1 .掌握描述刚体定轴转动的角位移、角速度、角加速度等物理量重点
刚体定点转动知识点总结
刚体定点转动知识点总结一、刚体定点转动的基本概念1. 刚体的定义刚体是指物体的每一点在运动中的位置都相对于其他点保持不变的物体。
即刚体在运动中不会发生形变，它的形状和大小保持不变。
2. 定点转动的定义定点转动是指刚体绕着固定的轴线或固定的点进行旋转运动的情况。
在定点转动中，刚体的每一点都绕着同一个轴线或固定点进行圆周运动。
3. 转动的描述在描述刚体定点转动时，我们通常使用角度来描述刚体的旋转情况。
角度是用来表示两条射线之间夹角大小的物理量，它可以用弧度或角度来表示，其中弧度是圆周的一个长度单位，而角度是圆周的1/360。
二、刚体定点转动的基本原理1. 牛顿定律牛顿定律是刚体定点转动的基本原理之一。
在刚体绕固定点进行旋转运动时，牛顿第一定律描述了刚体的转动惯量，即刚体在旋转运动时会保持直线运动状态，除非受到外力的作用。
2. 角动量守恒定律角动量守恒定律是刚体定点转动的另一个基本原理。
它描述了在刚体围绕固定轴旋转时，刚体的角动量在没有外力作用的情况下会保持不变。
三、刚体定点转动的基本特点1. 轴线转动和定点转动刚体定点转动包括轴线转动和定点转动两种情况。
轴线转动是指刚体在绕着固定轴线进行旋转运动，而定点转动是指刚体在绕着固定点进行旋转运动。
这两种转动情况在物理上有着不同的特点和规律。
2. 角速度和角加速度在刚体定点转动中，角速度和角加速度是描述刚体旋转情况的重要物理量。
角速度表示刚体绕着轴线或固定点旋转的快慢，而角加速度表示刚体旋转速度的变化率。
3. 转动惯量转动惯量是刚体定点转动中一个重要的物理量，它描述了刚体围绕固定轴线或固定点进行旋转运动时所具有的惯性。
转动惯量的大小和刚体的形状、质量分布等因素有关，它是刚体定点转动的重要参数之一。
四、刚体定点转动的相关定律和公式1. 角速度公式在刚体定点转动中，角速度与线速度之间存在着一定的关系。
当刚体绕固定轴线旋转时，它的线速度v和角速度ω之间存在着以下关系：v = rω其中，v表示刚体上某一点的线速度，r表示该点到轴线的距离，ω表示角速度。
刚体定轴转动定律公式
刚体定轴转动定律公式刚体定轴转动定律是描述刚体绕定轴做转动运动的数学公式。
本文将详细介绍刚体定轴转动定律的公式及相关参考内容。
1.刚体定轴转动定律公式1.1角位移公式刚体绕定轴做转动运动时，它的每一个质点都有一个角位移，角位移是一个标量，用Δθ表示。
角位移与刚体绕定轴转动的弧长有关，它们之间的关系可以用以下公式表示：Δθ = Δl / r其中，Δl表示弧长的长度，r表示刚体绕定轴的半径。
1.2角速度公式角速度是描述刚体绕定轴的旋转速度的物理量，用ω表示，角速度是一个矢量，它的方向垂直于刚体绕定轴的平面，符号和方向由右手定则确定。
角速度与角位移之间的关系可以用以下公式表示：ω = Δθ / Δt其中，Δt表示时间间隔。
1.3角加速度公式角加速度是描述刚体绕定轴转动加速度的物理量，用α表示，角加速度是一个矢量，它的方向也垂直于刚体绕定轴的平面，符号和方向由右手定则确定。
角加速度与角速度之间的关系可以用以下公式表示：α = Δω / Δt其中，Δt表示时间间隔。
1.4力矩公式力矩是描述外力对刚体绕定轴转动影响的物理量，用M表示，力矩是一个矢量，它的方向垂直于刚体绕定轴的平面，符号和方向由右手定则确定。
力矩与角加速度之间的关系可以用以下公式表示：M = I α其中，I表示刚体绕定轴的转动惯量，α表示角加速度。
2.参考内容2.1转动惯量的定义转动惯量是描述刚体绕定轴转动惯性的物理量，用I表示，它反映了刚体对于绕定轴转动的惯性大小。
转动惯量的计算方法取决于刚体的形状和密度分布。
常见的刚体的转动惯量计算公式：(1)矩形薄板绕转轴的转动惯量Izz = 1/12m(a²+b²)其中，m表示薄板的质量，a和b表示薄板的长和宽。
(2)圆环绕轴的转动惯量Izz = mr²其中，m表示圆环的质量，r表示圆环的半径。
2.2角动量的定义角动量是描述刚体绕定轴转动动量的物理量，用L表示，它反映了刚体绕定轴转动的惯性大小和角速度大小。
大学物理一复习第四章刚体的转动-文档资料
mg FT2 ma2
FT1 FT2
R
mg FT1 r
m
a1
J
a1 r
a2 R
FT1 r R
FT1'
A
mg
β
FT2
FT2'
B
mg
mg(R r)
J mR2 mr2
a1
r
J
mgr(R r) mR2 mr2
40 半径减小角速度增加。
（2）拉力作功。请考虑合外力矩为0， 为什么拉力还作功呢？
W
0
Md
在定义力矩作功 时，我们认为只 有切向力作功， 而法向力与位移 垂直不作功。
但在例题中，小 球受的拉力与位 移并不垂直，小 球的运动轨迹为 螺旋线，法向力 要作功。
o
F
r d Fn F
解得
a2
R
mgR(R r) J mR2 mr2
FT1 mg ma1
FT2 mg ma2
例2：光滑斜面倾角为 ，顶端固定一半 径为 R ，质量为 M 的定滑轮，质量为 m 的物体用一轻绳缠在定滑轮上沿斜面 下滑，求:下滑的加速度 a 。
解：物体系中先以
物体 m 研究对象，
A
分别根据牛二定律和转动定律列方程：
角量、线量关系式
解得：
a
mB g
mA mB mC 2
T1
mAmB g
mA mB mC
2
T2
(mA mC 2)mBg mA mB mC 2
如令 mC 0，可得：
刚体定轴转动知识点总结
刚体定轴转动知识点总结1. 刚体的转动定轴刚体的转动定轴是指固定不动的直线，沿其进行转动的刚体的每一个质点所受的力矩的代数和等于零。
在实际中，通常通过支点来实现转动定轴，比如钟摆、摇摆、旋转的转轴等。
2. 刚体的角位移、角速度和角加速度在刚体定轴转动中，刚体围绕定轴线进行旋转，其角位移、角速度和角加速度是非常重要的物理量。
角位移表示刚体在围绕定轴线旋转的过程中所经过的角度变化量，通常用θ表示；角速度表示刚体围绕定轴线旋转的速度，通常用ω表示；角加速度表示刚体围绕定轴线旋转的加速度，通常用α表示。
3. 牛顿第二定律在刚体定轴转动中的应用牛顿第二定律也适用于刚体定轴转动的情况。
在刚体定轴转动中，外力会给刚体带来转动运动，根据牛顿第二定律，刚体的角加速度与作用在其上的外力矩成正比。
因此，可以根据力矩的大小和方向来分析刚体的转动运动。
4. 转动惯量和转动动能在刚体定轴转动中，转动惯量是一个非常重要的物理量。
转动惯量描述了刚体围绕定轴线旋转的难易程度，其大小与刚体的质量分布和轴线的位置有关。
转动动能是刚体围绕定轴线旋转的能量，其大小取决于刚体的转动惯量和角速度。
5. 转动定律和角动量守恒定律在刚体定轴转动中，转动定律和角动量守恒定律是非常重要的定律。
转动定律描述了刚体受力矩产生的角加速度与所受力矩的关系，角动量守恒定律描述了刚体转动过程中角动量的守恒规律。
6. 平衡条件和稳定性分析在刚体定轴转动中，平衡条件和稳定性分析是非常重要的内容。
通过平衡条件，可以分析刚体围绕定轴线旋转的平衡状态。
稳定性分析则是分析刚体在平衡状态下的稳定性，通常通过刚体的势能函数和平衡位置的稳定性来进行分析。
7. 应用领域刚体定轴转动的理论和方法在工程技术、航空航天、机械制造、物理学等领域都有重要的应用价值。
比如在机械制造中，可以通过分析刚体的定轴转动来设计机械装置；在航空航天中，可以通过分析刚体的定轴转动来设计飞行器的运动控制系统。
刚体的定轴转动定律
刚体的定轴转动定律一、前言刚体的定轴转动定律是物理学中的重要概念之一，它描述了刚体在绕固定轴进行运动时的物理规律。
本文将从定义、公式、特点和应用四个方面来全面介绍刚体的定轴转动定律。
二、定义刚体的定轴转动指的是一个刚体在绕一个固定轴进行旋转运动时，其各个部分都沿着圆周运动，且旋转轴不发生移动。
而刚体的定轴转动定律则是描述这种运动状态下物理量之间关系的规律。
三、公式1. 角加速度公式角加速度指的是角速度随时间变化率，通常用符号α表示。
根据牛顿第二定律和角动量守恒原理，可以得到以下公式：Iα = τ其中，I表示刚体绕固定轴旋转时所具有的惯性矩，τ表示作用在刚体上的扭矩。
2. 角位移公式角位移指的是一个物体在绕某一点旋转时所经过的角度变化量，通常用θ表示。
根据定义可以得到以下公式：θ = s / r其中，s表示弧长，r表示绕定轴旋转的半径。
3. 角速度公式角速度指的是一个物体在绕某一点旋转时所具有的单位时间内经过的角度变化量，通常用符号ω表示。
根据定义可以得到以下公式：ω = Δθ / Δt其中，Δθ表示角位移变化量，Δt表示时间变化量。
4. 动能公式刚体绕定轴旋转时所具有的动能可以通过以下公式计算：E = 1/2 Iω²其中，I表示刚体绕固定轴旋转时所具有的惯性矩，ω表示角速度。
四、特点1. 惯性矩与扭矩之间存在直接关系。
根据牛顿第二定律和角动量守恒原理可以得到Iα = τ这一公式，表明惯性矩与扭矩之间存在直接关系。
当扭矩增大时，刚体的角加速度也会增大；当惯性矩增大时，则需要更大的扭矩来产生相同大小的角加速度。
2. 角加速度与扭矩之间存在反比关系。
根据Iα = τ这一公式可以看出，当惯性矩不变时，角加速度与扭矩之间存在反比关系。
也就是说，当扭矩增大时，角加速度会减小；当扭矩减小时，角加速度会增大。
3. 角速度与角位移之间存在直接关系。
根据定义可以得到ω = Δθ / Δt这一公式，表明角速度与角位移之间存在直接关系。
大学物理A教学大纲太原理工大学
大学物理A教学大纲（120学时）（一二本）一、课程的任务、性质和作用以物理学基础为内容的大学物理课程，是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。
该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。
大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础，培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。
通过大学物理课程的教学，应使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。
在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。
二、学时分配三、课程的基本内容说明四、振动和波动九、天体物理与宇宙学（自学）四、能力培养基本要求通过大学物理课程教学，应注意培养学生以下能力：1.独立获取知识的能力一一逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构；能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。
2.科学观察和思维的能力一一运用物理学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性。
3.分析问题和解决问题的能力一一根据物理问题的特征、性质以及实际情况，抓住主要矛盾，进行合理的简化，建立相应的物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。
五、对有关问题的说明：1、此教学大纲按照国家非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会2006年制定非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求编写而成，大学物理课程的教学内容分为A、B两类，其中A类内容是本科生学习本课程应达到的最低要求。
大学物理(A1)知识点总结重点难点
大学物理(A1)知识点总结重点难点质点运动学知识点:1. 参考系为了确定物体的位置而选作参考的物体称为参考系。
要作定量描述,还应在参考系上建立坐标系。
2. 位置矢量与运动方程位置矢量(位矢):是从坐标原点引向质点所在的有向线段,用矢量r 表示。
位矢用于确定质点在空间的位置。
位矢与时间t 的函数关系: k ˆ)t (z j ˆ)t (y i ˆ)t (x )t (r r ++==称为运动方程。
位移矢量:是质点在时间△t 内的位置改变,即位移:)t (r )t t (r r -+=∆∆轨道方程:质点运动轨迹的曲线方程。
3. 速度与加速度平均速度定义为单位时间内的位移,即:t r v ∆∆ = 速度,是质点位矢对时间的变化率:dtr d v = 平均速率定义为单位时间内的路程:t s v ∆∆=速率,是质点路程对时间的变化率:dsdtυ=加速度,是质点速度对时间的变化率:dt v d a=4. 法向加速度与切向加速度加速度τˆ a n ˆ a dtv d a t n +==法向加速度ρ=2n v a ,方向沿半径指向曲率心(圆心), 反映速度方向的变化。
切向加速度dt dva t =,方向沿轨道切线,反映速度大小的变化。
在圆周运动,角量定义如下: 角速度dtd θ=ω角加速度dtd ω=β 而R v ω=,22n R Rv a ω==,β==R dt dv a t5. 相对运动对于两个相互作平动的参考系,有'kk 'pk pk r r r +=,'kk 'pk pk v v v +=,'kk 'pk pk a a a+=重点:1. 掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量,明确它们的相对性、瞬时性和矢量性。
2. 确切理解法向加速度和切向加速度的物理意义;掌握圆周运动的角量和线量的关系,并能灵活运用计算问题。
3. 理解伽利略坐标、速度变换,能分析与平动有关的相对运动问题。
1-.掌握描述刚体定轴转动的角位移、角速度、角加速度等物理量重点
质点直线运动
刚体的定轴转动
位移
x
速度 v dx
dt
加速度
a
dv dt
d2 x dt 2
质量
m
功 动能 动量
A Fdx
EK
1 mv2 2
mv
角位移
角速度 d
角加速度
dt
d
dt
d 2
dt 2
转动惯量J miri2
功
A
2 1
M
Z
d
转动动能
EK
1 J 2
2
角动量
J
功率
P Fv
角功率 P M
课堂讨论题
1.当两个力作用在一个有固定转轴的刚体上下列说法正确吗?
(1)这两个力都平行于轴作用时它们对轴的合力矩一定为零;
(正确)
(2)这两个力都垂直于轴作用时它们对轴的合力矩可能为零;
(正确)
(3)这两个力矢量和为零时,它们对轴的合力矩一定为零;
(不正确)
(4)这两个力对轴的合力矩为零时,它们的矢量和一定为零;
a dv v dv ; 1 v2 2.4x 2x2
得
dt dx 2 vmax 1.2 m s （也可用驻点法求极值得到）
设:A由静止释放沿斜面下滑的最
大距离为 S ,则以A,B,C为系统,其
B R
机械能守恒。
OA
1 ks2 mgs sin 0
2
m
k
C
s 1.2 m
x
=37°
3.如图,已知A: m,l,质量均匀,开始时水平静止B:m , , A竖直时
基本概念和规律
1 .描述刚体定轴转动的物理量及运动学公式
《大学物理》学习指南
《大学物理》学习指南《大学物理》是理工科及医学类学生的一门公共基础课，该课程内容多，课时少，建议学生课前预习，上课认真听讲，理解物理概念、掌握物理定理和定律，学会分析物理过程，课后适当做些习题，以巩固物理知识。
为了学生更好学好《大学物理》，给出了每章的基本要求及学习指导。
第一章 质点力学一、基本要求1．掌握描述质点运动状态的方法，掌握参照系、位移、速度、加速度、角速度和角加速度的概念。
2．掌握牛顿运动定律。
理解惯性系和非惯性系、保守力和非保守力的概念。
3．掌握动量守恒定律、动能定理、角动量守恒定律。
4．理解力、力矩、动量、动能、功、角动量的概念。
二、学习指导1．运动方程： r = r (t )=x (t )i +y (t )j +z (t )k 2．速度：平均速度 v =t ∆∆r 速度 v =t d d r平均速率 v =t ∆∆s 速率 dtdsv =3．加速度：平均加速度 a =t ∆∆v 加速度 a =t d d v =22d d tr4．圆周运动角速度t d d θω==Rv角加速度 t t d d d d 2θωβ== 切向加速度 βτR tva ==d d 法向加速度 a n =22ωR R v = 5．牛顿运动定律 牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直至其他物体所施的力迫使它改变这种运动状态为止.牛顿第二定律：物体受到作用力时所获加速度的大小与物体所受合外力的大小成正比，与物体质量成反比，加速度a 的方向与合外力F 的方向相同。
即dtPd a m F ρρρ==牛顿第三定律：力总是成对出现的。
当物体A 以力F 1作用于物体B 时，物体B 也必定以力F 2作用于物体A ，F 1和F 2总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。
6．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。
牛顿运动定律不成立参考系称为非惯性系。
7．变力的功 )(dz F dy F dx F r d F W z y x ++=⋅=⎰⎰ρρ 保守力的功 pb pa p ab E E E W -=∆-= 8．动能定理 k k k E E E W ∆=-=129．功能原理 W 外+W 非保守内力=E -E 010．机械能守恒定律 ∆E k =-∆E p (条件W 外+W 非保守内力=0)11．冲量 ⎰=21t t dt F I ρρ12．动量定理 p v m v m I ρρρρ∆=-=12质点系的动量定理 p 系统末态-p 系统初态=∆p13．动量守恒定律 p =∑=n i 1p i =恒矢量 (条件 0=∑ii F ρ)14．力矩、角动量 F r M ρρρ⨯= P r L ρρρ⨯=15．角动量定理 1221L L dt M t t ρρρ-=⎰16．角动量守恒 恒矢量=∑i L ρ （条件0=∑ii M ρ第二章 刚体力学一、基本要求1．掌握描述刚体定轴转动运动状态的方法，掌握角速度和角加速度的概念。
大学物理课件：刚体定轴转动
M f k 2
(1)
由刚体定轴转动定律得：
k2 J J d
(2)
dt
对上式分离变量并积分得：
0
k
J
t
dt
0
2 0
d 2
(3)
得到所需时间为： t J
(4)
k0
（2）由刚体定轴转动定律得：
k2 J J d d J d
(5)
dt d d
0
对上式分离变量并积分得： k
d
2
设 为两飞轮啮合后共同角速度：
J AA 33.3rad s1
JA JB
例题4.3.2 质量 M 、半径 R 的圆盘，绕过圆心 O
且垂直于盘面的水平光滑固定轴转动，已知其角速
惯量，故该量有关于刚体，还有关于转轴！ 2.由上述结果看出：
JO
1 3
ml 2
1 12
ml2 +m（ l ）2 2
JO
+m（ l ）2 2
4.2.3 平行轴定理
平行轴定理：质量为 m的刚体，如果
对其质心轴的转动惯量为 JC ，则对任
一与该轴平行，相距为 d 的转轴的转
动惯量为：
J O J C md 2
2.合力矩等于各分力矩的矢量和 ：
M M1 M2 M3
(2)
3.刚体内力矩互相抵消：
M ij M ji
注意：内力矩对刚体 动力学效应无贡献；
M ij
o
rj
d ri
i
j
Fji Fij
M ji
例题4.2.1 研磨专用动力卡盘是专门为精密研磨 机所设计，如图所示用于固定被加工工件，卡盘在 绕垂直通过盘心的轴转动时会与接触工件产生滑动 摩擦。试求卡盘转动时受到的摩擦力矩。设其质
1掌握描述刚体定轴转动的角位移角速角加速等物理量重点
M
r
F
I z dmiri2
当刚体质量连续分布 I r2dm
组合体的转动惯量 I I1 I2 I3 ... Ii
3 .刚体的定轴转动定律
4. 力矩的功 转动动能
d
M I I
dt
A
2 1
M
Z
d
EK
i
(
1 2
mi
vi2
)
1 I2 2
刚体定轴转动动能定理
A
2
1
M
Z
d
1 2
I22
1 2
I12
EK
机械能守恒定律:只有重力做功时
1 2
I2
m ghC
常量
5. 角动量和冲量矩
刚体的角动量 LZ I
恒力矩的冲量 MZ t
变力矩的冲量
t2 t1
M
Z
dt
6. 角动量定理和角动量守恒定律
A Fdx
EK
1 mv2 2
mv
角位移
角速度 d
角加速度
dt
d
dt
d 2
dt 2
转动惯量J miri2
功
A
2 1
M
Z
d
转动动能
EK
1 J 2
2
角动量
J
功率
P Fv
角功率 P M
课堂讨论题
1.当两个力作用在一个有固定转轴的刚体上下列说法正确吗?
(1)这两个力都平行于轴作用时它们对轴的合力矩一定为零;
刚体的转动知识点总结
一、刚体的基本概念1. 刚体的定义：刚体是一个质点系列，这些质点之间的相对位置在任意时刻都是固定的，不会改变。
2. 刚体的运动方式：除了平动外，刚体还可以进行转动运动。
3. 刚体的主要特征：刚体在转动运动中的主要特征是角位移、角速度和角加速度。
二、刚体的转动定律1. 牛顿第一定律在转动中的应用：刚体静止或匀速转动时，对固定轴的力矩为零。
2. 牛顿第二定律在转动中的应用：刚体转动的加速度和力矩之间的关系。
3. 牛顿第三定律在转动中的应用：力矩的作用对应地产生反作用力矩。
三、刚体的转动运动学1. 角度和弧度的关系：1弧度对应角度2pi，即1弧度=180°/π。
2. 角速度和角位移的关系：角位移是角速度随时间的积分。
3. 角加速度和角速度的关系：角加速度是角速度随时间的导数。
4. 刚体的角度运动学方程：θ=θ0+ω0t+1/2αt²，ω=ω0+αt，ω²=ω0²+2α(θ-θ0)。
四、刚体的转动动力学1. 转动惯量的概念：刚体对任意轴的转动惯量是对角速度与角动量之间关系的比较重要的物理量。
2. 转动惯量与质量的关系：转动惯量与质量和物体形状有关，质量越大，转动惯量越大。
3. 转动惯量的计算方法：在一个轴上转动的刚体对该轴的转动惯量的计算方法是对每个质点的质量进行求和。
4. 牛顿第二定律在转动中的适用条件：转动惯量与角加速度的关系。
五、刚体的转动运动与平动的转换1. 垂直平动和转动的关系：刚体在平动运动中的质心对其转动惯量有影响。
2. 能量守恒在转动中的应用：刚体在转动运动中的动能和势能之间的转换过程与保守力的性质有关。
1. 刚体的转动平衡条件：刚体在平衡时，合外力和合力矩均为零。
2. 刚体的稳定条件：刚体在平衡时，摆子有稳定和不稳定平衡之分。
以上便是刚体的转动知识点总结，这些知识点涵盖了刚体的基本概念、转动定律、转动运动学、转动动力学、转动运动与平动的转换以及转动稳定性等内容。
6.1 刚体运动学(大学物理)
1、转动惯量
刚体转动时，刚 体内的各质点作圆周 运动，刚体的动能等 于各质点动能之和。
mn
m1
rn
r1
r2 m2
1 1 1 2 2 2 Ek m1v1 m2v2 mnvn 2 2 2 n n 1 1 2 2 mivi mi (ri ) i 1 2 i 1 2 1 n 2 2 ( miri ) 2 i 1
1 l 1 2 2 J ml m ml 结果与前相同。 3 12 2
t
0
1 2 0 0 t t 2
v v 2a( x x0 )
2 2 0
2 ( )
2 2 0 0
匀变速转动
六 角量与线量之间的关系
1、位移与角位移之间的关系 刚体转过 刚体上的一点 位移 s
o
r
s
x
s r
第六章 刚体力学
本章主要内容：
6－1 刚体的运动 6－2 刚体的角动量、转动动能、转动惯量
6－3 力矩
刚体定轴转动定律
6－4 定轴转动的动能定理 6－5 刚体对定轴的角动量守恒定律
6－6 进动*
本章学习要求
2.理解转动惯量、力矩的概念，掌握转动定律。 3.掌握刚体转动的动能定理、角动量定理。
1.掌握刚体定轴转动的特点，理解角坐标、角位移 角速度、角加速度的概念。
1 n 刚体的转动动能 Ek ( miri2 ) 2 2 i 1 1 2 与平动动能比较 Ek mv 2 n 2 miri ：相对于转轴的特征的物理量
i 1
转动惯量的定义：
单位：kg ·m2
J m r
i 1
4第四章 刚体的定轴转动
第 1 讲 刚体的定轴转动
预习要点 1. 理解刚体的运动； 2. 掌握描述刚体定轴转动的运动学方法； 3. 理解力矩的概念及力矩的功；
式中 mi ri2 表示第i个质点对转轴的转动惯量；
对质量连续分布的刚体，任取质量元 dm ，其到轴的
距离为 r ，则转动惯量：
J r2dm 单位：kg ·m2
若系统由多个刚体组成，则系统对转轴的总转动惯量， 等于各部分对同一转轴的转动惯量之和
一个长为4L的轻杆，连有两个质量都是m的小球（大小可 忽略），此系统可绕垂直于杆的轴转动，求下列转动惯量；
在转动平面内，O为转动平面与转轴的焦点，r 为从O 点指向
M 力的作用点 A 的位矢，两矢量的夹角为 ；
力 F 对定轴 OZ 的力矩 ：
（力臂：力的作用线到转轴的距离）
z
M Z Fd Fr sin
通常，从OZ轴正向俯视，有 逆时针转动（趋势）力矩为正， 反之为负；
单位：牛·米（N ·m）
F
Or
例:一轻绳跨过一轴承光滑的定滑轮，绳的两端分别悬
有质量为m1和m2的物体，滑轮可视为均质圆盘， 质量 为m，半径为r，绳子不可伸长而且与滑轮之间无相对 滑动.求物体加速度、滑轮转动的角加速度和绳子的张
力. 设 m2 m1
解: 受力分析如图：
FT1 m1g m1a m2g FT2 m2a
FT2R FT1R J a r
m2
)
gl
sin
α
大学物理》课程教案
大学物理》课程教案1-1 质点运动的描述1-2 加速度为恒矢量时的质点运动经典力学的基础包括质点力学和刚体力学定轴转动部分。
其中动量、角动量和能量等概念及相应的守恒定律是重点。
此外，狭义相对论的时空观是当今物理学的基本概念之一，与XXX力学联系紧密，因此也被归入经典力学的范畴。
第01章质点运动学（4学时）1-1 质点运动的描述1-2 加速度为恒矢量时的质点运动本章介绍质点运动学的基本概念，包括位置矢量、位移、速度和加速度等描述质点运动及运动变化的物理量，以及运动方程的物理意义及作用。
同时，还将重点讲解圆周运动和相对运动等内容。
基本要求：1.掌握位置矢量、位移、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量，理解这些物理量的矢量性、瞬时性和相对性。
2.理解运动方程的物理意义及作用，掌握运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法。
3.能计算质点在平面内运动时的速度和加速度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。
4.理解XXX速度变换式，并会用它求简单的质点相对运动问题。
重点：1.掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，明确它们的相对性、瞬时性和矢量性。
2.确切理解法向加速度和切向加速度的物理意义，掌握圆周运动的角量和线量的关系，并能灵活运用计算问题。
3.理解XXX坐标、速度变换，能分析与平动有关的相对运动问题。
难点：1.法向和切向加速度。
2.相对运动问题。
第01-1讲质点运动的描述，加速度为恒矢量时的质点运动本节介绍质点运动的描述和加速度为恒矢量时的质点运动。
首先，讲解参考系和位矢、位移的概念，以及运动方程的作用和求解方法。
其次，介绍圆周运动和相对运动等内容，重点讲解法向加速度和切向加速度的物理意义，以及圆周运动的角量和线量的关系。
最后，讲解XXX速度变换式，以及如何利用它求解简单的质点相对运动问题。
刚体定轴转动公式总结
刚体定轴转动公式总结刚体定轴转动公式是描述刚体绕固定轴旋转运动的数学表达式。
在物理学中，刚体是指形状不变的物体，而定轴转动是指刚体绕固定轴线进行旋转的运动。
刚体定轴转动公式的推导基于牛顿力学和刚体力学的基本原理，它们被广泛应用于解决旋转问题，如机械工程、天体物理学等领域。
刚体定轴转动公式有以下几种形式：1. 角速度公式角速度是描述刚体转动快慢的物理量。
对于刚体绕固定轴转动的情况，角速度与刚体转动的角度变化率成正比。
角速度公式可以表示为：ω = Δθ/Δt其中，ω表示角速度，Δθ表示角度的变化量，Δt表示时间的变化量。
角速度的单位是弧度/秒。
2. 角加速度公式角加速度是描述刚体转动加速度的物理量。
对于刚体绕固定轴转动的情况，角加速度与刚体角速度的变化率成正比。
角加速度公式可以表示为：α = Δω/Δt其中，α表示角加速度，Δω表示角速度的变化量，Δt表示时间的变化量。
角加速度的单位是弧度/秒²。
3. 角位移公式角位移是描述刚体转动位移的物理量。
对于刚体绕固定轴转动的情况，角位移与刚体转动的角度成正比。
角位移公式可以表示为：θ = ωt其中，θ表示角位移，ω表示角速度，t表示时间。
角位移的单位是弧度。
4. 动能公式动能是描述刚体旋转能量的物理量。
对于刚体绕固定轴转动的情况，其动能与刚体的转动惯量和角速度的平方成正比。
动能公式可以表示为：K = (1/2)Iω²其中，K表示动能，I表示刚体的转动惯量，ω表示角速度。
动能的单位是焦耳。
5. 转动惯量公式转动惯量是描述刚体旋转惯性的物理量。
对于不同形状的刚体，其转动惯量的计算公式有所不同。
例如，对于绕通过质心轴线旋转的刚体，转动惯量公式可以表示为：I = ∫r²dm其中，I表示转动惯量，r表示质点到转轴的距离，dm表示质点的微元质量。
转动惯量的单位是千克·米²。
刚体定轴转动公式的应用广泛，可以用于解决各种与转动有关的问题。
(完整版)大学物理知识点(全)
Br ∆ A rB ryr ∆第一章 质点运动学主要内容一. 描述运动的物理量 1. 位矢、位移和路程由坐标原点到质点所在位置的矢量r 称为位矢 位矢r xi yj =+,大小 2r r x y ==+运动方程()r r t =运动方程的分量形式()()x x t y y t =⎧⎪⎨=⎪⎩位移是描述质点的位置变化的物理量△t 时间内由起点指向终点的矢量B A r r r xi yj =-=∆+∆△，2r x =∆+△路程是△t 时间内质点运动轨迹长度s ∆是标量。
明确r ∆、r ∆、s ∆的含义(∆≠∆≠∆r r s ) 2. 速度（描述物体运动快慢和方向的物理量）平均速度xyr x y i j ij t t t瞬时速度(速度) t 0r drv limt dt∆→∆==∆(速度方向是曲线切线方向) j v i v j dt dy i dt dx dt r d v y x +=+==，2222yx v v dt dy dt dx dt r d v +=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛== ds dr dt dt= 速度的大小称速率。
3. 加速度(是描述速度变化快慢的物理量）平均加速度va t ∆=∆ 瞬时加速度(加速度) 220limt d d r a t dt dt υυ→∆===∆△ a 方向指向曲线凹向j dty d i dt x d j dt dv i dt dv dt v d a y x2222+=+== 2222222222⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=+=dt y d dt x d dtdv dt dv a a a y x y x二.抛体运动运动方程矢量式为 2012r v t gt =+分量式为 020cos ()1sin ()2αα==-⎧⎪⎨⎪⎩水平分运动为匀速直线运动竖直分运动为匀变速直线运动x v t y v t gt 三.圆周运动(包括一般曲线运动) 1.线量：线位移s 、线速度dsv dt= 切向加速度t dva dt=(速率随时间变化率) 法向加速度2n v a R=(速度方向随时间变化率)。
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t1
M Z dt
I Z 常量
7 .质点直线运动和刚体的定轴转动物理量对比 质点直线运动 刚体的定轴转动 角位移 位移 x dx d v 角速度 速度 dt 2 dt 2 d d dv d x 2 2 角加速度 加速度 a dt dt
dt dt
质量 功 动能 动量 功率
1 I 2 mghC 常量 2
d M ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ I I d t 2 A M Z d
1
5. 角动量和冲量矩
刚体的角动量 恒力矩的冲量 变力矩的冲量
LZ I M Z t
t2
6. 角动量定理和角动量守恒定律 dLZ 角动量定理 MZ dt t2 t1 M Z dt ( I)2 ( I )1 角动量守恒定律:当合外力矩为零或远小于内 力矩时
3. 质量分别为M1、M2,R1、R2的两个均匀圆柱体可分别绕它们 本身的轴转动,二轴平行.开始时它们分别以角速度 10 、 20匀速 转动,然后平移两轴使他们的边缘互相接触.试分析在此过程中以 两圆柱为系统,对O1或O2的角动量是否守恒?如何求解当两圆柱的 接触点无相对滑动时,它们的角速度 1和 2 ?
学习要求
2.理解力矩和转动惯量的物理意义.掌握刚体定轴转 动定律并能结合牛顿运动定律求解定轴转动刚体与质 点的联动问题. 3.会计算力矩的功,刚体定轴转动动能和刚体的重力势 能.在重力场中能在有刚体作定轴转动的问题中正确地 应用机械能守恒定律. 4.会计算刚体对固定轴的角动量,掌握角动量定理,并能 对含有定轴转动刚体在内的系统正确应用角动量守恒 定律.
(2)这两个力都垂直于轴作用时它们对轴的合力矩可能为零;
(正确)
(正确)
(3)这两个力矢量和为零时,它们对轴的合力矩一定为零;
(不正确)
(4)这两个力对轴的合力矩为零时,它们的矢量和一定为零;
(不正确)
2. 一圆盘可绕垂直于盘面且通过盘心的中心轴OO’以角速 O 度沿顺时针方向转动。
v v
(1) 在同一水平直线以相反方 向同时射入两颗质量相同,速率相 等的子弹,并留在盘中,盘的角速 度如何变化?
课堂计算题
1.已知:如图，m=2.0kg,R=0.5m,k=20N/m,j=7.5kg· m2 , =37°.不计摩擦.当弹簧无形变时将A由静止释放.求
B R
(1)A下滑的加速度; (2)A下滑的最大速率; (3)A下滑的最大距离;
O A m
k C
x
=37°
解：(能量微分法): 以A,B,C,地球,斜面为系统,机械能守恒。 以原点为势能零点.
m
A Fdx 1 E K mv 2 2
mv
P Fv
A M Z d 1 1 转动动能 E K J 2 2 J 角动量 P M 角功率
2 J m r 转动惯量 ii
功
2
课堂讨论题
1.当两个力作用在一个有固定转轴的刚体上下列说法正确吗? (1)这两个力都平行于轴作用时它们对轴的合力矩一定为零;
A下滑x时:
1 2 1 1 kx mv 2 I 2 mgx sin 0 2 2 2
上式对t求导: kx ( m I R2 )a mg sin 可得: a 2.4 4 x m s2
（2）当 a 0 ; 0 时, A的速率 v vmax dv dv 1 2 a v ; v 2.4 x 2 x 2 dt dx 2 得 vmax 1.2 m s （也可用驻点法求极值得到） 设:A由静止释放沿斜面下滑的最 大距离为 S ,则以A,B,C为系统,其 机械能守恒。
B
R
1 2 ks mgs sin 0 2
s 1.2 m
O A m
k C
x
=37°
3.如图,已知A: m,l,质量均匀,开始时水平静止B:m , , A竖直时 m 被碰,然后滑行距离S。 O
求 :碰后A的质心可达高度h.
A l
思考:几个过程,各有何特点? 解:A由水平下摆至垂直,机械能守恒. 1 2 1 mgl I 1 mgl 以地面为零势点
基本概念和规律
1 .描述刚体定轴转动的物理量及运动学公式 角位置
角运动方程
角位移 角速度 角加速度
= ( t)
d dt d d 2 2 dt dt
角量与线量的关系
s r
v r
an r 2
at r
2 .力矩和转动惯量 (1)力矩 (2)转动惯量
1 R1 2 R2
设两滑轮边缘相互作用力为大小F,根据角动量定理 1 2 FR d t M R A:对轴O1: 1 2 1 1 (1 10 ) 1 2 FR d t M R B:对轴O2: 2 2 2 2 ( 2 20 )
求解上述方程可得 1和 2 。
M r F
I z dmi ri2
2 I r 当刚体质量连续分布 dm
组合体的转动惯量
I I1 I 2 I 3 ... I i
3 .刚体的定轴转动定律
4. 力矩的功
1 2 1 2 转动动能 E K ( mi v i ) I 2 2 i 刚体定轴转动动能定理 1 2 1 2 2 A M Z d I 2 I1 E K 1 2 2 机械能守恒定律:只有重力做功时
10
A B
20
O1 R1 O2
R2 A
1
O1 R1
B
2
O2
R2
答：在此过程中以两圆柱为系统,对O1或O2的角动量不 守恒. 因为轴1上的力对轴 2力矩不为零;反之亦然。 求解它们的角速度 1和 2 方法如下: 两滑轮边缘线速度相同,所以 对A,B分别用角动量定理 设两滑轮边缘相互作用力为大小F,根据角动量定理
w
O'
答：盘的角速度减小,因为角动量 L=J w不变,但转动惯量J加大了。
J J 0 0
J J0 0
(2)两大小相等,方向相反但不在 同一直线上的力沿盘面同时作用 在盘上,盘的角速度如何变化?
O F F'
答：盘的角速度增大,因为转盘 受到同向的力矩
O'
M与同方向
0