
物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。這樣的規(guī)律最簡(jiǎn)單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性,所以對(duì)于守恒量,尋求不僅是合理的,而且也是極為重要的研究方向。 --------諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者 勞 厄
最早對(duì)碰撞過程研究,嘗試測(cè)量沖擊過程的力去發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律,條件所限,未果
1639年通過實(shí)驗(yàn),讓一系列等質(zhì)量的球碰撞,發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳給了最前方的球中間的毫無(wú)影響。
最先提出動(dòng)量具有守恒性思想的是法國(guó)科學(xué)家笛卡兒。他把物體的大小(質(zhì)量)與速率的乘積叫做動(dòng)量,并認(rèn)為它是量度運(yùn)動(dòng)的惟一正確的物理量。然而,笛卡兒忽略了動(dòng)量的方向性。
1668年,惠更斯發(fā)表《關(guān)于碰撞對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響》 “每個(gè)物體所具有的‘動(dòng)量’在碰撞時(shí)可以增多或減少,但是它們的量值在同一個(gè)方向的總和卻保持不變,如果減去反方向運(yùn)動(dòng)的話。”明確指出了動(dòng)量的方向性和守恒性。
1687年,明確地用質(zhì)量與速度的乘積定義動(dòng)量。清楚地表述動(dòng)量的方向性及其守恒關(guān)系。由于速度是矢量,所以動(dòng)量也是矢量,它的方向與速度的方向相同。
動(dòng)量守恒定律是獨(dú)立于牛頓運(yùn)動(dòng)定律發(fā)展起來(lái)的, 并不是牛頓運(yùn)動(dòng)定律的產(chǎn)物。應(yīng)該看作是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出來(lái)的物理學(xué)中的普遍規(guī)律, 是人們對(duì)自然規(guī)律的實(shí)驗(yàn)總結(jié)。適用于低速、高速運(yùn)動(dòng);宏觀、微觀物體的相互作用,機(jī)械運(yùn)動(dòng)、電磁運(yùn)動(dòng)或微觀粒子運(yùn)動(dòng),它是自然界普遍適用的基本規(guī)律之一,其適用范圍要廣泛得多。
動(dòng)量守恒定律的研究對(duì)象是物理系統(tǒng)。動(dòng)量守恒定律的成 立 條 件 為“系統(tǒng)不受外力或所受的合外力為零”,這 是 理 想條 件,在實(shí)際環(huán)境中是找不到的。在 具 體 問 題 中,符 合 以 下 三種 情 況 的,都認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒。1.系統(tǒng)根本不受外力(理 想 條 件)。2.系 統(tǒng) 有 外 力 作 用,但系統(tǒng)所受合外力為零,或 在 某 個(gè) 方向上合外力為零(非 理 想 條 件)。3.系統(tǒng)所受的外力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)內(nèi)力,且作用時(shí)間極短(近 似 條 件)
17.實(shí)驗(yàn)觀察到,靜止在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中A點(diǎn)的原子核發(fā)生β衰變,衰變產(chǎn)生的新核與電子恰在紙面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)方向和軌跡示意如圖。則A.軌跡 1 是電子的,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外B.軌跡 2 是電子的,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C.軌跡 l 是新核的,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里D.軌跡 2 是新核的,磁場(chǎng)方向垂直紙面向里
物理學(xué)的基本定律之一。在一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi),在任何時(shí)刻系統(tǒng)中正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和始終保持不變。電荷守恒是大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)的概括。
電荷守恒定律最初的表述是:“電荷既不能被創(chuàng)造,也不能被消滅,它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體”。
一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng),電荷的代數(shù)和保持不變
摩擦起電、感應(yīng)起電和接觸起電的實(shí)質(zhì)是電荷發(fā)生了轉(zhuǎn)移,也就是物體間電荷的重新分配
例.使帶電的金屬球靠近不帶電的驗(yàn)電器,驗(yàn)電器的箔片張開.下列各圖表示驗(yàn)電器上感應(yīng)電荷的分布情況,其中正確的是( )A. B. C. D.
物質(zhì)不滅: 質(zhì)量守恒,電荷守恒;運(yùn)動(dòng)不滅: 能量守恒,動(dòng)量守恒.
應(yīng)用守恒定律的對(duì)象往往是兩個(gè)以上的物體組成的系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)如果與外界沒有物質(zhì)交換,則系統(tǒng)物質(zhì)的總量保持不變. 然而,自然界是一個(gè)物體間相互作用、相互依存的整體,沒有與外界毫無(wú)關(guān)聯(lián)的孤立系統(tǒng). 因此, 每一個(gè)守恒定律都只在滿足一定條件下對(duì)特定的對(duì)象適用.
在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一個(gè)靜止的放射性原子核發(fā)生了一次 α 衰變。放射出的 α 粒子( )在與磁場(chǎng)垂直的平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),其軌道半徑為 R。以m、q 分別表示 α 粒子的質(zhì)量和電荷量。(3)設(shè)該衰變過程釋放的核能都轉(zhuǎn)為為 α 粒子和新核的動(dòng)能,新核的質(zhì)量為M,求衰變過程的質(zhì)量虧損 Δ m。
如圖1所示,用電動(dòng)勢(shì)為 E、內(nèi)阻為 r 的電源,向滑動(dòng)變阻器 R 供電。改變變阻器 R 的阻值,路端電壓 U 與電流 I 均隨之變化。(3)請(qǐng)寫出電源電動(dòng)勢(shì)定義式,并結(jié)合能量守恒定律證明:電源電動(dòng)勢(shì)在數(shù)值上等于內(nèi)、外電路電勢(shì)降落之和。
a.已知帶電粒子電荷量均為 q,粒子定向移動(dòng)所形成的電流強(qiáng)度為 I。求在時(shí)間 t 內(nèi)通過某一截面的粒子數(shù) N;
守恒定律是自然界中某種物理量的值恒定不變的規(guī)律,它為我們解決許多實(shí)際問題提供了依據(jù)。在物理學(xué)中這樣的守恒定律有很多,例如:電荷守恒定律、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律等等。(1)根據(jù)電荷守恒定律可知:一段導(dǎo)體中通有恒定電流時(shí),在相等時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體不同截面的電荷量都是相同的。
b.直線加速器是一種通過高壓電場(chǎng)使帶電粒子加速的裝置。帶電粒子從粒子源處持續(xù)發(fā)出,假定帶電粒子的初速度為零,加速過程中做的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。如圖 所示,在距粒子源 l1、l2兩處分別取一小段長(zhǎng)度相等的粒子流 Δl 。已知 l1:l2=1:4,這兩小段粒子流中所含的粒子數(shù)分別為 n1 和 n2,求:n1:n2。
(2)在實(shí)際生活中經(jīng)??吹竭@種現(xiàn)象:適當(dāng)調(diào)整開關(guān),可以看到從水龍頭中流出的水柱越來(lái)越細(xì),如圖所示,垂直于水柱的橫截面可視為圓。在水柱上取兩個(gè)橫截面A、B,經(jīng)過A、B的水流速度大小分別為v1、v2;A、B直徑分別為d1、d2,且d1:d2=2:1。求:水流的速度大小之比v1:v2 。
質(zhì)量守恒:相同 t 內(nèi),經(jīng)過任意截面水的質(zhì)量相等
(3)如圖3所示:一盛有水的大容器,其側(cè)面有一個(gè)水平的短細(xì)管,水能夠從細(xì)管中噴出;容器中水面的面積 S1 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)管內(nèi)的橫截面積 S2;重力加速度為 g。假設(shè)水不可壓縮,而且沒有粘滯性。a.推理說明:容器中液面下降的速度比細(xì)管中的水流速度小很多,可以忽略不計(jì);
b.在上述基礎(chǔ)上,求:當(dāng)液面距離細(xì)管的高度為 h 時(shí),細(xì)管中的水流速度 v。
質(zhì)量守恒,機(jī)械能守恒:
物理學(xué)規(guī)律、甚至是普遍的自然規(guī)律,在結(jié)構(gòu)上通常有兩種最基本的形式,第一、形如“X=Y”而揭示因果關(guān)系的規(guī)律;
第二、形如“X=X”而表現(xiàn)守恒特征的規(guī)律.
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