大学物理第三章-三大守恒定律
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大学物理 第三章 动量守恒定律和能量守恒定律 3-5 保守力与非保守力
①引力势能 引力势能
m' m m' m 引力的功 引力的功 WAB = −(−G r ) − (−G r ) B A
A点势能： 点势能： 且令E 设B点为无限远 即rB=∞ 且令 PB=0 点为无限远
m' m WAB = −G rA
= − ( E pB − E pA ) = E pA
功与路径无关，只决定于初末位置。 功与路径无关，只决定于初末位置。 第三章 动量守恒和能量守恒
4
} ⇒ dW
物理学
第五版
3-5 保守力与非保守力 势能 -
F
dW
O
x1
x2
dx
x2 x
W = ∫ Fdx = ∫
x1
x2
x1
1 2 1 2 − kxdx = −( kx2 − kx1 ) 2 2
5
第三章 动量守恒和能量守恒
W p → p0 = −( Ep0 − Ep ) = −∆Ep
E p ( x, y, z) =
∫
E p0 = 0
( x, y,z )
F ⋅ dr
任意一点的势能等于在保守力作用下 从该点到势能零点保守力所作的功
第三章 动量守恒和能量守恒 10
物理学
第五版
3-5 保守力与非保守力 势能 -
W AB = − ( E pB − E pA ) = − ∆ E P
引力的功 引力的功
m' m m' m WAB = −(−G ) − (−G ) rB rA
引力势能 引力势能
m' m Ep = −G r
弹性势能 弹性势能
弹力的功 弹力的功
W AB 1 1 2 2 = − ( kx B − kx A ) 2 2
m' m m' m 引力的功 引力的功 WAB = −(−G r ) − (−G r ) B A
A点势能： 点势能： 且令E 设B点为无限远 即rB=∞ 且令 PB=0 点为无限远
m' m WAB = −G rA
= − ( E pB − E pA ) = E pA
功与路径无关，只决定于初末位置。 功与路径无关，只决定于初末位置。 第三章 动量守恒和能量守恒
4
} ⇒ dW
物理学
第五版
3-5 保守力与非保守力 势能 -
F
dW
O
x1
x2
dx
x2 x
W = ∫ Fdx = ∫
x1
x2
x1
1 2 1 2 − kxdx = −( kx2 − kx1 ) 2 2
5
第三章 动量守恒和能量守恒
W p → p0 = −( Ep0 − Ep ) = −∆Ep
E p ( x, y, z) =
∫
E p0 = 0
( x, y,z )
F ⋅ dr
任意一点的势能等于在保守力作用下 从该点到势能零点保守力所作的功
第三章 动量守恒和能量守恒 10
物理学
第五版
3-5 保守力与非保守力 势能 -
W AB = − ( E pB − E pA ) = − ∆ E P
引力的功 引力的功
m' m m' m WAB = −(−G ) − (−G ) rB rA
引力势能 引力势能
m' m Ep = −G r
弹性势能 弹性势能
弹力的功 弹力的功
W AB 1 1 2 2 = − ( kx B − kx A ) 2 2
大学物理,力学中的守恒定律3
r m v1
r v2
θ
M
βr
v
粒子和氧原子核系统，碰撞过程中无外力作用， 对α粒子和氧原子核系统，碰撞过程中无外力作用， 系统总动量守恒。 系统总动量守恒。
第16页 共27页 页 页
r 碰前： 氧原子核动量为0 碰前：α粒子动量为 mv1 氧原子核动量为 r r 碰后： 碰后：α粒子动量为 mv2 氧原子核动量为Mv
h
A
r v
第8页 共27页 页 页
大学物理
解：煤粉对A的作用力即单位时间内落下的煤粉给 煤粉对 的作用力即单位时间内落下的煤粉给 冲力大小等于煤粉 A的平均冲力。这个冲力大小等于煤粉单位时间内的 的平均冲力。 的平均冲力 这个冲力大小等于煤粉单位时间内的 动量改变量，方向与煤粉动量改变量的方向相反。 动量改变量，方向与煤粉动量改变量的方向相反。 如何求煤粉动量的改变量？ 如何求煤粉动量的改变量？ 设 ∆t 时间内落下的煤 粉质量为 ∆m 则有
煤粉给传送带的平均冲力为 F ′ = 149 N
Fy
与x轴的夹角为 β = 180o − 57.4o = 122.6o
第10页 共27页 页 页
火箭的运动： 火箭的运动：火箭依靠排出其内部燃烧室中 产生的气体来获得向前的推力。 产生的气体来获得向前的推力。设火箭发射时 的质量为m 速率为v 的质量为 0，速率为 0，燃料烧尽时的质量为 m′，气体相对于火箭排出的速率为 e。不计空 ′ 气体相对于火箭排出的速率为v 气阻力，求火箭所能达到的最大速率。 气阻力，求火箭所能达到的最大速率。 解：火箭和燃气组成一个质点系。 火箭和燃气组成一个质点系。 t时刻： 系统总质量为 m 时刻： r r 系统总动量为 p 1 = m v 时刻： t + dt 时刻： 火箭质量为 m + dm (dm < 0) 排出的燃气质量为 − dm
大学物理学第3章 力学的守恒定律
t1 t1
00:03
t2 I F (t )dt
t1
注意
•力的冲量是矢量，计算 冲量要考虑 方向 性。
•冲量是过程量。 •冲量决定于力和时间两个因素。
•F-t图上曲线下的面积与冲量大小 的关系。
00:03
（三）用冲量概念表述动量定理
质点动量定理的微分形式 dp
F
m v Fdp Fdt d
00:03
（3）矢量性质： 系统各质点的动量的矢量和不变；
若某一方向合外力为零, 则此方向动量守恒 .
ex x
F
0, 0,
px mi vix C x p y mi viy C y pz mi viz Cz
Fyex 0 , F
ex z
（4）瞬时特征： 任意两个瞬时，动量的大小和方向都相同。
m1 v' 则 v2 v m1 m2
v2 2. 10 m s 17
3 1
(m1 m2 )v m1v1 m2 v2
v1 3. 103 m s 1 17
• 力 F=12ti（SI）作用在质量m=2kg的物体上， 使物体由原点从静止开始运动，则它在3秒末的动量 为： (A)-54 i kg.m/s (B)54i kg.m/s (C)-108 i kg.m/s (D)108 i kg.m/s (B)
y
s
v
z'
y'
s'
v'
x x'
o
00:03
z
o'
已知
v 2.5 10 m s 3 1 v' 1.0 10 m s
00:03
t2 I F (t )dt
t1
注意
•力的冲量是矢量，计算 冲量要考虑 方向 性。
•冲量是过程量。 •冲量决定于力和时间两个因素。
•F-t图上曲线下的面积与冲量大小 的关系。
00:03
（三）用冲量概念表述动量定理
质点动量定理的微分形式 dp
F
m v Fdp Fdt d
00:03
（3）矢量性质： 系统各质点的动量的矢量和不变；
若某一方向合外力为零, 则此方向动量守恒 .
ex x
F
0, 0,
px mi vix C x p y mi viy C y pz mi viz Cz
Fyex 0 , F
ex z
（4）瞬时特征： 任意两个瞬时，动量的大小和方向都相同。
m1 v' 则 v2 v m1 m2
v2 2. 10 m s 17
3 1
(m1 m2 )v m1v1 m2 v2
v1 3. 103 m s 1 17
• 力 F=12ti（SI）作用在质量m=2kg的物体上， 使物体由原点从静止开始运动，则它在3秒末的动量 为： (A)-54 i kg.m/s (B)54i kg.m/s (C)-108 i kg.m/s (D)108 i kg.m/s (B)
y
s
v
z'
y'
s'
v'
x x'
o
00:03
z
o'
已知
v 2.5 10 m s 3 1 v' 1.0 10 m s
火箭 03-3动量守恒定律()大学物理
由此得
v2
mu
(M m)v2 M m
mu 1 1 M m M 2m
v1和v2相比，可知 v1<v2
3.3 动量守恒定律
3.3.2 火箭飞行
设火箭在外层空间飞 行，空气阻力和重力不计， 动量守恒定律适用。
“长征二号E” 运 载火箭
3.3 动量守恒定律
在t0时刻的速度为v0，火箭(包括燃料)的总质 量为M0，热气体相对火箭的喷射速度为u。随着燃 料消耗，火箭质量不断减少。
动画演示：在两球对心碰撞过程中动量的转移
3.3 动量守恒定律
例题1 一辆停在直轨道上质量为M 的平板车上站着 两个人，当他们从车上沿同方向跳下后，车获得了 一定的速度。设两个人的质量均为m ，跳下时相对 于车的水平分速度均为u。试比较两人同时跳下和两 人依次跳下两种情况下，车所获得的速度的大小。
解 以人离开车的速度水平分量方向为正，车的速 度方向沿负方向。当两人同时跳下车时，对人和车 这个系统而言，在水平方向上动量守恒，因而有
可能发生变化。 在碰撞、打击、爆炸等相互作用时间极短的
过程中，由于系统内部相互作用力远大于合 外力，往往可忽略外力，系统动量守恒近似 成立。 动量守恒可在某一方向上成立。
3.3 动量守恒定律
在应用动量守恒定律时，要注意以下几点： 定律中的速度应是对同一惯性系的速度， 动量和应是同一时刻的动量之和。 动量守恒定律在微观和高速范围仍适用。 动量守恒定律只适用于惯性系。
• 一般多采用多级火箭来提高速度
v1 u ln N1 v2 v1 u ln N2
vn vn1 u ln Nn
u ln( N1 N2 Nn )
3.3 动量守恒定律
物理学三大守恒定律
物理学三大守恒定律物理学中的三大守恒定律是守恒定律中的重要定律，它们分别是能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律。
这些定律在物理学的研究中起着重要的作用，能够帮助我们理解和解释各种物理现象。
能量守恒定律是指在一个孤立系统中，能量的总量是不变的。
简单来说，能量既不能被创造也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
例如，当一个物体从高处下落时，它的重力势能会逐渐转化为动能，当物体触地时，重力势能完全转化为动能。
这个过程中，能量的转化满足能量守恒定律，总能量不会发生变化。
能量守恒定律的应用非常广泛，从机械能到热能、电能等各种形式的能量转化都遵循这一定律。
动量守恒定律是指在一个孤立系统中，动量的总量是不变的。
动量是物体的质量乘以其速度，是物体运动的量度。
根据动量守恒定律，当一个物体受到外力作用时，它的动量会发生变化，但系统中所有物体的动量变化之和为零。
例如，当两个物体碰撞时，它们之间的相对速度发生变化，但两个物体的动量之和保持不变。
动量守恒定律在解释碰撞、运动等现象时起着重要的作用。
角动量守恒定律是指在一个孤立系统中，角动量的总量是不变的。
角动量是物体的质量、速度和旋转半径的乘积，是描述物体旋转运动的物理量。
根据角动量守恒定律，当一个物体受到外力作用时，它的角动量会发生变化，但系统中所有物体的角动量变化之和为零。
例如，当一个旋转着的物体收缩其半径，它的角动量会增加，但系统中其他物体的角动量会相应减少，使得总角动量保持不变。
角动量守恒定律在解释自转、行星运动等现象时发挥着重要的作用。
能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律是物理学中的三大守恒定律。
它们分别描述了能量、动量和角动量在一个孤立系统中的守恒规律。
这些定律不仅在物理学的理论研究中发挥着重要的作用，也在实际生活中有着广泛的应用，能够帮助我们更好地理解和解释各种物理现象。
因此，对于学习和掌握物理学知识的人来说，理解和应用这些守恒定律是非常重要的。
【大学物理】三大守恒定律
•动量守恒定律和能量守恒定律 动量守恒定律和能量守恒定律
清晨,鸟语花香，迈步林荫道，一树叶落下,你是什么态度呢 毫不在意,漫不经心 好不悠闲！ 你是什么态度呢?毫不在意 漫不经心.好不悠闲 清晨 鸟语花香，迈步林荫道，一树叶落下 你是什么态度呢 毫不在意 漫不经心 好不悠闲！ 鸟语花香
如果是一篮球飞来,又是什么态度呢 急忙躲闪 生怕打着自已的脑袋! 如果是一篮球飞来 又是什么态度呢?急忙躲闪 生怕打着自已的脑袋 又是什么态度呢 急忙躲闪,生怕打着自已的脑袋
一、内容
当系统所受合外力为零时， 当系统所受合外力为零时，即F外=0时，系统的动量的增量 时 为零， 为零，即系统的总动量保持不变
P＝∑ m i v i = 恒矢量
i =1
n
Px = ∑ m i v ix = C x Py = ∑ m i v iy = C y pz = ∑ m i v iz = C z
xc
∫∫ xσ dxdy = ∫∫ σ dxdy
a y=a− x b
积分可得
ab 2 ∫ ∫ xσ dxdy 6 b xc = 0 0 a = = ab a− x 3 b b ∫ ∫ σ dxdy 6
a a− x b b
同理
0
0
a 2b ∫ ∫ yσ dxdy 6 a yc = 0 0 a = = ab a− x 3 b b 6 σ dxdy ∫ ∫
I = ∫ Fdt = ∫ dp = p2 − p1 = m(v2 − v1 )
t1 p1
t2
p2
I = P2 − P1 , 即P2 = P1 + I
b
•
v2
t2
a
t1
•
v1
P2 = mv2
清晨,鸟语花香，迈步林荫道，一树叶落下,你是什么态度呢 毫不在意,漫不经心 好不悠闲！ 你是什么态度呢?毫不在意 漫不经心.好不悠闲 清晨 鸟语花香，迈步林荫道，一树叶落下 你是什么态度呢 毫不在意 漫不经心 好不悠闲！ 鸟语花香
如果是一篮球飞来,又是什么态度呢 急忙躲闪 生怕打着自已的脑袋! 如果是一篮球飞来 又是什么态度呢?急忙躲闪 生怕打着自已的脑袋 又是什么态度呢 急忙躲闪,生怕打着自已的脑袋
一、内容
当系统所受合外力为零时， 当系统所受合外力为零时，即F外=0时，系统的动量的增量 时 为零， 为零，即系统的总动量保持不变
P＝∑ m i v i = 恒矢量
i =1
n
Px = ∑ m i v ix = C x Py = ∑ m i v iy = C y pz = ∑ m i v iz = C z
xc
∫∫ xσ dxdy = ∫∫ σ dxdy
a y=a− x b
积分可得
ab 2 ∫ ∫ xσ dxdy 6 b xc = 0 0 a = = ab a− x 3 b b ∫ ∫ σ dxdy 6
a a− x b b
同理
0
0
a 2b ∫ ∫ yσ dxdy 6 a yc = 0 0 a = = ab a− x 3 b b 6 σ dxdy ∫ ∫
I = ∫ Fdt = ∫ dp = p2 − p1 = m(v2 − v1 )
t1 p1
t2
p2
I = P2 − P1 , 即P2 = P1 + I
b
•
v2
t2
a
t1
•
v1
P2 = mv2
大学物理第三章-动量守恒定律和能量守恒定律-习题及答案
t1
即：作用在两质点组成的系统的合外力的冲量等于系统内两质点动量之和的增 量，即系统动量的增量。 2．推广：n 个质点的情况
t2 t2 n n n n F d t ＋ F d t m v mi vi 0 i外 i内 i i i 1 i 1 i 1 i 1 t1 t1
yv 2
同乘以 ydy，得
y 2 gdty y
积分 得
y
0
y
gdty
yvdt( yv)
0
1 3 1 gy ( yv) 2 3 2
因而链条下落的速度和落下的距离的关系为
2 v gy 3
1/ 2
7
第4讲
动量和冲量
考虑到内力总是成对出现的，且大小相等，方向相反，故其矢量和必为零， 即
F
i 0
n
i内
0
设作用在系统上的合外力用 F外力 表示，且系统的初动量和末动量分别用
5
第4讲
动量和冲量
P0 和 P 表示，则
t2 n n F d t m v mi vi 0 i i 外力 t1
F外 dt＝dPFra bibliotek力的效果 关系 适用对象 适用范围 解题分析
*动量定理与牛顿定律的关系 牛顿定律 动量定理 力的瞬时效果 力对时间的积累效果 牛顿定律是动量定理的 动量定理是牛顿定律的 微分形式 积分形式 质点 质点、质点系 惯性系 惯性系 必须研究质点在每时刻 只需研究质点（系）始末 的运动情况 两状态的变化
1
第4讲
动量和冲量
§3－1 质点和质点系的动量定理
实际上，力对物体的作用总要延续一段时间，在这段时间内，力的作用将 积累起来产生一个总效果。下面我们从力对时间的累积效应出发，介绍冲量、 动量的概念以及有关的规律，即动量守恒定律。 一、冲量 质点的动量定理 1．动量：Momentum——表示运动状态的物理量 1）引入：质量相同的物体，速度不同，速度大难停下来，速度小容易停下；速 度相同的物体，质量不同，质量大难停下来，质量小容易停下。 2）定义：物体的质量 m 与速度 v 的乘积叫做物体的动量，用 P 来表示 P=mv 3）说明：动量是矢量，大小为 mv，方向就是速度的方向；动量表征了物体的 运动状态 -1 4）单位：kg.m.s 5）牛顿第二定律的另外一种表示方法 F=dP/dt 2．冲量:Impulse 1）引入：使具有一定动量 P 的物体停下，所用的时间Δt 与所加的外力有关， 外力大，Δt 小；反之外力小，Δt 大。 2）定义： 作用在物体外力与力作用的时间Δt 的乘积叫做力对物体的冲量， 用 I 来表 示 I= FΔt 在一般情况下，冲量定义为
即：作用在两质点组成的系统的合外力的冲量等于系统内两质点动量之和的增 量，即系统动量的增量。 2．推广：n 个质点的情况
t2 t2 n n n n F d t ＋ F d t m v mi vi 0 i外 i内 i i i 1 i 1 i 1 i 1 t1 t1
yv 2
同乘以 ydy，得
y 2 gdty y
积分 得
y
0
y
gdty
yvdt( yv)
0
1 3 1 gy ( yv) 2 3 2
因而链条下落的速度和落下的距离的关系为
2 v gy 3
1/ 2
7
第4讲
动量和冲量
考虑到内力总是成对出现的，且大小相等，方向相反，故其矢量和必为零， 即
F
i 0
n
i内
0
设作用在系统上的合外力用 F外力 表示，且系统的初动量和末动量分别用
5
第4讲
动量和冲量
P0 和 P 表示，则
t2 n n F d t m v mi vi 0 i i 外力 t1
F外 dt＝dPFra bibliotek力的效果 关系 适用对象 适用范围 解题分析
*动量定理与牛顿定律的关系 牛顿定律 动量定理 力的瞬时效果 力对时间的积累效果 牛顿定律是动量定理的 动量定理是牛顿定律的 微分形式 积分形式 质点 质点、质点系 惯性系 惯性系 必须研究质点在每时刻 只需研究质点（系）始末 的运动情况 两状态的变化
1
第4讲
动量和冲量
§3－1 质点和质点系的动量定理
实际上，力对物体的作用总要延续一段时间，在这段时间内，力的作用将 积累起来产生一个总效果。下面我们从力对时间的累积效应出发，介绍冲量、 动量的概念以及有关的规律，即动量守恒定律。 一、冲量 质点的动量定理 1．动量：Momentum——表示运动状态的物理量 1）引入：质量相同的物体，速度不同，速度大难停下来，速度小容易停下；速 度相同的物体，质量不同，质量大难停下来，质量小容易停下。 2）定义：物体的质量 m 与速度 v 的乘积叫做物体的动量，用 P 来表示 P=mv 3）说明：动量是矢量，大小为 mv，方向就是速度的方向；动量表征了物体的 运动状态 -1 4）单位：kg.m.s 5）牛顿第二定律的另外一种表示方法 F=dP/dt 2．冲量:Impulse 1）引入：使具有一定动量 P 的物体停下，所用的时间Δt 与所加的外力有关， 外力大，Δt 小；反之外力小，Δt 大。 2）定义： 作用在物体外力与力作用的时间Δt 的乘积叫做力对物体的冲量， 用 I 来表 示 I= FΔt 在一般情况下，冲量定义为
大学物理第三章动量守恒定律和能量守恒定律
动量守恒定律的表述
总结词
动量守恒定律表述为系统不受外力或所 受外力之和为零时，系统总动量保持不 变。
VS
详细描述
动量守恒定律是自然界中最基本的定律之 一，它表述为在一个封闭系统中，如果没 有外力作用或者外力之和为零，则系统总 动量保持不变。也就是说，系统的初始动 量和最终动量是相等的。
动量守恒定律的适用条件
能量守恒定律可以通过电磁学 的基本公式推导出来。
能量守恒定律可以通过相对论 的质能方程推导出来。
能量守恒定律的应用实例
01
02
03
04
机械能守恒
在无外力作用的系统中，动能 和势能可以相互转化，但总和
保持不变。
热能守恒
在一个孤立系统中，热量只能 从高温物体传递到低温物体，
最终达到热平衡状态。
电磁能守恒
详细描述
根据牛顿第三定律，作用力和反作用力大小相等、方向相反。如果将一个物体施加一个力F，则该力会产生一个 加速度a，进而改变物体的速度v。由于力的作用是相互的，反作用力也会对另一个物体产生相同大小、相反方向 的加速度和速度变化。因此，在系统内力的相互作用下，系统总动量保持不变。
02
能量守恒定律
能量守恒定律的表述
感谢观看
01
能量守恒定律表述为：在一个封闭系统中，能量不能被创造或消灭， 只能从一种形式转化为另一种形式。
02
能量守恒定律是自然界的基本定律之一，适用于宇宙中的一切物理过 程。
03
能量守恒定律是定量的，可以用数学公式表示。
04
能量守恒定律是绝对的，不受任何物理定律的限制。
能量守恒定律的适用条件
能量守恒定律适用于孤立系统，即系统与外界没有能量 交换。
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根据动量定理，整个过程合外力的冲量 为零，即
N Mg( 2h / g ) 0
得到解法一相同的结果
N Mg M 2gh /
N
Mg
动量定理
例题3-2 一绳跨过一定滑轮，两端分别拴有质量为m及 的M 物体A和B， M 大于m。B静止在地面上，当A自 由下落距离h后，绳子才被拉紧。求绳子刚被拉紧时两
积分形式
系统所受的合外力的冲量等于系统总动量的增量。
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§3-2 动量守恒定律
Fex
dt
Fi
dt
dp
1. 动量守恒定律
如果系统所受的外力之和为零（即 Fi 0），则系
统条的件总动量Fi保持0 不变。定这律个p结论叫做mi动vi 量守p恒0 =定常律矢。量
i
直角坐标系下的分量形式
m1v1x m2v2x mnvnx =常量
m1v1y m2v2 y mnvny=常量
m1v1z m2v2z mnvnz =常量
t2 t1
t2 t1
t1
t2 t
(4)动量定理是牛顿第二定律的积分形式，因此其适用 范围是惯性系。
例 题 3-1 质 量 M=3t 的 重 锤 ， 从 高 度 h=1.5m处自由落到受锻压的工件上，工
件发生形变。如果作用的时间(1)=0.1s， (2)=0.01s 。试求锤对工件的平均冲力。 h 解：以重锤为研究对象，分析受力，作 受力图：
三 掌握动能定理 、功能原理和机械能守 恒定律, 掌握运用守恒定律分析问题的思想和方 法.
四 了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞 的特点 .
§3-1 冲量 质点和质点系的动量定理
1. 冲量 质点的动量定理 牛顿第二定律的微分形式 F
dt
d
p
经历时间从t1-t2，两端积分
t
2
F
t1
dt
d p2 p1
所有冲元量冲的量I方向的一F合般d矢不t量是某一瞬的时方tt12力向F。d的t F方向，而是
(2)在直角坐标系中矢量方程的分量形式
Ix
t2 t1
Fx d t
mv2 x
mv1x
Iy
t2 t1
Fy
dt
mv2 y
mv1y
Iz
t2 t1
Fz
dt
mv2 z
mv1z
(3)动量定理在打击或碰撞问题中用来求平均力。
解法一：锤对工件的冲力变化很大， 采用平均冲力计算，其反作用力用平 均支持力代替。
N
Mg
在竖直方向利用动量定理，取竖直向上为正。
(N Mg) Mv Mv0
动量定理
(N Mg) Mv Mv0
初状态动量为 M 2gh
末状态动量为 0
得到 (N Mg) M 2gh
N h
Mg
解得 N Mg M 2gh / 代入M、h、的值，求得：
微分形式的牛顿第二定律是关于力与加速 度的瞬时关系，考虑中间的每个过程。
力的时间和空间积累
力的累积效应
F
(t
)对
t
积累
p
,
I
F 对 r 积累 A , E
第三章 三大守恒定律
第三章 三大守恒定律
基本要求
一 理解动量、冲量概念, 掌握动量定理和 动量守恒定律 。掌握角动量和角动量守恒定律。
二 掌握功的概念, 能计算变力的功, 理解保 守力作功的特点及势能的概念, 会计算万有引力、 重力和弹性力的势能 .
Fex
dp dt
Fexdt dp 两边积分
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两边积分
N I In
n1
t2
t1
t2
t1
Fexdt
pp12
Fexdt
n1
dp
t2 F t1 i
dt
微分形式 ：为合外力的冲量，
各质点所受外力的冲量的矢量和。
p pi ：为质点系动量的增量，为各质点动量
I
增量p的矢量p2和。p1
(1) N 3103 (9.8 2 9.8 1.5 / 0.1) 1.92 105牛顿
(2) N 3103 (9.8 2 9.8 1.5 / 0.01) 1.9 106牛顿
动量定理
解法二：考虑从锤自由下落到静止
的整个过程，动量变化为零。
重力作用时间为 2h / g
h
支持力的作用时间为
a M mg M m M
H
m2h M 2 m2
Am h
B
BA
mg Mg
2. 质点系的动量定理
定义：n个质点的组成——系统（物体系，质点系）
内力：系统内质点间的相
质点系
互作用力。
外力：系统外其他物体对 系统内质点的作用力。
由两F个F21质 点ff2112组成ddddpp的tt21 简单相系加统F1
打击或碰撞，力 F的方向保持不 F
变，相互作用力很大且变化迅速但
作用时间很短的力称为冲力。
力F 曲线与t 轴所包围的面积就是t1
到t2这段时间内力Ftt12的F冲 量dt的大小。
t1
t2 t
动量定理
根tt12据F动 d量t 定理p：2
p1
F
t2
t1
F
F
根据改F变动量t1t2的F等 d效t 性定p义2平均p力1 。
T2 T1
分别应用动量定理，得到：
Am
(T1 mg)t mV (mv)
BA
h
(T2 Mg)t MV 0
MB
mg Mg
忽略重力，考虑到绳不可伸长，有：
解得：
T1 T2 T
V m 2gh M m
动量定理
当物体B上升速度为零时，达到 最大高度
T2 T1
2aH V 2 0
T Mg Ma mg T ma
p
p2 p1
左侧积分表示力对时间的累积量，叫做冲量。
冲量
I
t2
t1
动量定理
F d t
I
p2
动量
p1
p mv
动量定理
I p2 p1
动量定理：在一段时间内，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。
动量定理的几点说明：
(1)冲量的方向： I
t2
t1
F
dt
物体的速度，以及能上升的最大高度。
解：以物体A和B为系统作为 研究对象，采用隔离法分析受 力，作出绳拉紧时的受力图：
T2 T1
绳子刚好拉紧前的瞬间，物 体A的速度为：
v 2gh
取竖直向上为正方向。
M
Am h
B
BA
mg Mg
动量定理
v 2gh
绳子拉紧后，经过短暂时间的作
用，两物体速率相等，对两个物体
F1
f12
F2
f12
m1
F2
f 21
m2
f21
d dt
(
p1
p2
)
动量定理
F1
F2
d dt
(
p1
p2 )
推广到N个质点的更一般情况
质点系
ห้องสมุดไป่ตู้1
f12
m1
F2
f 21
m2
Fi
i
d dt
i
pi
Fex Fi ：为系统内所有质点所受外力的矢量和。
p
i
pi
i
简写为
：为系统内所有质点动量的矢量和。