级物理复习上PPT课件

1、MNUSTSHISHI CHINA质点运动学大学物理学第一章闽南理工学院2012基础部第1页/共54页 1. 参考系：描述物体运动时用作参考的其它物体 2. 位置矢量和位移一 运动的描述 运动方程( )rr t 位移)()(trttrr注意: 一般rr3.速度和速率ddrtv 速度tsddv 速率4.加速度22ddddrattv第2页/共54页二. 匀加速运动a常矢量初始条件:orv,0ta0vv2021tatr0vr 匀加速直线运动at0vv2021attx0vxax2220vv 抛体运动0 xagaycos0 xvv gtysin0vvt cos0vx221singtt0vy第3页/共54

2、页三. 圆周运动 角速度Rtvdd 角加速度 t dd 速度tttddereetsvvnntteaeaa 圆周运动加速度22ntaaa切向加速度22tddddtsrtav法向加速度rra22nvv（指向圆心）（沿切线方向）第4页/共54页MNUSTSHISHI CHINA牛顿运动定律大学物理学第二章闽南理工学院2012基础部第5页/共54页一 牛顿运动定律tpFdd第二定律：vmp 当 时，写作cvamF第一定律：惯性和力的概念，惯性系的定义 . 物体具有保持原来静止或匀速直线运动状态不变的特性，除非外力迫使它改变。 第三定律：2112FF 两个物体间作用力和反作用力沿同一直线、大小相等、方向

3、相反、分别作用在两个物体上。 第6页/共54页tmmaFxxxddvtmmaFyyyddv直角坐标表达形式自然坐标表达形式mrtmmaFttddv2mrrmmaFnn2v牛顿第二定律的数学表达式amtpFdd一般的表达形式nnttyxeFeFjFiFF第7页/共54页三 几种常见的力（1）万有引力r221ermmGF重力gmP(3） 摩擦力 滑动摩擦力 最大静摩擦力NfFFN00fFF（2）弹性力： 弹簧弹力 （张力、正压力和支持力）kxF是滑动摩擦因数， 是正压力。NF，一般情况下 。0是静摩擦因数0第8页/共54页五 应用牛顿定律解题的基本思路一般解题步骤:明确问题中所求运动的物体；考察该

4、物体所受的力和运动的参考系；分别画出各质点所受的力示力图；写出动力学方程 ；找出有关的几何关系；研究对象确定坐标受力分析力学方程运动联系作必要的近似并求解。求解方程受力分析：利用第三定律，从接触处找力！研究的是单个质点，只在惯性参考系成立 ；多体问题，用隔离法。重力!第9页/共54页如图所示，半径为R 的半球形碗中有质量为 m 的小钢球，小球以角速度 在水平面内沿碗内壁作匀速圆周运动，求(1)小球对碗壁的压力？ (2)求小球的夹角的大小？ (3)此时小球距碗底有多高？cos0NFmg2sinNFmr解：设碗壁施与小球的正压力为FN，小球的重力为 P =mg，由牛顿定律得可得(1)2NFmRNN

5、FF 2cosgR2arccos()gR可得(2)sinrR(1cos )hR由几何条件得2ghR可得(3)第10页/共54页MNUSTSHISHI CHINA动量守恒定律与能量守恒定律大学物理学第三章闽南理工学院2012基础部第11页/共54页vmp 机械运动的量度质点的动量力的冲量 力对时间的累积21dtttFI1221dvvmmtFtt 质点的动量定理：质点所受合外力的冲量等于质点动量的增量 。niiiiniittmmtF101ex21dvv 质点系的动量定理：系统所受合外力的冲量等于系统动量的增量 。第12页/共54页质点系所受合外力为零，系统总动量守恒。即0exiiF若常矢量则iip

6、p2. 某一方向合外力为零，则该方向3. 基本的普适定律.constpiix 说明：1. 守恒条件：合外力为零，或外力 内力；第13页/共54页BArFWd功率是单位时间做的功vFtWPdd功描述力的空间累积效应动能mpmE22122kv 动能定理：合外力对质点所作的功等于质点动能的增量 。k1k2EEW第14页/共54页 保守力：作功与路径无关，仅决定于始末位置 .d0lFr保非保守力：作功与路径有关.Pmg重力 ：Fkx 弹性力：122m mFGr万有引力：第15页/共54页 势能 : 与物体间相互作用及相对位置有关的能量. pp0p)(EEEW保2、势能是相对的，势能大小与势能零点的选取

7、有关；1、势能是状态的单值函数 ；3、势能是属于系统的 ； 说明 力学中常见的势能弹性势能2p21kxE引力势能rmmGEp重力势能pEmgh第16页/共54页 质点系的功能原理： 外力和非保守内力作功之和等于质点系机械能的增量 .0inncexEEWW当0inncexWW0EE 时，有 机械能守恒定律 只有保守内力作功的情况下，质点系的机械能保持不变 . 第17页/共54页碰后两物体速度相同均为如图所示，质量为m、速度为 的钢球射向质量为m的靶，靶中心孔内有劲度系数为k 的弹簧，靶可以在光滑水平面滑动，设靶最初为静止状态，求小球射到靶内弹簧上后，弹簧的最大压缩距离？v0 x1v1()mmmv

8、=v22210111()222mmmkxvv0()mmk mmx =v解：设弹簧最大压缩距离为由动量守恒可得由机械能守恒可得则有第18页/共54页如图所示，弹簧的一端固定在墙上，另一端连接物体A ,当把弹簧压缩x1长度后，在物体A的后面再放置物体B,然后撤去外力。设物体A和B均放置在光滑的水平面上，质量分别 为mA和mB, 弹 簧 的 劲 度 系 数 为 ， 求 当 A 和 B 刚 分 离时物体B的运动速度？k2112PEkx2AB1()2KEmmv221AB11()22kxmmv1ABkxmmv =解：当弹簧恢复到原长时， A和B分开，此时两物体具有相同的速度可得由机械能守恒有v第19页/共

9、54页如图所示，一个物体静止在水平面上，另一个质量相同的物体沿水平面以速度 向前运动，与静止木块发生完全非弹性碰撞，碰撞后两物体一起沿摩擦系数为的水平面滑动，求两物体滑动的距离？ 0vm0()mmmvv02=vv2Fmg 212022mg sm=v208gs =v解：两物体碰撞过程在水平方向上动量守恒，设两物体的质量均为两物体受到水平面的摩檫力为设两物体碰后的滑动距离为s,由质点的动能定理可得第20页/共54页MNUSTSHISHI CHINA刚体力学大学物理学第四章闽南理工学院2012基础部第21页/共54页一. 刚体的定轴转动 匀变速转动t020021tt)(20202 二. 刚体的定轴转

10、动定律 JM 刚体转动惯量mrJd22iirmJ第22页/共54页 定轴转动刚体的动能定理21222111d22MJJ三. 刚体定轴转动功和能21dMW 力矩的功 转动动能2k21JE 重力势能PCEmgh 刚体的机械能守恒定律：PkEE 恒量只有保守内力做功时,第23页/共54页四. 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 刚体对转轴的角动量：JL tJtLMd)(ddd 角动量定理：112221dJJtMtt0M常量JL，则若 角动量守恒定律 首先分析各物体所受力和力矩情况，然后根据已知条件和所求物理量判断应选用的规律，最后列方程求解.五 定轴转动的动力学问题 解题基本步骤 第24页/共

11、54页 1. 求刚体转动某瞬间的角加速度，一般转动定律求解。如质点和刚体组成的系统，对质点列牛顿运动方程，对刚体列转动定律方程，再列角量和线量的关联方程，联立求解. 2. 刚体与质点的碰撞、打击问题，在有心力场作用下绕力心转动的质点问题，考虑用角动量守恒定律. 另外：实际问题中常常有多个复杂过程，要分成几个阶段进行分析，分别列出方程，进行求解. 3. 在刚体所受的合外力矩不等于零时，比如木杆摆动，受重力矩作用，一般应用刚体的转动动能定理或机械能守恒定律求解。第25页/共54页质点运动与刚体定轴转动描述的对照质点的平动刚体的定轴转动速度加速度trddvtvdda角速度角加速度t ddt dd质量

12、 m转动惯量动量角动量mrJd2JL vmP 力力矩FM第26页/共54页质点运动规律与刚体定轴转动的规律对照运动定律amF转动定律JM 质点的平动刚体的定轴转动动量定理00dvvmmtFtt角动量定理00dLLtMtt动量守恒定律角动量守恒定律恒量iiimFv, 0恒量iiJM, 0力的功barFWd力矩的功0dMW动能2/2kvmE 转动动能2/2kJE 第27页/共54页质点运动规律与刚体定轴转动的规律对照质点的平动刚体的定轴转动动能定理2022121vvmmW动能定理2022121JJW重力势能mghE p重力势能CpmghE 机械能守恒恒量pkEE只有保守内力作功时机械能守恒恒量pk

13、EE只有保守内力作功时第28页/共54页 物体在外力矩的作用下，其角加速度能为零吗？其角速度可以为零吗？为什么？角加速度不能为零，因为, 只要有外力矩作用，就一定会有角加速度。MJ 角速度可能为零。由00=+dtt 角速度就为零。0即使 00dtt 但只要第29页/共54页2.如果刚体所受合外力矩为零，其合外力是否也一定为零，举例说明？1.如果一个刚体所受合外力为零，其合外力矩是否也一定为零，举例说明？ 不一定为零，如图所示刚体所受合外力为零，但合外力矩为一个外力矩的二倍。 不一定为零，如图所示刚体所受合外力矩为零，但合外力为一个外力的二倍。图1图2第30页/共54页如图所示，长为l、质量为m

14、 的均匀细棒，可绕通过棒中点O 的水平轴转动，右端连接质量为m 的小球，左端连接质量为m/2 的小球。开始时，棒静止地处于水平位置，然后在竖直平面自由转动，求当棒旋转到达竖直位置时的角速度为多少? 212KEJ222112222lmlJmlm222PlmlEmgg22211342 1222llmgmlm1211gl解：细棒、两个小球和地球系统，只有重力矩做功，机械能守恒，则有则可得：第31页/共54页如图所示，长为 l、质量为m的均匀细棒，左端可绕通过O 点的水平轴在竖直平面转动，右端连接质量也为m 的小球。开始时，棒静止地处于水平位置，然后自由下摆，求摆动到竖直位置时棒的角速度为多少? 21

15、2KEJ2213Jmlml2PlEmgmgl2221 122 3lmgmglmlml32gl解：细棒、小球和地球系统，只有重力矩做功，机械能守恒，设竖直位置为重力势能零点，则有则可得：第32页/共54页212KEJ221122lJmlm2PlEmg2221122 122llmgmlm3gl解：细棒、小球和地球系统，只有重力矩做功，机械能守恒，设竖直位置为重力势能零点，则有则可得：如图所示，长为 l、质量为m的均匀细棒，可绕通过棒的中点O的水平轴在竖直平面转动，右端有质量也为m 的小球。开始时，棒静止地处于水平位置，然后开始自由下摆，求当细棒摆动到竖直位置时的角速度为多少? 第33页/共54页M

16、NUSTSHISHI CHINA机械振动大学物理学第五章闽南理工学院2012基础部第34页/共54页xa24 加速度与位移成正比而方向相反xtx222dd2 简谐运动的动力学描述)sin(tAv)cos(tAx3 简谐运动的运动学描述1 物体受线性回复力作用 平衡位置kxF0 x一 简谐运动的描述和特征5 三个特征量：振幅 A 由初始条件决定； 角频率 决定于振动系统的性质； 初相 由初始条件决定。第35页/共54页mk弹簧振子lg单摆实例 :三 简谐运动旋转矢量表示法 方法简单、直观, 用于判断简谐运动的初相及相位,分析振动的合成问题.0cos()xAtt(0)A t AA( )A t0 x

17、ox矢量 在 x 轴上的投影( )A t第36页/共54页四 简谐运动能量图221kAEEEpk4T2T43T能量oTttkAE22pcos21tAmE222ksin21若弹簧的劲度系数为k，简谐振动的振幅为A、圆频率为，写出弹簧振子到达平衡位置时的振动速度、加速度和动能的取值？v=A0a 212KEkA速度最大 ：加速度为零：动能最大：第37页/共54页cos2212221AAAAA),2 1 0( ，k21AAA2k) 12(k21AAA加强减弱五 两个同方向同频率简谐运动的合成)cos(212212221AAAAA)cos(21tAxxx1 两个同方向同频率简谐运动合成后仍为简谐运动第3

18、8页/共54页质量为 0.01kg 的物体做简谐运动，振幅为0.08m，周期为4s，起始时物体在 x =0.04m 处，向 x 负方向运动，求弹簧振动的位移表达式？0cos()xAt0sin()At v12rad s2T000.040.08cos,3 00.08sin02030.08cos23xt解：简谐运动位移和速度的一般表达式分别为圆频率：由初始条件：则位移方程为：第39页/共54页如图所示，劲度系数为 k = 0.72Nm-1 的弹簧上连接质量为 m = 20g的物体。把物体从平衡位置向右拉到 x = 0.05m 处后静止释放，求弹簧在光滑水平面上振动的位移表达式？0cos()xAt0s

19、in()At v10.72=6.0rad s0.02km00.05cosA00sinA 00;0.05mA0.05cos(6,0 )xt解：简谐振动位移和速度的 一般表达式分别为圆频率：由初始条件可知t = 0时，可得：则位移表达式为：第40页/共54页设相位为 ，则动能和势能公式为：质量为 0.1kg 的物体，以 的振幅做简谐运动，其最大加速度为 。求：1) 振动周期，2) 物体在何处其动能和势能相等？21.010m24.0m/s20cos()aAt max420 rad/s0.01aA220.314s20T0t221sin2KEkA21cos2PEkAsincos 3;44 解：简谐振动加

20、速度的一般表达式为动能和势能相等，则有：22cos1.0 100.0071m2xA 第41页/共54页MNUSTSHISHI CHINA机 械 波大学物理学闽南理工学院2011基础部第六章第42页/共54页一 机械波的基本概念1 机械波产生条件：1）波源；2）弹性介质. 机械振动在弹性介质中的传播形成波，波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播.2 描述波的几个物理量2 波长 ：一个完整波形的长度.2 周期 ：波前进一个波长的距离所需要的时间.T2 频率 ：单位时间内波动所传播的完整波的数目.2 波速 ：某一相位在单位时间内所传播的距离.uT1TuTuu第43页/共54页 波的图示法: 波线

21、 波面 波前.3 横波、纵波2 波函数的物理意义二 平面简谐波的波函数)(2cos)(xTtAx,ty角波数)cos(),(kxtAtxy2k)(cos)(uxtAx,ty1第44页/共54页三 波动的能量)(sindddd222pkuxtVAWWW)(sind21dd222pkuxtVAWW 1 在波动传播的媒质中，任一体积元的动能和势能同步地周期性变化，同时最大、同时最小,机械能不守恒 . 波动是能量传递的一种方式 .2 平均能量密度：2221Aw3 平均能流密度（波强度）：uAuwI2221第45页/共54页4 声强级：2120mW10I0lgIILI 贝尔（B）0lg10IILI分贝（

22、 dB ） 介质中波阵面上的各点都可以看作是发射子波的波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络就是新的波前.四 惠更斯原理（作图法）第46页/共54页五 波的叠加原理波程差12rr 若 则21221AAA21AAA,2, 1 ,0)21(kk2121AAAAA其他, 2 , 1 , 0kkcos2212221AAAAA)(21212rr 波的干涉 1 相干条件 同频率：两列波的振动频率相同； 同方向：两列波的振动方向相互平行； 相位差恒定： 两列波的相位差恒定或相位相同。第47页/共54页x波腹波节AAkk2, 1 , 02max0, 1 , 02)21(maxAkk相邻波腹（节）间距 24相邻波腹和波节间距2 驻波txAy2cos2cos2 驻波方程驻波能量在波节和波腹之间不断相互转换的特点？1）各质点均达到最大位移时，动能都为零，势能基本 上集中在波节附近，2）各质点都回到平衡位置时，势能为零，动能基本上集中在