卫星实现变轨利用的是动量守恒定律教案?

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动量守恒定律
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如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子;既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体,它是一个实验规律,也可用牛顿第二定律和动量定理推导出来。
动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。最初它们是牛顿定律的推论, 但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律, 是比牛顿定律更基础的物理规律, 是时空性质的反映。其中, 动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出, 而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出。相互间有作用力的物体体系称为系统,系统内的物体可以是两个、三个或者更多,解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度,合理地选择系统。
(1)系统不受外力或系统所受的外力的矢量和为零。(2)系统所受外力的合力虽不为零,但比系统内力小得多。(3)系统所受外力的合力虽不为零,但在某个方向上的分力为零,则在该方向上系统的总动量保持不变——分动量守恒。(4)在某些实际问题中,一个系统所受外力和不为零,内力也不是远大于外力,但外力在某个方向上的投影为零,那么在该方向上也满足动量守恒的条件。
(1)区分内力和外力碰撞时两个物体之间一定有相互作用力,由于这两个物体是属于同一个系统的,它们之间的力叫做内力;系统以外的物体施加的,叫做外力。(2)在总动量一定的情况下,每个物体的动量可以发生很大变化例如:静止的两辆小车用细线相连,中间有一个压缩的弹簧。烧断细线后,由于相互作用力的作用,两辆小车分别向左右运动,它们都获得了动量,但动量的矢量和为零。
(1)p=p′.即系统相互作用开始时的总动量等于相互作用结束时(或某一中间状态时)的总动量;(2)Δp=0.即系统的总动量的变化为零.若所研究的系统由两个物体组成,则可表述为:m1v1+m2v2=m1v1&+m2v&2&(等式两边均为矢量和)(3)Δp1=-Δp2.即若系统由两个物体组成,则两个物体的动量变化大小相等,方向相反,此处要注意动量变化的矢量性.在两物体相互作用的过程中,也可能两物体的动量都增大,也可能都减小,但其矢量和不变。
1、矢量性动量守恒方程是一个矢量方程,对于作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题,应选取统一的正方向。凡是与选取的正方向相同的为正,相反为负。若方向未知,可设为与正方向相同来列动量守恒方程,通过解的结果的正负,判定未知量的方向。2、瞬时性动量是一个瞬时量,动量守恒是指系统在任一瞬时的动量守恒。m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,等号左边是作用前的各物体动量和,等号右边是作用后的各物体动量和,不同时刻动量不能相加。3、相对性动量大小与选择的参考系有关,应注意各物体的速度是相对同一惯性系的速度,一般选取地面为参考系。4、普适性它不仅适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统。
动量定理:Ft=mv2-mv1反映了力对时间的累积效应,是力在时间上的积累。为矢量,既有大小又有方向。动能定理:Fs=1/2mv^2-1/2mv0^2反映了力对空间的累积效应,是力在空间上的积累。为标量,只有大小没有方向。
碰撞是指物体间相互作用时间极短,而相互作用力很大的现象。在碰撞过程中,系统内物体相互作用的内力一般远大于外力,故碰撞中的动量守恒,按碰撞前后物体的动量是否在一条直线区分,有正碰和斜碰中学物理一般只研究正碰。按碰撞过程中动能的损失情况区分,碰撞可分为三种:a.完全弹性碰撞碰撞前后系统的总动能不变,对两个物体组成的系统的正碰情况满足:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(动量守恒)1/2m1v1^2+1/2m2v2^2=1/2m1v1′^2+1/2m2v2′^2(动能守恒)两式联立可得:v1′=[(m1-m2) v1+2m2v2]/( m1+m2)v2′=[(m2-m1) v2+2m1v1]/( m1+m2)·若m1&&m2,即第一个物体的质量比第二个物体大得多这时m1-m2≈m1,m1+m2≈m1.则有v1&=v1 v2&=2v1即碰撞后1球速度不变,2球以2倍于1球速度前进,如保龄球撞乒乓球。·若m1&&m2,即第一个物体的质量比第二个物体的质量小得多这时m1-m2≈-m2, 2m1/(m1+m2)≈0.则有v1&=-v1 v2&=0即碰撞后1球原速率反弹,2球不动。如乒乓球撞保龄球。b.完全非弹性碰撞该碰撞中动能的损失最大,对两个物体组成的系统满足:m1v1+m2v2=(m1+m2)v此情况两球相撞后黏在一起了。c.非弹性碰撞碰撞后动能有一定的损失,(转化为内能)损失比介于前二者之间。
系统在内力作用下,当一部分向某一方向的动量发生变化时,剩余部分沿相反方向的动量发生同样大小变化的现象.喷气式飞机、火箭等都是利用反冲运动的实例.若系统由两部分组成,且相互作用前总动量为零。一般为物体分离则有0=mv+(M-m)v&, M是火箭箭体质量,m是燃气改变量。喷气式飞机和火箭的飞行应用了反冲的原理,它们都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度的。现代的喷气式飞机,靠连续不断地向后喷出气体,飞行速度能够超过l000m/s。质量为m的人在远离任何星体的太空中,与他旁边的飞船相对静止。由于没有力的作用,他与飞船总保持相对静止的状态。根据动量守恒定律,火箭原来的动量为零,喷气后火箭与燃气的总动量仍然应该是零,即mΔv+Δmu=0 解出Δv= -Δmμ/m(1)注:(1)式表明,火箭喷出的燃气的速度越大、火箭喷出物质的质量与火箭本身质量之比越大,火箭获得的速度越大。现代火箭喷气的速度在 m/s,近期内难以大幅度提高,因此要在减轻火箭本身质量上面下功夫。火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的质量比,这个参数一般小于10,否则火箭结构的强度就成了问题。但是,这样的火箭还是达不到发射人造地球卫星的7.9 km/s的速度。为了解决这个问题,苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出了多级火箭的概念。把火箭一级一级地接在一起,第一级燃料用完之后就把箭体抛弃,减轻负担,然后第二级开始工作,这样一级一级地连起来,理论上火箭的速度可以提得很高。但是实际应用中一般不会超过四级,因为级数太多时,连接机构和控制机构的质量会增加得很多,工作的可靠性也会降低。
系统内力只改变系统内各物体的运动状态,不能改变整个系统的运动状态,只有外力才能改变整个系统的运动状态,所以,系统不受或所受外力为0时,系统总动量保持不变.爆炸与碰撞的比较(1)爆炸,碰撞类问题的共同特点是物体的相互作用突然发生,相互作用的力为变力,作用时间很短,作用力很大,且远大于系统所受的外力,故可用动量守恒定律处理。(2)在爆炸过程中,有其他形式的能转化为动能,系统的动能在爆炸后可能增加;在碰撞过程中,系统总动能不可能增加,一般有所减少转化为内能。(3)由于爆炸,碰撞类问题作用时间很短,作用过程中物体的位移很小,一般可忽略不计,可以把作用过程作为一个理想化过程简化处理,即作用后还从作用前的瞬间的位置以新的动量开始运动。
一个质点系的内力不能改变质心的运动状态。这个讨论包含三层含义:(1)若一个 质点系的质点原来是不动的,那么在无外力作用的条件下,这个质心的位置不变。(2)若一个质点系的质心原来是运动的,那么在无外力作用的条件下,这个质点系的质心将以原来的速度做匀速直线运动。(3)若一个质点在某一外力作用下做某种运动,那么内力不改变质心的这种运动,比如原某以物体做抛体运动时,突然炸成两块,那么这两块物体的质心仍然继续做原来的抛体运动。登录网易通行证
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1.课程简介和牛顿力学
2:多重空间矢量
3.牛顿运动定律
牛顿定律(续)和斜平面  
功能定理和能量守恒定律  
更高维度的能量守恒定律 
开普勒定律
[第8课]动态的多体系统和动量守恒定律
动态的多体系统和动量守恒定律
旋转,第一部分:刚体动力学
旋转,第二部分:平行轴定理
介绍相对论
洛伦兹变换
介绍四维矢量
相对论中的四维矢量
泰勒级数和相关的数学概念
简单的谐波运动
介绍了简谐振动,各种振动的问题,下半部分介绍了波的性质和行为,定义了横波。
继续介绍波,通过一系列例子介绍波的基本性质、速度、能量、强度、频率,第二部分讲了波的叠加、干涉的定义。
讨论流体动力学和静力学、密度和压强、阿基米德原理的几个应用,还有伯努利方程。
理解温度的概念,定义绝对零度,水的三相点,测量温度的不同设备和不同的温标。热量和热传递,接触传热,对流传热。
继续研究热量是什么,如何产生,如何测量。引入玻尔兹曼常数。温度的微观含义。热力学第一定律。
为什么打碎的鸡蛋无法恢复原状?这种不可逆的性质来自热力学第二定律。本讲详细介绍了卡诺热机,展示出所有热机的效率有一个上限,同时讨论了熵的宏观定义。
熵的概念,特定过程中熵变的计算,玻尔兹曼关于熵的微观公式,并用来解释不可逆性。
学校:耶鲁大学
讲师:Ramamurti Shankar
授课语言:英文
类型:物理 国际名校公开课
课程简介:本课程为那些有较好的物理学和数学基础的同学学习物理学原理和方法提供了深入的介绍。重点放在解决问题和定量推理。本课程内容包括牛顿力学,相对论,引力,热力学,和波。
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人造地球卫星成2011年沪高考物理新增考点
  高级教师 张永兴
  一、物理考纲略有变化
  变化之1:考试目标有微调
  新考纲将原来具体的能力目标考查“5.科学探究能力”删去,简并为“1.基础知识与基本技能”、“2.物理思维能力”、“3.物理实验能力”、“4.综合应用能力”。但仍把“能发现问题,对存在的问题设计实验方案进行探究”纳入“综合应用能力”考查范围。真正删去的是&“能对给出的现象和问题进行实验的或理论的探究”。因为这层考查要求已经反映在物理实验能力和综合应用能力中了。
  变化之2:考试细节增加
  首先,增加了“物理学科各部分考试行为目标在试卷中所占的分值的比例”。即:物理学科高考试卷中各部分行为目标所占分值的比例,根据课程标准对高中学生物理学科的学习要求制定。基础知识与基本技能约占25%;物理思维能力约占35%;物理实验能力约占20%;综合应用能力约占20%。初步量化了四种能力考查目标,从中可以反映出中档思维能力问题占比大,应该是复习的重点。
  其次,试卷的格局有变化,考点有增加。增加了课程标准中拓展Ⅱ部分的动量、动量守恒定律;用DIS验证动量守恒定律(学生实验)B;人造地球卫星C。并以填空题型选做的方式出现,供考生先做,需要投入适当的时间和精力认真复习。
  二、如何复习新增考点
  1、一视同仁 新增考点
  与“人造地球卫星”知识点相比,动量、动量守恒定律确实是教学的难点,这方面试题历来使考生感到头痛的。所以,部分考生就干脆放弃动量的复习,一味地尽做些与人造地球卫星相关的问题。这种彼此厚薄、抑扬不均的复习是不妥的。高考中逐渐增加选修知识的内容,目的是提高广大高中生综合知识素质。如果我们总是以考什么教什么做什么,或者弃难求易的功利心态来权衡复习,最终导致应该理解的知识体系暂缺不全,认识问题肤浅不深入,分析问题思维单一不活跃。更可怕的是缺乏知难而上攻坚的精神。
  其实,就考纲规定的知识点学习水平,“动量、动量守恒定律”考查属“B”级,只是“理解”(对知识有进一步的认识)。而“人造地球卫星”考查属“C”级,要求“掌握”(对知识有较深入的认识)。
  其次,这两个知识点都有广泛的实际应用,特别是尖端高科技领域。譬如,探究放射性元素衰变、核反应中生成新核,它们之间发生的相互作用要应用到动量知识。模拟太阳核聚变的强子相互撞击、嫦娥探测器的点火变轨等都涉及到动量、动量守恒定律的知识。至于“人造地球卫星”应用万有引力定律,开普勒三定律等,联系人类对太空的探究。
  再者,这两考点首次在高考试题中出现,而且是以填空题型出现。所以,题目文字描述不会很长,理解题意不会有很大的困难。两者会以均等的能力要求设计试题的,我们没有必要患得患失怕这怕那,应该一视同仁复习好这两新增考点,不必“避重就轻”。
  2、重视基础 控制难度
  面对新增的两个考点,复习时本着重视基础,理解基本概念和规律。注意联系,与相关考点知识有机融合。了解应用,解决些简单的实际问题。严格把握与控制复习的难度,把基础问题弄清楚,中档问题搞明白,没有必要解答那些难题。
  对于动量、动量守恒定律的复习,主要知道什么是动量,它的矢量性。辨析一直线上的撞击反弹物体的动量变化;平抛运动、匀速圆周运动中物体的动量变化及其动量变化的快慢。能将接触过的F-t图,由过去的牛顿定律和运动学公式分析,变为直接用动量定理思考。正确书写动量守恒定律,理解其适用条件,解决一直线上相互作用物体系统的动量守恒定律问题。当然,还可适当联系动能、动能定理、机械能守恒定律,研究简单的综合问题。
  对于人造地球卫星的复习。关键要了解万有引力定律、开普勒定律一般能解决的问题。譬如:人造卫星的轨道半径、线速度、角速度、周期、向心加速度;灵活应用黄金代换式;能区分人造地球卫星与地球赤道上物体的运动不同;区分人造近地卫星、人造地球卫星、人造地球同步卫星;能用能量观点分析卫星的变轨问题;掌握研究天体运行问题的思维――万有引力提供向心力;注意联系航天科技研究新信息,在审题的基础上针对不同的题设条件,认真解剖分析。
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人造地球卫星成2011年沪高考物理新增考点
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高级教师 张永兴
一、物理考纲略有变化
变化之1:考试目标有微调
新考纲将原来具体的能力目标考查&5.科学探究能力&删去,简并为&1.基础知识与基本技能&、&2.物理思维能力&、&3.物理实验能力&、&4.综合应用能力&。但仍把&能发现问题,对存在的问题设计实验方案进行探究&纳入&综合应用能力&考查范围。真正删去的是 &能对给出的现象和问题进行实验的或理论的探究&。因为这层考查要求已经反映在物理实验能力和综合应用能力中了。
变化之2:考试细节增加
首先,增加了&物理学科各部分考试行为目标在试卷中所占的分值的比例&。即:物理学科高考试卷中各部分行为目标所占分值的比例,根据课程标准对高中学生物理学科的学习要求制定。基础知识与基本技能约占25%;物理思维能力约占35%;物理实验能力约占20%;综合应用能力约占20%。初步量化了四种能力考查目标,从中可以反映出中档思维能力问题占比大,应该是复习的重点。
其次,试卷的格局有变化,考点有增加。增加了课程标准中拓展Ⅱ部分的动量、动量守恒定律;用DIS验证动量守恒定律(学生实验)B;人造地球卫星C。并以填空题型选做的方式出现,供考生先做,需要投入适当的时间和精力认真复习。
二、如何复习新增考点
1、一视同仁 新增考点
与&人造地球卫星&知识点相比,动量、动量守恒定律确实是教学的难点,这方面试题历来使考生感到头痛的。所以,部分考生就干脆放弃动量的复习,一味地尽做些与人造地球卫星相关的问题。这种彼此厚薄、抑扬不均的复习是不妥的。高考中逐渐增加选修知识的内容,目的是提高广大高中生综合知识素质。如果我们总是以考什么教什么做什么,或者弃难求易的功利心态来权衡复习,最终导致应该理解的知识体系暂缺不全,认识问题肤浅不深入,分析问题思维单一不活跃。更可怕的是缺乏知难而上攻坚的精神。
其实,就考纲规定的知识点学习水平,&动量、动量守恒定律&考查属&B&级,只是&理解&(对知识有进一步的认识)。而&人造地球卫星&考查属&C&级,要求&掌握&(对知识有较深入的认识)。
其次,这两个知识点都有广泛的实际应用,特别是尖端高科技领域。譬如,探究放射性元素衰变、核反应中生成新核,它们之间发生的相互作用要应用到动量知识。模拟太阳核聚变的强子相互撞击、嫦娥探测器的点火变轨等都涉及到动量、动量守恒定律的知识。至于&人造地球卫星&应用万有引力定律,开普勒三定律等,联系人类对太空的探究。
再者,这两考点首次在高考试题中出现,而且是以填空题型出现。所以,题目文字描述不会很长,理解题意不会有很大的困难。两者会以均等的能力要求设计试题的,我们没有必要患得患失怕这怕那,应该一视同仁复习好这两新增考点,不必&避重就轻&。
2、重视基础 控制难度
面对新增的两个考点,复习时本着重视基础,理解基本概念和规律。注意联系,与相关考点知识有机融合。了解应用,解决些简单的实际问题。严格把握与控制复习的难度,把基础问题弄清楚,中档问题搞明白,没有必要解答那些难题。
对于动量、动量守恒定律的复习,主要知道什么是动量,它的矢量性。辨析一直线上的撞击反弹物体的动量变化;平抛运动、匀速圆周运动中物体的动量变化及其动量变化的快慢。能将接触过的F-t图,由过去的牛顿定律和运动学公式分析,变为直接用动量定理思考。正确书写动量守恒定律,理解其适用条件,解决一直线上相互作用物体系统的动量守恒定律问题。当然,还可适当联系动能、动能定理、机械能守恒定律,研究简单的综合问题。
对于人造地球卫星的复习。关键要了解万有引力定律、开普勒定律一般能解决的问题。譬如:人造卫星的轨道半径、线速度、角速度、周期、向心加速度;灵活应用黄金代换式;能区分人造地球卫星与地球赤道上物体的运动不同;区分人造近地卫星、人造地球卫星、人造地球同步卫星;能用能量观点分析卫星的变轨问题;掌握研究天体运行问题的思维&&万有引力提供向心力;注意联系航天科技研究新信息,在审题的基础上针对不同的题设条件,认真解剖分析。我自己在高中物理水平上分析卫星变轨_宇宙吧_百度贴吧
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我自己在高中物理水平上分析卫星变轨
根据定律和圆周运动公式可以知道在太空中,卫星如果只受到行星万有引力作用,那么可以知道v²/r=G*M/R²。其中v代表速度,r代表卫星轨迹的曲率半径,G是万有引力常数,M是行星质量,R是卫星与行星之间的距离.当卫星绕着行星做圆周运动的时候r=R.但是如果卫星变轨的时候r≠R,卫星变轨的轨道一般是椭圆,其中行星在它的一个焦点上,变轨的起始和终止位置分别对应椭圆的2个长轴端点.现在我们假设从高轨道到低轨道变轨,低轨道到高轨道变轨过程反过来.
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轨道半径是轨迹自身特性,只和自身轨道有关,椭圆在长轴2个端点的轨道半径=b²/a.其中a是半长轴长度,b是半短轴长度.通常用c代表椭圆半焦距.则a²-b²=c².从高轨道到低轨道变轨的开始和结束时刻都要减速,但是从高轨道运行到低轨道的过程中受到重力做功,会加速.即这是减速-加速-减速过程,开始减速使得重力能够对卫星做功,最后减速防止了加速过头,减速是利用反向喷射气体根据减速,最终速度比高轨道快。
在高轨道做圆周运动的时候v²=G*M/(a+c).当在高轨道上变轨减速的时候v减少,v²=G*M*b²/(a(a+c)²).然后在作用下加速到低轨道上,此时v²=G*M*b²/(a(a-c)²).然后卫星自己减速v²=G*M/(a-c).假设卫星质量是m,在地作用下,从高轨道到低轨道动能增加了G*M*m*b²/(2a)*(1/(a-c)²-1/(a+c)²)=2*G*M*c/b²另外做功=∫(a+c,a-c)G*M*m/R²dR=2*G*M*c/b².即万有引力做功等于卫星动能增加,按照椭圆轨道运行,正好符合动能定理以及对应重力做功的.
卫星不一定是圆周轨道吧
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