大学物理第三章动量守恒定律和能量守恒定律

动量守恒定律与能量守恒定律动量守恒定律和能量守恒定律是物理学中两个重要的基本定律。

它们通过描述物体运动或相互作用过程中的一些规律，帮助我们更深入地理解并解释自然界中发生的现象。

动量守恒定律，也被称为牛顿第三定律，指出在一个封闭系统中，如果没有外力作用，系统内的总动量将保持不变。

换句话说，系统内的物体之间相对运动的总动量始终保持恒定。

这个定律可以用数学公式表示为：Σmv = 0，其中Σmv表示系统中物体的总动量。

这意味着当一个物体获得了一定的动量时，其他物体的动量必然发生相应的改变，以保持系统的总动量为零。

动量守恒定律对于解释运动过程中的碰撞、反弹和推力等现象非常重要。

以碰撞为例，当两个物体发生碰撞时，它们之间会相互传递动量，但总动量始终保持不变。

这就是我们常见的“动量守恒”的原理。

相比之下，能量守恒定律强调的是能量在一个封闭系统中的守恒。

能量是物体的基本属性，它可以是动能、势能、热能等形式存在。

能量守恒定律指出在一个封闭系统中，如果没有外部能量输入或输出，系统内的能量总量将保持不变。

换句话说，能量既不能创造也不能消失，只能从一种形式转化为另一种形式。

我们通常用数学公式ΣE = 0表示能量守恒定律，其中ΣE表示系统的总能量。

这意味着在一个封闭系统中，能量转化的过程可以是动能转化为势能，势能转化为热能等，但总能量始终保持不变。

能量守恒定律可以解释很多物理现象，例如机械能守恒、光能转化为电能等。

以机械能守恒为例，当一个物体从高处自由落下时，它的势能逐渐转化为动能，但总的机械能（势能加动能）保持不变。

在实际应用中，动量守恒定律和能量守恒定律常常相互关联。

在碰撞过程中，动量守恒定律用于描述物体运动前后的变化，而能量守恒定律则用于考虑动能转化和损失等能量变化。

动量守恒定律和能量守恒定律是物理学中两个基本的守恒定律。

它们不仅帮助我们理解和解释许多自然界中的现象，还为工程学和技术应用提供了重要的理论基础。

通过深入研究和应用这两个定律，我们可以更好地认识和探索自然界的奥秘。

第3章动量守恒定律和能量守恒定律习题一选择题3-1 以下说法正确的是[ ]（A）大力的冲量一定比小力的冲量大（B）小力的冲量有可能比大力的冲量大（C）速度大的物体动量一定大（D）质量大的物体动量一定大解析：物体的质量与速度的乘积为动量，描述力的时间累积作用的物理量是冲量，因此答案A、C、D均不正确，选B。

3-2 质量为m的铁锤铅直向下打在桩上而静止，设打击时间为t∆，打击前锤的速率为v，则打击时铁捶受到的合力大小应为[ ]（A）mvmgt+∆（B）mg（C）mvmgt-∆（D）mvt∆解析：由动量定理可知，F t p mv∆=∆=，所以mvFt=∆，选D。

3-3 作匀速圆周运动的物体运动一周后回到原处，这一周期内物体[ ] （A）动量守恒,合外力为零（B）动量守恒,合外力不为零（C）动量变化为零,合外力不为零, 合外力的冲量为零（D）动量变化为零,合外力为零解析：作匀速圆周运动的物体运动一周过程中，速度的方向始终在改变，因此动量并不守恒，只是在这一过程的始末动量变化为零，合外力的冲量为零。

由于作匀速圆周运动，因此合外力不为零。

答案选C。

3-4 如图3-4所示，14圆弧轨道(质量为M)与水平面光滑接触，一物体（质量为m）自轨道顶端滑下，M与m间有摩擦，则[ ]（A ）M 与m 组成系统的总动量及水平方向动量都守恒,M 、m 与地组成的系统机械能守恒（B ）M 与m 组成的系统动量不守恒, 水平方向动量守恒，M 、m 与地组成的系统机械能不守恒（C ）M 与m 组成的系统动量不守恒, 水平方向动量不守恒，M 、m 与地组成的系统机械能守恒（D ）M 与m 组成系统的总动量及水平方向动量都守恒，M 、m 与地组成的系统机械能不守恒解析：M 与m 组成的系统在水平方向上不受外力，在竖直方向上有外力作用，因此系统水平方向动量守恒，总动量不守恒,。

由于M 与m 间有摩擦，m 自轨道顶端滑下过程中摩擦力做功，机械能转化成其它形式的能量，系统机械能不守恒。

第三章 动量守恒定律和能量守恒定律3-1 一架以12ms 100.3-⨯的速率水平飞行的飞机，与一只身长为0.20m 、质量为0.50kg 的飞鸟相碰。

设碰撞后飞鸟的尸体与飞机具有同样的速度，而原来飞鸟对于地面的速率很小，可以忽略不计。

估计飞鸟对飞机的冲击力，根据本题的计算结果，你对高速运动的物体与通常情况下不足以引起危害的物体相碰后产生后果的问题有什么体会？解：以飞鸟为研究对象，其初速为0，末速为飞机的速度，由动量定理。

vlt mv t =∆-=∆ ,0F 联立两式可得： N lmv F 521025.2⨯==飞鸟的平均冲力N F F 51025.2'⨯-=-=式中的负号表示飞机受到的冲击力与飞机的运动速度方向相反。

从计算结果可知N F F 51025.2'⨯-=-=大于鸟所受重力的4.5万倍。

可见，冲击力是相当大的。

因此告诉运动的物体与通常情况下不足以引起危险的物体相碰，可能造成严重的后果。

3-2 质量为m 的物体，由水平面上点O 以初速为0v 抛出，0v 与水平面成仰角α。

若不计空气阻力。

求：（1）物体从发射点O 到最高点的过程中，重力的冲量；（2）物体从发射点到落回至同一水平面的过程中，重力的冲量。

解：（1）在垂直方向上，物体m 到达最高点时的动量的变化量是：αsin 01mv P -=∆而重力的冲击力等于物体在垂直方向的动量变化量：ααsin sin 0011mv mv P I -=-=∆=（2）同理，物体从发射点到落回至同一水平面的过程中，重力的冲力等于物体竖直方向上的动量变化量αααsin 2sin sin 1222mv mv mv mv mv P I -=--=-=∆=负号表示冲量的方向向下。

3-3 高空作业时系安全带是非常必要的。

假如一质量为51.0kg 的人，在操作时不慎从高空跌落下来，由于安全带保护，最终使他悬挂起来。

已知此时人离原处的距离为 2.0m ，安全带弹性缓冲作用时间为0.50s 。

第三章 动量守恒定律和能量守恒定律概述：1、牛顿第二定律描述了力对物体作用的瞬间关系，物体瞬间获得响应的加速度，物体的运动状态已经开始发生变化，要使物体的运动状态继续变化，需要力的作用有一个过程。

本章从力的空间累积效应和时间累积效应出发，用动量和能量对机械运动进行分析。

2、由对一个质点的研究过渡到质点系的研究。

3、守恒定律是完美、和谐的自然界的体现。

动量守恒和能量守恒源于牛顿力学，但在牛顿定律不适用的领域，例如微观粒子及高能物理领域仍然适用，故它是自然界的一条基本定律。

3-1质点和质点系的动量定理一、 冲量 质点的动量定理牛顿第二定律的微分形式d d t =pF d d t =F p 22112121d t d t t m m ==-⎰⎰p p F p p p =υ-υ1.冲量：力对时间的积分，常以I 表示，并称⎰=21d t t t F I为在1t ～2t 时间内、力F 对质点的冲量，或简单说成F 的冲量。

说明：（1）.冲量,是一个矢量，大小为21d t t t =⎰I F ，方向是速度或动量的变化方向。

（2）.由于冲量是作用力的时间积分，必须知道力在这段时间中的全部情况，才能求出冲量。

实际上要知道力的大小和方向随时间变化是很困难的，必须采取近似处理。

F 为恒力（方向也不变）时，t =∆I F ；（高中的冲量定义） F 作用时间很短时，可用力的平均值F 来代替。

211d t t t t =∆⎰F F ，21t t t ∆=-2.动量（p ）是描述物体运动状态的物理量，有大小和方向，是一个矢量。

方向和运动速度的方向相同。

单位：㎏·ｍ/ｓ量纲：MLT －１。

3.质点的动量定理：在给定的时间间隔内，质点所受合力的冲量，等于该质点动量的增量。

22112121d t d t t m m ==-⎰⎰p p F p p p =υ-υ在直角坐标系中，质点的动量定理的分量形式：212121212121---t x x x xt t y y y y t t z zz zt I F dt m υm υI F dt m υm υI F dt m υm υ⎧==⎪⎪⎪==⎨⎪⎪==⎪⎩⎰⎰⎰动量定理在打击和碰撞等情形中特别有用。

能量守恒和动量守恒的区别与联系能量守恒和动量守恒是物理学中两个重要的守恒定律。

虽然它们都属于守恒定律的范畴，但它们又存在一些区别与联系。

本文将就能量守恒和动量守恒的区别与联系展开论述。

一、能量守恒和动量守恒的区别1. 定义的不同：能量守恒是指在封闭系统内，能量的总量保持不变。

根据热力学第一定律，能量守恒定律可以表述为能量既不会被创造，也不会被毁灭，只会在各种形式之间互相转化。

动量守恒则是指在系统内，动量的总量保持不变。

根据牛顿第二定律，动量守恒定律可以表述为物体受到的合力为零时，物体的动量保持不变。

2. 物理量的不同：能量既可以是动能、势能等形式，还可以是热能、电能、化学能等。

能量是一个广义的物理量，它与物体的运动状态、相互作用等都有关。

动量则是质量和速度的乘积，是描述物体运动状态的物理量。

动量与物体的质量和速度有关，不同质量和速度的物体具有不同的动量。

3. 守恒定律表述的不同：能量守恒定律可以表述为“能量的总增量等于能量的流入减去流出”。

动量守恒定律可以表述为“在一个封闭系统中，动量的矢量和沿某一方向的分量保持不变”。

二、能量守恒和动量守恒的联系1. 物理规律的基础：能量守恒和动量守恒都是基于牛顿力学中的基本定律建立的。

能量守恒是根据牛顿第一定律推导出来的，而动量守恒是根据牛顿第二定律推导出来的。

2. 相互转化的关系：能量和动量在某些情况下可以相互转化。

例如，当弹性碰撞发生时，动能可以转化为势能，而在重力作用下物体下落时，势能可以转化为动能。

3. 应用领域上的联系：能量守恒和动量守恒定律在实际应用中都具有广泛的适用性。

能量守恒在工程学、热力学、化学等领域中有着重要的应用，如机械工作原理、热能转换等。

而动量守恒在力学、流体力学、电磁学等领域中也有着重要的应用，如碰撞问题、电荷守恒等。

综上所述，能量守恒和动量守恒的区别与联系在于其定义、物理量、守恒定律表述以及应用领域上的差异。

尽管存在一些差异，但能量守恒和动量守恒都在物理学中扮演着重要角色，通过对物体或系统的分析和计算，可以揭示自然界中物质和能量的守恒规律。

动量守恒和能量守恒联立公式结论动量守恒和能量守恒是物理学中非常重要的两个守恒定律，它们可以通过一些简单的公式结论来描述。

本文将详细介绍这两个定律及其联立公式结论的物理意义和指导意义。

首先我们来看动量守恒定律。

动量指的是物体的运动量，它等于物体的质量乘以速度。

动量守恒定律表明，在一个系统内，如果没有外力作用，那么这个系统的总动量将保持不变。

换句话说，系统内所有物体的动量之和不会改变。

动量守恒可以用以下公式表示：m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2'其中，m1、m2为物体的质量，v1、v2为物体的速度，v1'、v2'为碰撞后物体的速度。

接下来我们来看能量守恒定律。

能量是物体的能够做功的能力，是一个系统的物理量。

能量守恒定律表明，在一个系统内，能量不能被创造也不能被摧毁，它只能改变形式。

换句话说，系统中的能量之和在任何时候都保持不变。

能量守恒可以用以下公式表示：m1v1^2/2 + m2v2^2/2 = m1v1'^2/2 + m2v2'^2/2其中，m1、m2为物体的质量，v1、v2为物体的速度，v1'、v2'为碰撞后物体的速度。

联立以上两个公式，我们可以得到如下结论：m1^2(v1^2 - v1'^2) + m2^2(v2^2 - v2'^2) = 2(m1m2)(v1 -v2)(v2' - v1')这个公式的意义是，在一个碰撞过程中，当动量守恒和能量守恒同时成立时，我们可以通过这个公式来计算碰撞前后物体的速度变化。

这个公式在实际应用中具有广泛的指导意义。

例如在车辆碰撞或者物体撞击中，我们可以通过这个公式来计算碰撞后物体的速度变化，从而对事故的原因和可能造成的后果进行预测和分析。

此外，动量守恒和能量守恒也是很多工程领域设计和计算的基础，例如在机械工程、航空航天、传动装置等领域中，这两个定律都有着广泛的应用。

动量与能量守恒定律动量与能量守恒定律是物理学中两个重要的基本定律。

它们描述了物体在相互作用过程中的性质和规律。

本文将详细介绍动量守恒定律和能量守恒定律的基本概念、原理以及在实际应用中的重要性。

一、动量守恒定律动量是描述物体运动状态的物理量，它的大小等于物体的质量与速度的乘积。

动量守恒定律指出，在相互作用过程中，物体的总动量保持不变。

具体而言，如果没有外力作用，物体的动量守恒。

动量守恒定律可以用以下公式表示：∑p初= ∑p末其中，∑p初表示相互作用前物体的总动量，∑p末表示相互作用后物体的总动量。

根据这个公式，我们可以得出，在一个封闭系统中，物体A和物体B发生弹性碰撞时，它们的动量分别由质量和速度共同决定。

在碰撞前后，两个物体的总动量保持不变。

动量守恒定律的一个重要应用是矢量分析。

矢量的方向和大小都要考虑，这使得矢量分析在描述运动过程中的物体受力和运动方向等方面非常有用。

二、能量守恒定律能量是物体进行物理活动时所具有的物理量。

能量守恒定律指出，在一个封闭系统中，物体的总能量保持不变。

能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量的大小保持不变。

能量守恒定律可以用以下公式表示：∑E初= ∑E末其中，∑E初表示相互作用前物体的总能量，∑E末表示相互作用后物体的总能量。

物体的总能量由其动能和势能共同决定。

动能是物体运动时所具有的能量，势能则是物体处于某个位置时所具有的能量。

能量守恒定律的应用非常广泛。

例如，在机械能守恒定律中，我们可以利用物体的动能和势能之间的转化关系来分析和解释物体的运动。

在热力学中，能量守恒定律也常常用于分析物体的热量传递和工作过程等问题。

三、动量与能量守恒定律的应用动量守恒定律和能量守恒定律是物理学中非常重要的定律，广泛应用于各个领域。

在工程领域，动量守恒定律被用于设计和分析各种机械设备和工程结构，例如汽车碰撞的安全评估、水泵的设计等。

通过应用动量守恒定律，我们可以预测物体在相互作用过程中的受力情况和运动状态，从而帮助工程师制定更合适的设计方案。