›
›

Bài giảng Vật lý đại cương (Chuẩn kiến thức)

ppt 49 trang huongle 4271
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Vật lý đại cương (Chuẩn kiến thức)", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_vat_ly_dai_cuong_chuan_kien_thuc.ppt

Nội dung text: Bài giảng Vật lý đại cương (Chuẩn kiến thức)

  1. VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG 1
  2. Chương 1: Động học chất điểm I. Những khái niệm mở đầu II. Véc tơ vận tốc III. Véc tơ gia tốc IV. Một số dạng cơ bản của chuyển động V. Tổng hợp vận tốc và gia tốc 2
  3. I. Những khái niệm mở đầu • Chuyển động – (Chuyển động có tính chất tương đối) • Hệ qui chiếu z – Hệ tọa độ (Đề các: Oxyz) z 2 2 2 OM= r = xi + yj + zk r= x + y + z M r – Đồng hồ O • Chất điểm y y x • Hệ chất điểm x 3
  4. I. Những khái niệm mở đầu z z • Phương trình chuyển động M x = x(t) • (C M• rr= ()t y=y(t) r ) z = z(t) • Quỹ đạo O y y • Phương trình quỹ đạo x * Tập hợp tất cả các vị trí mà chất điểm đi qua.x * Phương trình: f(x,y,z,) = 0 * Cách tìm: Khử t trong phương trình chuyển động Ví dụ: x = t 2 y = 20 − t z = 0 2 y = x − x 4
  5. II. Véc tơ vận tốc z 1. Vận tốc trung bình: M r • M• ’ S M• S (C v = ) t r Ý nghĩa? O y 2. Vận tốc tức thời: Phương? S ds Chiều? x v = lim = t→0 t dt Độ lớn? Trong hệ tọa độ Đề các: dr d S dx r dr v = x dt v ==lim →t 0 t dt dy vv= 222 y v= v = v + v + v dt x y z Ý nghĩa? dz vz = dt Đơn vị: m/s, km/h 1m/s = 3,6 km/h 5
  6. III. Véc tơ gia tốc 1. Định nghĩa (gia tốc toàn phần): dv  = dt Trong hệ tọa độ Đề các: = xi +  y j +  z k dv d 2 x  = x = = 222 +  +  x dt dt 2 x y z dv d 2 y  = y = y dt dt 2 dv d 2 z  = z = z dt dt 2 Đơn vị: m/s2 6
  7. Gia tốc tiếp tuyến & gia tốc pháp tuyến  =  t + n dv • Gia tốc tiếp tuyến:  = t dt Phương: tiếp tuyến z Chiều: cùng v – nhanh dần   n  M • t ngược v – chậm dần M • dv (C)• 1 M Độ lớn:  t = dt Ý nghĩa O y • Gia tốc pháp tuyến: Phương: pháp tuyến x Chiều: hướng tâm v 2 Độ lớn:  = n R Ý nghĩa • Gia tốc toàn phần 2 2  =  t +  n  =  t +  n 7
  8. IV. Một số dạng cơ bản của chuyển động 1. Chuyển động thẳng đều:  = 0 v = const v = v0 = const S = S0 + v0 .t v 2. Chuyển động thẳng biến đổi đều:  = const  0 v = v0 +  .t 1 S = S + v .t + . .t 2  0 0 0 2 3. Chuyển động cong (cả tròn) biến đổi đều:  t = const v = v0 +  t .t 1 S = S + v .t + . .t 2 0 0 2 t 8
  9. IV. Một số dạng cơ bản của chuyển động 4. Chuyển động ném xiên:  = −g vx = v0.cos x = v0.cos .t vy = v0.sin − g.t 1 y = y + v .sin .t − .g.t 2 0 0 2 9
  10. IV. Một số dạng cơ bản của chuyển động 5. Chuyển động tròn S *Vận tốc góc trung bình  = t *Vận tốc góc tức thời R d d  ==lim  = O →t 0 t dt dt Đơn vị: rad/s *Gia tốc góc: dd 2 d d 2  ==  = = dt dt 2 dt dt 2 (nhanh dần) Đơn vị: rad/s2  *Biểu thức liên hệ: 0 v  v = R. vR= t R M M  t = R t =R t 2  = − 2.R  (chậm dần) 10  n = R. n
  11. V. Tổng hợp vận tốc & gia tốc y’ r = r'+ R y M r' O’ v = v'+V x’ r R  =  '+  x O 11
  12. Chương 2: Động lực học chất điểm I. Ba định luật Newton II. Định luật bảo toàn động lượng III. Các định lý về động lượng và xung lượng IV. Phép biến đổi Galilê và nguyên lý tương đối Galilê 12
  13. I. Ba định luật Newton 1. Định luật 1: Nội dung: Vật cô lập: đứng yên mãi mãi chuyển động thẳng đều F = 0 → v = const * Quán tính là gì? Bảo toàn trạng thái chuyển động. Định luật 1 ~ định luật quán tính * Hệ quy chiếu quán tính: 13
  14. I. Ba định luật Newton Lực? Khối lượng? F m 2. Định luật II: F -Biểu thức:  = -Phát biểu: m m *Đơn vị lực: N 1N =1kg s 2 *Nhận xét: Là phương trình cơ bản của động lực học *Nếu có nhiều lực tác dụng n mF =  i i=1 *Trọng lực: P= mg  F Fn *Trong chuyển động cong: F = F + F n Ft t n Ft  t M1 • M • M mF = (C) • F mF tt= nn F n 14
  15. I. Ba định luật Newton 3. Định luật 3: FF21=− 12 * Lực và phản lực: F12 - lực → F21 - phản lực m2 F21 * Chú ý: F12 + F21 = 0 F12 m1 Nhưng không triệt tiêu nhau! * Hệ quả: n  fi = 0 i=1 fi nội lực 15
  16. I. Ba định luật Newton 4. Các lực liên kết R N • Phản lực & lực ma sát F ms v R = N + Fms Fms = k.N O O • Lực căng T = F = −T' M M M A A • Lực đàn hồi T F đh F Fđh = −k.x 16
  17. II. Các định lý về động lượng và xung lượng 1. Định lý về động lượng -Biểu thức: dK dv d() mv F = F= m = m = dt dt dt Động lượng K= mv -Phát biểu: 2. Định lý về xung lượng t2 K = K − K = Fdt -Biểu thức: 21 -Phát biểu: t1 t2 Fdt Gọi là xung lượng của lực t1 Fc= onst K = F t K = F 17 t
  18. II. Các định lý về động lượng và xung lượng 3. Ý nghĩa: • Động lượng – Động lượng đặc trưng cho chuyển động về mặt động lực học – Đặc trưng cho khả năng truyền chuyển động trong sự va chạm giữa các vật. • Xung lượng – Đặc trưng cho kết quả của tác dụng lực trong một khoảng thời gian nào đó. Sự thay đổi chuyển động càng lớn khi cường độ lực càng mạnh và thời gian tác dụng càng dài. 18
  19. III. Định luật bảo toàn động lượng * Định luật Ngoại lực F1 F2 Nội lực ff+=0 f12 f21 12 21 F F 2 dK dK 1 1 =+fF 2 =+fF dt 21 1 dt 12 2 d ()KKFF1 + 2 = 1 + 2 f21 m2 dt m 1 f12 * Hệ cô lập: FF12+=0 d (K + K ) = 0 K + K = c onst dt 1 2 1 2 n n F = 0 → K = const * Hệ không cô lập:  i  i i=1 i=1 * Bảo toàn động lượng theo một phương n n Ví dụ? F = 0 → K x = const  i  i 19 i=1 x i=1
  20. IV. Phép biến đổi Galilê & Nguyên lý tương đối Galilê • Phép biến đổi Galilê z x=+ x' Vt x' =− x Vt Z’ ' yy= yy' = ' ' zz= zz= O tt= ' ' y tt= O’ Y’ t = t’ → tuyệt đối x V x # x’→ tương đối X’ l = l’ → tuyệt đối v = v' +V; V = const • Nguyên lý tương đối Galilê: →  =  ' → m = m ' → F = F' → Các hiện tượng và các quá trình cơ học trong các hệ qui chiếu quán tính đều xảy ra giống 20 nhau.
  21. V. Hệ qui chiếu phi quán tính & lực quán tính 1. Hệ qui chiếu phi quán tính: 2. Lực quán tính v =V + v'; V const  =  +  ' m = m + m ' → m ' = m − m F''= m = F + Fqt Fmqt = −  21
  22. V. Hệ qui chiếu phi quán tính và lực quán tính 3. Lực quán tính ly tâm  m 0 Fht v R M Flt Fmqt=−  ht 22
  23. Chương 3: Động lực học của vật rắn chuyển động I. Chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay của vật rắn II. Mômen lực III. Mômen động lượng và định luật bảo toàn mômen động lượng IV. Mômen quán tính và định lý Huyghen-Stêne V. Phương trình cơ bản của chuyển động quay của vật rắn 23
  24. I. Chuyển động tịnh tiến &chuyển động quay • Vật rắn: • Chuyển động quay: • Chuyển động tịnh tiến: () 24
  25. I. Chuyển động tịnh tiến &chuyển động quay 1. Chuyển động tịnh tiến: *Đặc điểm Mọi điểm đều cùng vận tốc và gia tốc. *Phương trình Xét chất điểm thứ i chịu tác dụng ngoại lực và nội lực F f Đinh luật II Niu tơn i i Fi+= f i m i i Fi+  f i =  m i i  F i =  m i  i  F i =   m i i i i i i i i F== Fi m i Phương trình này giống với ptcđ của chất điểm 25
  26. I. Chuyển động tịnh tiến &chuyển động quay 2. Khối tâm: n mi .ri i=1 RG = n m  i n n i=1 dri mi . mi . i Đạo hàm 2 lần theo t: i=1 dt i=1 G = n = n =  i mi mi i=1 i=1 Trong hệ tọa độ Đề các m .x m .y m .z x =  i i ; y =  i i ; z =  i i G m G m G m 26
  27. II. Mô men lực 1. Đối với một điểm: M M = r  F M = r.F.sin  = F.d r  Chuyển động tròn: F M = r  F = r  (Ft + Fn ) Fn = r  Ft + r  Fn = r  Ft Ft M = r  Ft 27
  28. II. Mô men lực 2. Đối với một trục (M ) = (r  F) (M ) = (r  F1 ) + (r  F2 ) + (r  Ft ) → (M ) = (r  Ft ) F2 O r F  F1 Ft M 28
  29. III. Mô men động lượng 1. Mô men động lượng của chất điểm L L = r  K = r  mv L = r.K.sin  r  Chuyển động tròn: K L = r  Kt (L) = (r  Kt ) 29
  30. III. Mô men động lượng 2. Định lý về mô men động lượng -Biểu thức: d L d dr d K = r  K =  K + r  = 0 + r  F = M ( ) dt dt dt dt Chiếu lên trục : d L = (M ) dt -Phát biểu: 3. Định lý về mô menxung lượng t2 -Biểu thức: L = M.dt -Phát biểu: t1 t2 Mô men xung lượng của lực M .dt t1 L M = const → L = M. t → = M t 30
  31. III. Mô men động lượng n 4. Mô men động lượng của một L =  Li hệ: i=1 d Li 5. Định luật bảo toàn mô men = M i + Mi ' động lượng: dt d L M = 0 → = 0 Hệ cô lập: dt → L =  Li = const Hệ không cô lập? Điều kiện nào để mô men động lượng bảo toàn? 31
  32. IV. Phương trình cơ bản của chuyển động quay 1. Đặc điểm của chuyển động quay: - Quỹ đạo: tròn - Quay được góc như nhau v =   r - Cùng vận tốc góc, gia tốc góc i i - Khác vận tốc dài, gia tốc tiếp tuyến  ti =   ri 2. Phương trình cơ bản của chuyển động quay L =  Li = (ri  Ki )= (ri  mi vi )= (ri  mi (i  ri )) 2 2 = mi (i (ri .ri )+ ri (ri .i ))= mi i (ri .ri )= mi .ri i = mi .ri      → L = I. d L d = I. → M = I. dt dt 32
  33. IV. Phương trình cơ bản của chuyển động quay 3. Ý nghĩa các đại lượng trong chuyển động quay Chuyển động tịnh tiến Chuyển động quay m = F I  = M K = mv L = Iv d K d L = F = M dt dt F M m I S v    K L 33
  34. V. Tính mô men quán tính R 1. Mô men quán tính của chất điểm: I = m.R2 2. Mô men quán tính của vật có khối lượng phân bố liên tục: I = r 2.dm r 3. Mô men quán tính của thanh: m.l 2 I = 12 4. Mô men quán tính của đĩa (trụ) tròn: m.R2 I = 2 34
  35. V. Tính mô men quán tính 5. Mô men quán tính của quả cầu: 2 I = m.R2 5 6. Mô men quán tính của mặt chữ nhật: 1 I = m(a2 + b2 ) 12 7. Định lý Huyghen – Stene 0 2 I = I0 + m.d 8. Ví dụ: 2 7 R I = m.R2 + m.R2 = m.R2 5 5 35
  36. VI. Con quay 1. Định nghĩa: 2. Tính chất: d L = M = 0 → L = const dt 3. Hiệu ứng con quay: 4. Ứng dụng: ? 36
  37. Chương 4. Năng lượng I. Công & công suất II. Năng lượng III. Động năng IV. Va chạm V. Thế năng VI. Cơ năng 37
  38. I. Công & công suất 1. Công - Chuyển động thẳng: F A = F.S.cos = F.S 0 900 → A 0 S 900 1800 → A 0 = 900 → A = 0 - Chuyển động cong bất kỳ dS dA = F.dS.cos = F.d S A = F.dS.cos = F.d S F C C 38
  39. I. Công & công suất 2. Công suất: - Trung bình: A P = t - Tức thời: A dA P = lim = t→0 t dt F.d S P = = F.v dt Liên hệ? 39
  40. I. Công & công suất 3. Công & công suất trong chuyển đông quay: - Công: dA = Ft .dS = Ft .dS = Ft .r.d = M.d → dA = M.d dA M.d - Công suất P = = dt dt → P = M. Đơn vị: – Công: J (Jull) 1J = 1N.1m – Công suất: W (Oát) 1W= 1J/1s 40
  41. II. Năng lượng • Định nghĩa: – Thực nghiệm: W2 - W1 = A12 – Suy ra: hệ cô lập thì W2 = W1 = const • Định luật bảo toàn năng lượng Định luật có luôn đúng? 41
  42. III. Động năng F 1. Định nghĩa: m dS v dv dA = F.d S = F.v.dt = m. .v.dt = m. .v.dt dt 2 2 v mv = m.v.dv = m.d = d 2 2 mà dA = dW = dWđ mv2 mv2 → dW = d →Wđ = 2 2 2 2 mv2 mv1 2. Định lý động năng: W −W = − = A đ 2 đ1 2 2 12 42
  43. III. Động năng 3. Động năng của vật rắn quay: d dA = M.d = M..dt = I...dt = I. ..dt dt 2 2  I = I..d = I.d = d 2 2 I 2 I 2 → dWđ = d →Wđ = 2 2 4. Định lý động năng với vật rắn quay: I 2 I 2 W −W = 2 − 1 = A đ 2 đ1 2 2 12 m.v2 I 2 5. Động năng tổng quát: W = + đ 2 2 43
  44. IV. Va chạm 1. Va chạm đàn hồi: Động năng bảo toàn m .v '2 m .v '2 m .v 2 m .v 2 1 1 + 2 2 = 1 1 + 2 2 2 2 2 2 Động lượng bảo toàn m1.v1'+ m2.v2 ' = m1.v1 + m2.v2 Chiếu m1.v1'+m2.v2 '= m1.v1 + m2.v2 (m1 − m2 )v1 + 2m2v2 Giải hệ: v1'= m1 + m2 (m2 − m1)v2 + 2m1v1 v2 '= m1 + m2 Hệ quả: m1 = m2 → v1'= v2 &v2 '= v1 m1 m2 &v2 = 0 → v1'= −v1 &v2 '= 0 44
  45. IV. Va chạm 2. Va chạm mềm: sau va chạm dính vào nhau – Động năng không bảo toàn – Động lượng bảo toàn (m1 + m2 )v ' = m1.v1 + m2.v2 – Chiếu (m1 + m2 )v'= m1.v1 + m2.v2 – Giải được: m v + m v v '= 1 1 2 2 m1 + m2 – Độ biến thiên động năng: 1 m1.m2 2 − W = Wđtrc −Wđs = (v1 − v2 ) 2 m1 + m2 45
  46. V. Thế năng y 1. Trường lực thế: h – Trường lực 1 dS – Trường lực thế A12 1,2 & A12 (C) – Lực thế P Trọng trường đều là trường thế: h2 O x 2 2 h2 A = Pd S = m.g.dS.cos = − m.g.dh =mg(h − h ) 12 1 2 1 1 h1 46
  47. V. Thế năng 2. Định nghĩa thế năng: Wt : Wt =Wt1 −Wt2 = A12 Tính chất: - Thế năng xác định sai khác một hằng số, - Phụ thuộc vào mốc Thế năng trong trọng trường: Wt = mgh + C Nếu gốc là mặt đất C = 0 →Wt = mgh 47
  48. VI. Cơ năng 1. Cơ năng: W =Wt +Wđ mv2 Trong trọng trường: W = mgh+ 2 2. Định luật bảo toàn cơ năng: chỉ có lực thế Wt1 −Wt 2 = A12 & Wđ 2 −Wđ1 = A12 Wđ 2 +Wt 2 − (Wđ1 +Wt1) = 0 W = Wđ +Wt = const 3. Định luật biến thiên cơ năng: có thêm ngoại lực Wt1 −Wt 2 = A12 & Wđ 2 −Wđ1 = A12 + A# Wđ 2 +Wt 2 − (Wđ1 +Wt1) = A# W2 −W1 = A# 48
  49. VI. Cơ năng 4. Sơ đồ thế năng: Wt =Wt (r) Nếu Wt =Wt (x) Đồ thị Wt(x) gọi là sơ đồ thế năng Wđ +Wt (x) =W = const Wđ 0 →Wt (x) W Wt (x) Ví dụ: 1 2 3 Giới hạn chuyển động: W x1 x x2 & x x3 O x 49