出加速度之间的关系(ii)未知数应与方程数相等,、解联立方程组，用符号化简后代入原始数据，分析结果的合理性。,2023/9/19,例如图所示，已知，求：,解：,2023/9/19,例如图所示，A为定滑轮，B为动滑轮，它们和绳的质量均可忽略。当 m1=2干克，m2=1干克，m3=0.5干克时，试求：(1)物体 m1、m2、m3 的加速度；(2)每条绳上的拉力。,解：,2023/9/19,2023/9/19,特别注意：如果物体所受是变力，必须采用牛顿第二定律的微分形式。,2023/9/19,三、非惯性系,当车的 a=0 时,单摆和小球的状态符合牛顿定律 当 a0 时在车内观察,单摆和小球的状态不符合牛顿定律,2023/9/19,力学相对性原理 力学定律在所有惯性系中具有相同形式,不存在绝对参考系(相对性),2023/9/19,非惯性系中的力学定律,2023/9/19,P64 例2.9质量M、倾角的斜面体放在光滑的水平面上,质量 m 的物体置于光滑的斜面上。求斜面体相对地面的加速度和物体相对斜面体的加速度。,解：,2023/9/19,P67 例2.10地面上纬度 处，有一质量为 m 的静止物体。考虑地球自转的影响，求物体的重力和该处的重力加速度。,解：,2023/9/19,P124 习题2.18长为l，质量为 m 的均匀绳子，一端系在竖直转轴上，以角速度在光滑水平面上旋转。求距转轴r处的张力。,o,r,dr,T(r+dr),T(r),解：,2023/9/19,作业：2.3 2.18 2.19 2.20 2.21 2.27 2.28,2023/9/19,四、动量定理 动量守恒定律1、冲量：力对物体作用的时间积累效果,动量定理：物体所受合外力的冲量等于物体动量的增量,2023/9/19,2、冲量曲线与平均冲力,分析书上例2.12,冲击、碰撞问题：冲力F 数值很大,变化很快,作用时间很短 F(t)很难确定,2023/9/19,3、质点系的 动量定理：实验结果表明，对封闭系统而言，其总动量,注意：守恒定律在惯性系中成立，故所有速度v均相对地面等同一惯性系！,对开放系统而言，当,2023/9/19,【例】如图所示，、两木块，质量分别为mA、mB，并排在光滑的水平面上。今有一子弹水平地穿过木块、，所用时间分别为t和t，若木块对子弹的阻力为恒力F，求子弹穿过后，两木块的速度各为多少？,解：设子弹穿过后两物体的速度分别为vA、vB，子弹穿过物体A时有,子弹继续穿过物体B时有,2023/9/19,P74 例2.13炮车以仰角发射一炮弹。己知炮车和炮弹的质量分别为 M 和 m。相对于炮车，炮弹出膛速度的大小为 v，发射经历的时间为t，地面摩擦力可以忽略。求炮车的反冲速度 V 和地面所受的平均冲力 N。,系统:炮车+炮弹 惯性系:地面参考系,解：,2023/9/19,证：取如图坐标,设 t 时刻已有 x 长的柔绳落至桌面,随后的 dt 时间内将有质量为 dx（Mdx/L)的柔绳以 dx/dt 的速率碰到桌面而停止,它的动量变化率为：,例一质量均匀分布的柔软细绳垂直地悬挂着，绳的下端刚好触到水平桌面上，如果把绳的上端放开，绳将落在桌面上。试证明：在绳下落的过程中，任意时刻作用于桌面的压力，等于已落到桌面上的绳重量的三倍。,2023/9/19,1、质心,质点系的质量中心，简称质心。具有长度的量纲，描述与质点系有关的某一空间点的位置。,质心运动反映了质点系的整体运动趋势。,五、质心运动定律,2023/9/19,质心的定义,质量连续分布,2023/9/19,质心是质点系的代表点。系统的总动量、总质量集中在质心上。,2023/9/19,注意：,质心的位矢与参考系的选取有关。,刚体的质心相对自身位置确定不变。,质量均匀的规则物体的质心在几何中心。,质心与重心不一样，物体尺寸不十分大时，质心与重心位置重合。,2023/9/19,例：均匀棒弯成如图所示直角形，求它的质心位置。,例：半圆形均匀薄板的半径为R，求其质心的位置。,2023/9/19,全部质量与外力都平移到质心上，质心的运动满足牛顿定律，不论组成系统的各个质点如何运动。内力对质心的运动不起作用。,2、质心运动定律,2023/9/19,例：质量为M，半径为R的四分之一圆弧滑槽，原来静止于光滑水平地面上，质量为m的小物体由静止开始沿滑槽顶滑到槽底，求这段时间内，滑槽移动的距离。,X,2023/9/19,例一质量均匀分布的柔软细绳垂直地悬挂着，绳的下端刚好触到水平桌面上，如果把绳的上端放开，绳将落在桌面上。试证明：在绳下落的过程中，任意时刻作用于桌面的压力，等于已落到桌面上的绳重量的三倍。,解：,由质心运动定律：,2023/9/19,六、密舍尔斯基方程 火箭运动,1、密舍尔斯基方程,2023/9/19,几点说明：,（1）系统的确定（主体，流动物）,变质量系统中对主体 F=ma 不成立。,2023/9/19,下面以火箭为例进行分析，详细过程可参见教材84-86页,在重力场中竖直发射火箭，其所受外力只有重力（与反冲力比可忽略），由密舍尔斯基方程,2023/9/19,讨论：增加火箭速度的方法增大 v，理论上可达到5000m/s，实际上2500m/s有困难；增加m1/m2，要增加质量比，第一宇宙速度需要49，很困难。必须采用多级火箭才能真正提高速度！,2023/9/19,例一质量均匀分布的柔软细绳垂直地悬挂着，绳的下端刚好触到水平桌面上，如果把绳的上端放开，绳将落在桌面上。试证明：在绳下落的过程中，任意时刻作用于桌面的压力，等于已落到桌面上的绳重量的三倍。,解：,由密舍尔斯基方程：,主体：,流动物：,2023/9/19,作业：2.30 2.44 2.48 2.50 2.64 2.68,
