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时间:2018-07-06
《高中物理 选修3-5经典习题及分析解答》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第十六章动量守恒定律一、冲量和动量(一)知识要点1.动量:按定义,物体的质量和速度的乘积叫做动量:p=mv⑴动量是描述物体运动状态的一个状态量,它与时刻相对应。⑵动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。2.冲量:按定义,力和力的作用时间的乘积叫做冲量:I=Ft⑴冲量是描述力的时间积累效应的物理量,是过程量,它与时间相对应。⑵冲量是矢量,它的方向由力的方向决定(不能说和力的方向相同)。如果力的方向在作用时间内保持不变,那么冲量的方向就和力的方向相同。⑶高中阶段只要求会用I=Ft计算恒力的冲量。对于变力的冲量,高中阶段只能利用动量定理通过物体的动量变化来求。⑷要注意的是:冲量和功不同。
2、恒力在一段时间内可能不作功,但一定有冲量。(二)例题分析mH例1:质量为m的小球由高为H的光滑斜面顶端无初速滑到底端过程中,重力、弹力、合力的冲量各是多大?解:力的作用时间都是,力的大小依次是mg、mgcosα和mgsinα,所以它们的冲量依次是:特别要注意,该过程中弹力虽然不做功,但对物体有冲量。例2:一个质量是0.2kg的钢球,以2m/s的速度水平向右运动,碰到一块竖硬的大理石后被弹回,沿着同一直线以2m/s的速度水平向左运动,碰撞前后钢球的动量有没有变化?变化了多少?解:取水平向右的方向为正方向,碰撞前钢球的速度v=2m/s,碰撞前钢球的动量为P=mv=0.2×2kg·m/
3、s=0.4kg·m/s。碰撞后钢球的速度为v′=0.2m/s,碰撞后钢球的动量为p′=mv′=-0.2×2kg·m/s=-0.4kg·m/s。△p=p′-P=-0.4kg·m/s-0.4kg·m/s=-0.8kg·m/s,且动量变化的方向向左。v′vvv′45º45º例3:一个质量是0.2kg的钢球,以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上,入射的角度是45º,碰撞后被斜着弹出,弹出的角度也是45º,速度大小仍为2m/s,用作图法求出钢球动量变化大小和方向?解:碰撞前后钢球不在同一直线运动,据平行四边形定则,以p′和P为邻边做平行四边形,则△p就等于对解线的长度,对角线的指向就表示
4、的方向:△pp′-p45º45º∴方向竖直向上。动量是矢量,求其变化量可以用平行四边形定则:在一维情况下可首先规定一个正方向,这时求动量的变化就可以简化为代数运算了。例4(12分)如图所示,在光滑、固定的水平杆上套着一个光滑的滑环,滑环下通过一根不可伸长的轻绳悬吊一重物M,轻绳长为L,将滑环固定在水平杆上,给M一个水平冲量作用,使M摆动,且恰好刚碰到水平杆。问(1)M在摆动过程中,滑环对水平杆的压力的最大值是多少?(2)若滑环不固定,仍给M以同样大小的冲量作用,则M摆起的最大高度为多少?解:(1)机械能守恒(2分)M通过最低点T最大(2分)∴(1分)再对滑环受力分析(2分)(2)
5、不固定机械能仍守恒初速度:(2分)水平动量守恒(2分)∴∴(1分)二、动量定理(一)知识要点1.动量定理:物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。既I=Δp⑴动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)。⑵动量定理给出了冲量(过程量)和动量变化(状态量)间的互求关系。⑶现代物理学把力定义为物体动量的变化率:(牛顿第二定律的动量形式)。⑷动量定理的表达式是矢量式。在一维的情况下,各个矢量必须以同一个规定的方向为正。2.利用动量定理定性地解释一些现象3.利用动量定理进行定量计算利
6、用动量定理解题,必须按照以下几个步骤进行:⑴明确研究对象和研究过程。研究对象可以是一个物体,也可以是几个物体组成的质点组。质点组内各物体可以是保持相对静止的,也可以是相对运动的。研究过程既可以是全过程,也可以是全过程中的某一阶段。⑵进行受力分析。只分析研究对象以外的物体施给研究对象的力。所有外力之和为合外力。研究对象内部的相互作用力(内力)会改变系统内某一物体的动量,但不影响系统的总动量,因此不必分析内力。如果在所选定的研究过程中的不同阶段中物体的受力情况不同,就要分别计算它们的冲量,然后求它们的矢量和。⑶规定正方向。由于力、冲量、速度、动量都是矢量,在一维的情况下,列式前要先规
7、定一个正方向,和这个方向一致的矢量为正,反之为负。⑷写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和)。⑸根据动量定理列式求解。(二)例题分析例1:以初速度v0平抛出一个质量为m的物体,抛出后t秒内物体的动量变化是多少?解:因为合外力就是重力,所以Δp=Ft=mgt有了动量定理,不论是求合力的冲量还是求物体动量的变化,都有了两种可供选择的等价的方法。本题用冲量求解,比先求末动量,再求初、末动量的矢量差要方便得多。当合外力为恒力时往往用Ft来求较为简单;当合
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