力学--(角)动量与能量守恒定律.ppt

物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律1力力 学学 篇篇3 3（角）动量守恒（角）动量守恒定律与能量守恒定律定律与能量守恒定律物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律2动量、冲量动量、冲量 、动量定理、动量守恒、动量定理、动量守恒动能、功、动能定理、机械能守恒动能、功、动能定理、机械能守恒瞬时瞬时作用：作用：本章主要内容本章主要内容2 2 力矩的力矩的累积累积效应效应1 1 力的力的累积累积效应效应对对 积累积累t，对对 积累积累，冲量矩、角动量、角动量定理、角动量守恒冲量矩、角动量、角动量定理、角动量守恒转动动能、功、动能定理转动动能、功、动能定理、机械能守恒、机械能守恒对对 积累积累t冲量矩，冲量矩，对对 积累积累，物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律3本章本章教学基本要求教学基本要求 一一理解理解（角）（角）动量、冲量概念，动量、冲量概念，掌握掌握（角）（角）动动量定理，量定理，能处理能处理质点系平面运动及刚体定轴转动的质点系平面运动及刚体定轴转动的（角）（角）动量守恒问题。动量守恒问题。二二掌握掌握功的概念功的概念,能计算变力能计算变力（矩）（矩）的功，的功，理理解解保守力保守力（矩）（矩）作功的特点及势能的概念，会作功的特点及势能的概念，会计算计算万万有引力、重力有引力、重力（矩）（矩）和弹性力的势能和弹性力的势能。三三掌握掌握动能定理、功能原理和机械能守恒定律，动能定理、功能原理和机械能守恒定律，掌握掌握运用运用（角）（角）动量和能量守恒定律分析力学问题的动量和能量守恒定律分析力学问题的思想和方法。思想和方法。四四 能运用能运用以上规律分析和解决包括质点和刚体以上规律分析和解决包括质点和刚体的简单系统的力学问题。的简单系统的力学问题。物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律4重点重点角动量的概念，功、转动动能及势能的概念和角动量的概念，功、转动动能及势能的概念和计算，计算，（角）（角）动量定理和动量定理和（角）（角）动量守恒定律的动量守恒定律的应用，功能原理与机械能守恒定律的应用。应用，功能原理与机械能守恒定律的应用。难点难点角动量计算，变力功与力矩的功的计算，势能角动量计算，变力功与力矩的功的计算，势能概念的正确理解，应用功能规律时正确划分物体系概念的正确理解，应用功能规律时正确划分物体系统及正确选用相应的规律，正确用力学规律解决综统及正确选用相应的规律，正确用力学规律解决综合性力学问题。合性力学问题。本章教学重难点本章教学重难点物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律5动量：动量：（状态量状态量）1 1 动量定理与动量守恒定律动量定理与动量守恒定律1、冲量：冲量：（过程量过程量）2、动量定理（动量定理（质点或质点系质点或质点系）3、动量守恒定律（动量守恒定律（质点系质点系）用用于于碰碰撞撞问问题题物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律61 1例例-冲量的计算冲量的计算:法法1 1 例例1 1 P P9494 3-8 3-8 （SI）的合外力作用在质量）的合外力作用在质量为为 的物体上，试求：的物体上，试求：（1 1）在开始在开始2s内此力的内此力的冲量冲量I；（2 2）若冲量若冲量 ，此力作用的，此力作用的时间时间；（3 3）若物体的初速度若物体的初速度 ，方向与，方向与 相同，相同，在在 时，此物体的时，此物体的速度速度 。物理学物理学第五版第五版物理学物理学第五版第五版物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律9Mm 例例3 如图，质量为如图，质量为 M 的滑块正沿着光滑水平的滑块正沿着光滑水平地面向右滑动。一质量为地面向右滑动。一质量为 m 的小球水平向右飞行，的小球水平向右飞行，以速度以速度 （对地）与滑块斜面相碰；碰后竖直向（对地）与滑块斜面相碰；碰后竖直向上弹起，速率为上弹起，速率为 （对地）。若碰撞时间为（对地）。若碰撞时间为 ，求此过程中小球受到的，求此过程中小球受到的平均作用力平均作用力。1 1例例求平均冲力求平均冲力物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律10Mm解解:1 1例例求平均冲力求平均冲力物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律11 例例4 4 光滑水平面上一质量为光滑水平面上一质量为 m 的木块以速度的木块以速度 与另一质量为与另一质量为 4m 的静止的木块相碰，两木块的静止的木块相碰，两木块相碰时两者之间的弹簧被压缩，如图所示。问：相碰时两者之间的弹簧被压缩，如图所示。问：（1）若假定机械能守恒，在弹簧压缩最大的瞬若假定机械能守恒，在弹簧压缩最大的瞬间，质量为间，质量为 4m 的木块的的木块的速度速度等于多少？等于多少？（2）若假定机械能若假定机械能不守恒不守恒，结果，结果是否是否相同？相同？2）相同相同1 1例例碰撞问题碰撞问题1）解解:4mm物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律12（大小：（大小：）2 2 角动量定理与角动量守恒定律角动量定理与角动量守恒定律1、角动量角动量O质点质点刚体刚体物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律132 2 角动量定理与角动量守恒定律角动量定理与角动量守恒定律1、角动量角动量（状态量状态量）2、角动量定理（角动量定理（质点或刚体质点或刚体）3、角动量守恒定律（角动量守恒定律（质点或刚体质点或刚体）质点：质点：冲量矩冲量矩-恒矢量恒矢量 刚体：刚体：物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律14子子弹弹击击入入杆杆子子弹弹击击入入沙沙袋袋细细绳绳质质量量不不计计2 2 角动量定理与角动量守恒定律角动量定理与角动量守恒定律4、注意注意不不守恒守恒不不守恒守恒机械能机械能守恒守恒守恒守恒角动量角动量不不守恒守恒守恒守恒动量动量子弹和杆子弹和杆子弹和沙袋子弹和沙袋系统构成系统构成物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律15 例例5 5 P147 4-27 一质量为一质量为1.12kg、长为、长为1.0m的均的均匀细棒，支点在棒的上端点，开始时棒自由悬挂。匀细棒，支点在棒的上端点，开始时棒自由悬挂。当以当以100N的力打击它的下端点，打击时间为的力打击它的下端点，打击时间为0.02s时，时，（1）若打击前棒是静止的，求打击时其若打击前棒是静止的，求打击时其角动量的角动量的变化变化；（2）求棒的求棒的最大偏转角最大偏转角。2 2例例 角动量定理的应用角动量定理的应用 解解（1 1）（2 2）棒、地球系统，转动中机械能守恒棒、地球系统，转动中机械能守恒物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律16 1 1 功功 3 3 功功 动能定理动能定理2 2 动能定理动能定理:保守力的功：保守力的功：力矩力矩的功：的功：力力的功：的功：动动能能质点质点(系系)：刚体：刚体：物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律171 1 动能定理：动能定理：2 2 功能原理：功能原理：3 3 机械能守恒定律：机械能守恒定律：4 4 多个质点和刚体组成系统的功与能多个质点和刚体组成系统的功与能物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律184 4例例 变力做功：变力做功：解：解：例例6 设作用在质量为设作用在质量为 2 kg 上的物体上上的物体上的力的力 N，若物体由静止出发沿直线，若物体由静止出发沿直线运动，求在开始的运动，求在开始的 2s 内该力内该力作的功作的功。当时当时物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律19 例例 7一质量为一质量为 m 的小球的小球竖直落入水中，竖直落入水中，刚接触水面时刚接触水面时其速率为其速率为 。设此球在水中所。设此球在水中所受的浮力与重力相等，水的阻受的浮力与重力相等，水的阻力为力为 ,b 为一常量。为一常量。求阻力对球求阻力对球作的功与时间的函作的功与时间的函数关系数关系。4 4例例 变力做功：变力做功：物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律20解：解：1-1-42物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律214 4例例 变力做功：变力做功：例例8 8 设作用在质量为设作用在质量为 2 kg 上的物体上的力上的物体上的力 （的单位为的单位为 ，的单位为的单位为 ）。若物）。若物体从静止出发沿沿体从静止出发沿沿 轴作直线运动，则物体从轴作直线运动，则物体从 运动到运动到 过程中该力过程中该力作的功作的功为多少为多少？时物体的时物体的速率速率为多少？为多少？解解物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律22 例例9 如图，质量为如图，质量为m，长为，长为L的均匀细棒，的均匀细棒，可绕垂直于棒一端的水平轴转动。当细棒静止在竖可绕垂直于棒一端的水平轴转动。当细棒静止在竖直时，有质量为直时，有质量为m0、速度为、速度为 的子弹水平射入其的子弹水平射入其下端而不复出。此后棒摆到水平位置后重又自由落下端而不复出。此后棒摆到水平位置后重又自由落 下。求下。求（1）子弹射入棒子弹射入棒 前的前的速度速度；（2）细棒和细棒和 子弹组成的系统开始下落子弹组成的系统开始下落 瞬间的瞬间的角加速度角加速度。Om4 4例例 两个守恒的应用两个守恒的应用 物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律23解：解：（1）子弹与细棒碰撞过程，子弹与细棒碰撞过程，角动量守恒角动量守恒 子弹与细棒从竖直位置运动到水平位置过程中，子弹与细棒从竖直位置运动到水平位置过程中，子弹、细棒和地球组成的系统子弹、细棒和地球组成的系统机械能守恒机械能守恒4 4例例 两个守恒的应用两个守恒的应用 物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律244 4例例 两个守恒的应用两个守恒的应用 Om（2）细棒和子弹系统开始下落瞬间的细棒和子弹系统开始下落瞬间的角加速度角加速度物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律252（角角）动量方法）动量方法（时间时间）1 动力学方法动力学方法（加速度加速度）3 能量方法能量方法（角）动量守恒、能量守恒（角）动量守恒、能量守恒5 5 求解力学问题的路径求解力学问题的路径突出过程矢量性与瞬时性牛顿运动定律、转动定律突出过程矢量性与瞬时性牛顿运动定律、转动定律突出始末状态矢量关系的（角）动量定理突出始末状态矢量关系的（角）动量定理 突出始末状态标量关系的动能定理、功能原理、机突出始末状态标量关系的动能定理、功能原理、机械能守恒定律、能量转化与守恒定律械能守恒定律、能量转化与守恒定律物理学物理学第五版第五版第第三三章章（角）动量守恒定律和能量守恒定律（角）动量守恒定律和能量守恒定律26