高中物理競賽課件：牛頓第一定律

1、牛頓第一定律動量守恒定律1. 動量守恒定律質(zhì)點(diǎn)系動量定理：若質(zhì)點(diǎn)系所受合外力為零：則系統(tǒng)的總動量守恒：例：長 為 l ，質(zhì)量線密度為 的柔軟鏈條放在桌上，桌上有一小孔，鏈條一端由小孔稍伸下，其余部分堆在小孔周圍。由于某種擾動，鏈條因自身重量開始落下。求鏈條下落速度與落下距離之間的關(guān)系。 設(shè)鏈與各處的摩擦均略去不計(jì)，且認(rèn)為鏈條軟得可以自由伸開。m1m2Oyy解：以豎直懸掛的鏈條和桌面上的鏈條為一系統(tǒng)，建立如圖坐標(biāo)，則：由質(zhì)點(diǎn)系動量定理得：則兩邊同乘以 則： m1m2Oyy又1). 系統(tǒng)的動量守恒是指系統(tǒng)的總動量不變，系統(tǒng)內(nèi)任一物體的動量是可變的。2).各物體的動量必相對于同一慣性參考系。3).守

2、恒條件：合外力為零，當(dāng)外力遠(yuǎn)小于時(shí)，可略去外力的作用，近似認(rèn)為系統(tǒng)動量守恒。例如碰撞、打擊、爆炸等。5).動量守恒定律只在慣性參考系中成立，是自然界最普遍，最基本的定律之一。4).若某一方向合外力為零，則此方向動量守恒。例：一靜止的原子核衰變輻射出一個(gè)電子和一個(gè)中微子成為一個(gè)新的原子核。已知電子和中微子的運(yùn)動方向互相垂直，電子動量為1.210-22 kgms-1，中微子動量為 6.410-23 kgms-1。問新原子核的動量的值和方向如何?即恒矢量解：又因?yàn)榇霐?shù)據(jù)計(jì)算得：系統(tǒng)動量守恒 ：例：光滑水平面有一長為 l 質(zhì)量為 M 的小車。車一端站質(zhì)量為 m 的人，均靜止?，F(xiàn)人從一端走向另一端，求

3、人和車各自移動距離。解：例：如圖，已知 m, M, , vmM = v0，求炮車反沖速度V 的大小。解：動量守恒定理的應(yīng)用1).火箭飛行 以 F 表示在 t 到 t+dt 內(nèi)噴出的氣體對火箭體(M-dm)的推力，有： 說明：火箭的推力與燃料燃燒速率及噴氣相對速率成正比。 如：燃料燃燒速率為 1.38104 kg/s，噴氣相對速率為 2.94103 m/s，則理論推力為 4.06107 N。2).人造地球衛(wèi)星的發(fā)射與回收第一宇宙速度 地球衛(wèi)星速度大于 7.9km/s 時(shí)，就沿橢圓軌道運(yùn)動。 1957年俄羅斯發(fā)射第一課人造衛(wèi)星，1961年俄羅斯航天員加加林進(jìn)入太空。 1969年美國阿波羅11號飛船

4、首次載人登月，1976年海盜1號飛船登上火星，1983年美國先驅(qū)者10號成為第1個(gè)飛出太陽系的人造天體。 1970年4月24日，我國發(fā)射第1顆地球衛(wèi)星，質(zhì)量173kg，周期112min，近地點(diǎn)439km遠(yuǎn)地點(diǎn)2384km。發(fā)射過程 第一級火箭點(diǎn)火啟動，達(dá)到額定推力即為起飛重的1.5倍時(shí)，火箭離開發(fā)射臺，進(jìn)入大氣層，阻力很大。為了縮短大氣層中的行程，第一級火箭豎直向上垂直發(fā)射。 一定高度后，慢慢轉(zhuǎn)向斜上方飛行，一面加速一面增高，一級火箭關(guān)機(jī)，第二級火箭接著點(diǎn)火，同時(shí)第一級火箭分離。 第二級火箭分離后，第三級不立即點(diǎn)火。沿與地面傾斜的曲線軌道，靠慣性自由飛行?；鸺^續(xù)升高并轉(zhuǎn)向水平，當(dāng)在入軌點(diǎn)與預(yù)

5、定軌道相切時(shí)，第三級火箭點(diǎn)火加速至軌道速度。 衛(wèi)星被拋掉與第三級分離，衛(wèi)星進(jìn)入軌道，發(fā)射任務(wù)完成?；厥?在近地點(diǎn)制動火箭點(diǎn)火 - 轉(zhuǎn)軌 - 進(jìn)入大氣層即黑障區(qū) - 打開減速傘和主傘 - 啟動反推力火箭 - 安全著陸。均由地面測控中心發(fā)出指令。神舟五號回收過程： 軌道艙與返回艙分離，返回艙在近地點(diǎn)時(shí)制動火箭點(diǎn)火，減速，轉(zhuǎn)入返回軌道，進(jìn)入大氣層。 距地約80km時(shí)處于無動力飛行，速度達(dá)8km/s，溫度達(dá)1000以上，黑障。 3t的返回艙到20km時(shí)，速度穩(wěn)定在200m/s。打開減速傘和主傘使返回艙在10km時(shí)減速到10m/s勻速下落。 在距地面1m時(shí)，精確啟動反推力火箭，速度減至2-3m/s，安全著陸。例：一火箭以 2.5103 ms-1 速率相對地面水平飛行，不計(jì)空氣阻力。