动量定理及应用
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力学中的动量定理应用动量是物体运动的重要物理量之一,在力学中,动量定理是运动定律之一,研究物体受力后的运动情况。
本文将探讨动量定理在不同场景下的应用及其重要性。
一、汽车碰撞实例考虑两辆汽车A和B发生碰撞的情况。
假设汽车A的质量为m1,速度为v1,汽车B的质量为m2,速度为v2。
根据动量定理,动量守恒的原理,碰撞前后的总动量保持不变。
碰撞前的总动量为m1v1 + m2v2,碰撞后的总动量为(m1+m2)V。
根据动量守恒定理,可以得到下面的方程:m1v1 + m2v2 = (m1+m2)V通过这个方程我们可以计算出碰撞后的速度V。
这个实例展示了动量定理在汽车碰撞中的应用,使我们能够更好地理解碰撞后车辆的速度变化。
二、火箭推进原理火箭的推进原理是基于动量定理而实现的。
火箭在发射时喷射出燃料和气体,根据动量守恒定理,火箭向反方向获得一个相反的动量,使得整个系统的总动量保持不变。
根据动量定理,燃料和气体的动量之和等于火箭的动量。
当燃料喷射出去时,动量向反方向增加,火箭就会获得一个反向的推力。
火箭推进过程中,动量定理的应用使我们能够理解火箭是如何在无外部力的情况下向前运动的。
三、子弹射击子弹射击是另一个动量定理的应用实例。
假设一个质量为m的子弹以速度v射击一个静止的物体,物体的质量为M。
根据动量定理,子弹的动量等于物体的动量。
因此,可以得到下面的方程:mv = MV根据这个方程,可以计算出物体受到的冲量。
此应用示例展示了动量定理在射击过程中的重要性,使我们能够计算出子弹对物体的冲量大小。
四、运动中的人体保护力学中的动量定理还与人体保护密切相关。
当人体受到外力作用时,身体内的器官和组织会受到动量的传递影响。
根据动量定理,人体的动量会随着外力的作用而改变。
因此,为了保护人体免受伤害,可以通过增加物体的密度或采用防护装备等方法减少动量的变化。
这一应用实例突显了动量定理在人体保护中的重要性,使我们能够更加全面地了解身体受到外力时的影响。
动量定理在生活、生产中的应用
1、火车行驶
质量大的火轮机越容易推进越快行驶,它的动量定理说的就是这个道理,火轮机发动机产生的动力要能有效地推动火车前进,它所产生的
动量就必须要大,这样才能把减速度降到最小。
2、机器人越野
机器人越野运动需要考虑动量,一个大而重的机器人对于移动、改变
方向、停止都会有一定的动量,在机器人越野过程中,会有不少能源
消耗,而大动量会使机器人行为更加稳定、有决断力,减少能耗,实
现机器人越野更好的效果。
3、潜艇航行
潜艇航行的过程中也会考虑到动量的问题,动量大的潜艇不仅容易推进,且提高航速,同时动量小的潜艇在改变方向时也会增加能源消耗,所以在潜艇的设计和制造过程中要考虑到动量的问题,以达到最大的
推进效率。
什么是动量定理及其在高中物理中的应用在高中物理的学习中,动量定理是一个极其重要的概念,它不仅帮助我们更深入地理解物体的运动规律,还在解决实际问题中有着广泛的应用。
首先,让我们来了解一下什么是动量定理。
动量,用符号 p 表示,其定义为物体的质量 m 与速度 v 的乘积,即 p = mv。
而动量定理则表述为:合外力的冲量等于物体动量的增量。
冲量,用符号 I 表示,定义为力 F 与作用时间 t 的乘积,即 I = Ft。
简单来说,动量定理告诉我们,当一个物体受到外力作用时,外力在一段时间内的累积效果(即冲量)会导致物体动量的改变。
如果外力的作用时间很短,但是力很大,也能产生较大的冲量,从而改变物体的动量;反之,如果外力作用时间很长,但力较小,同样能产生相同的冲量,改变物体的动量。
为了更直观地理解动量定理,我们来看一个简单的例子。
假设一个质量为m 的小球,以速度v 水平向右运动,撞到一堵墙上后反弹回来,速度大小不变,但方向相反。
在与墙碰撞的过程中,小球受到墙对它的作用力 F,作用时间为 t。
根据动量定理,墙对小球的冲量 I = Ft,等于小球动量的变化量。
因为小球碰撞前后的动量方向相反,所以动量的变化量为 2mv(碰撞前动量为 mv,碰撞后动量为 mv)。
在高中物理中,动量定理有着广泛的应用。
下面我们来探讨几个常见的应用场景。
一、碰撞问题碰撞是高中物理中常见的问题类型,包括完全弹性碰撞、非完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞。
在解决这些问题时,动量定理往往能发挥重要作用。
例如,在完全弹性碰撞中,两个物体碰撞前后的总动量守恒,总动能也守恒。
通过动量定理,我们可以列出碰撞前后物体动量的表达式,从而求解出碰撞后物体的速度等物理量。
在非完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞中,虽然总动能不守恒,但总动量仍然守恒。
利用动量定理,结合能量守恒定律或其他相关条件,我们能够分析碰撞过程中物体的运动状态变化。
二、打击问题当一个物体受到瞬间的打击力时,动量定理可以帮助我们分析物体的运动情况。
动量定理及其应用动量定理是物理学中的重要概念之一,它描述了物体运动的性质和变化。
本文将介绍动量定理的基本原理、公式推导以及其在实际应用中的意义和重要性。
一、动量定理的基本原理动量定理是由牛顿提出的,它描述了质点的运动状态和所受外力之间的关系。
根据动量定理的表述,一个质点的动量的变化量等于作用于质点的力的时间积分。
换句话说,当一个物体受到外力作用时,它的动量会发生改变。
动量定理可以表述为以下公式:F = Δp/Δt其中,F代表物体所受的力,Δp为物体的动量变化量,Δt为时间的变化量。
该公式表示力等于物体动量的变化率。
二、动量定理的公式推导动量是物体的运动状态的衡量,它的大小与物体的质量和速度有关。
根据定义,动量p等于物体质量m与速度v的乘积:p = m * v。
当一个物体受到外力F作用时,根据牛顿第二定律F = ma(a为物体的加速度),可得:F = m * a根据运动学公式v = u + at(u为初速度,t为时间),可以将加速度a表示为:a = (v - u) / t将上述两个公式代入牛顿第二定律中得:F = m * (v - u) / t进一步整理可以得到:F * t = m * (v - u)F * t = m * Δv根据动量的定义p = m * v,将上述公式代入可得:F * t = Δp经过推导,我们得到了动量定理的基本公式F = Δp/Δt。
三、动量定理的应用动量定理在物理学和工程学中有着广泛的应用,以下是一些常见的应用场景:1. 交通事故分析:动量定理可以帮助我们分析交通事故中车辆的碰撞情况,准确计算撞击力的大小以及车辆运动状态的变化。
2. 火箭推进原理:在航天工程中,动量定理被用来解释火箭如何通过燃料的喷射产生反作用力,从而达到推进的效果。
3. 球类运动:动量定理可以解释球类运动中击球和接球的力学过程。
例如,乒乓球运动中击球员可以通过控制球的反冲力使得球的速度和方向发生改变。
4. 器械运动分析:动量定理可以用来解析各种器械运动的特点和规律,例如击球运动、举重等。
动量定理的应用动量定理是物理学中的一项重要原理,它描述了力对物体产生的效果。
根据动量定理,一个物体受到的合外力越大,其改变动量的速率就越快。
本文将探讨动量定理的几个具体应用。
1. 车辆碰撞与碰撞力的计算在交通事故中,动量定理可以用于计算碰撞中的力的大小。
假设两辆车以不同的速度相撞,我们可以通过观察车辆碰撞前后的速度变化来确定碰撞力的大小。
根据动量定理,碰撞前后的动量之和应保持不变。
例如,两辆质量分别为1吨和2吨的车辆以30 km/h和10 km/h的速度相向而行,发生碰撞后,两车的速度发生了变化。
根据动量定理,我们可以得到以下方程:(m1 * v1) + (m2 * v2) = (m1 * V1') + (m2 * V2')其中,m1和m2分别代表两辆车的质量,v1和v2是碰撞前的速度,V1'和V2'是碰撞后的速度。
通过解这个方程,我们可以求解碰撞中的力。
2. 火箭推进原理动量定理也可以用来解释火箭的推进原理。
火箭在发射过程中通过燃烧燃料产生气体的喷射,从而产生反作用力,推动火箭向前运动。
根据牛顿第三定律,每个喷射出的气体分子都会产生一个与其反向的冲量,而火箭则相应地获得一个与其运动方向相同的冲量。
根据动量定理,火箭的向前运动是由于燃料喷射产生的冲量改变了火箭的动量,使其产生向前的加速度。
3. 棒球运动中的动量转移在棒球比赛中,动量定理也扮演着重要的角色。
当击球员击球时,棒球获得了一个向外的冲量,并且动量开始在击球员和棒球之间转移,使棒球向外移动。
当投手将球以很高的速度投出时,击球员只需要在球的上方使用较小的力量就能够打出长距离的击球,这是因为投出的球本身带有较大的动量,击球员只需要改变其方向即可。
类似地,当一个跑者用力跑向一个运动着的棒球,他可以通过在碰撞前改变自己的速度方向来改变棒球的速度和方向。
综上所述,动量定理在交通事故、火箭推进和棒球运动等方面都有着重要的应用。
动量定理应用动量定理是物理学中的一个基本原理,它描述了物体的动量随时间的变化关系。
在本文中,我们将探讨动量定理在碰撞分析、弹道计算、交通事故分析、工业生产、抛射体运动、游戏物理、刚体动力学和流体力学等方面的应用。
1.碰撞分析动量定理可以用于分析碰撞过程中的能量和动量变化。
在碰撞中,物体的动量会发生瞬时变化,而动量定理可以描述这个变化的过程。
通过动量定理,我们可以判断碰撞是否符合物理规律,从而帮助我们理解物体的碰撞行为。
2.弹道计算动量定理可以用于计算炮弹、子弹等抛射体的运动轨迹和速度。
在枪械和火箭发射中,抛射体的速度和轨迹是决定射击精度和发射角度的重要因素。
通过动量定理,我们可以精确地计算出抛射体的运动轨迹和速度,从而提高枪械和火箭的射击精度。
3.交通事故分析动量定理可以用于分析交通事故中车辆碰撞时的能量和动量变化。
在交通事故中,车辆碰撞时的能量和动量是判断事故责任和损伤程度的重要依据。
通过动量定理,我们可以分析碰撞过程中车辆的能量和动量变化,从而帮助判断事故责任和损伤程度。
4.工业生产动量定理可以用于计算压力容器和机械臂等工业生产设备的力和运动轨迹。
在工业生产中,压力容器和机械臂的运动轨迹和力度是决定产品质量和效率的重要因素。
通过动量定理,我们可以精确地计算出设备的运动轨迹和力度,从而提高生产效率和产品质量。
5.抛射体运动动量定理可以用于分析抛射体运动的轨迹和速度。
在抛射体运动中,物体的速度和轨迹是决定射击精度的重要因素。
通过动量定理,我们可以精确地计算出抛射体的运动轨迹和速度,从而提高射击精度。
6.游戏物理动量定理可以用于制作更加真实的游戏物理效果,包括碰撞反弹、物块运动等。
在游戏中,物理效果的真实与否直接影响到游戏的整体质量。
通过动量定理,我们可以模拟出更加真实的物理效果,从而提高游戏的整体质量。
7.刚体动力学动量定理可以用于计算刚体运动过程中的力和运动轨迹。
在刚体动力学中,物体的力和运动轨迹是决定物体运动状态的重要因素。
动量定理及应用知识点什么是动量定理?动量定理是物理学中的一个重要定理,它描述了物体在外力作用下的运动及其与力的关系。
动量定理的数学表达式为:Δp=F⋅Δt其中,Δp表示物体的动量变化,F表示作用在物体上的力,Δt表示力的作用时间。
根据动量定理,如果一个物体受到一个力的作用,它的动量将随时间变化。
当力作用时间很短的时候,动量的变化量也很小;当力作用时间很长的时候,动量的变化量也相应增大。
动量定理的应用动量定理在物理学中有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景:1.交通事故分析:动量定理可以用来分析交通事故中的碰撞情况。
当两个车辆发生碰撞时,根据动量定理可以计算出碰撞前后车辆的动量变化,从而判断事故的严重程度。
2.火箭升空:动量定理被用来解释火箭升空的原理。
火箭喷射出来的燃料气体具有一定的质量和速度,根据动量定理,喷射气体的动量变化会导致火箭的动量变化,从而推动火箭升空。
3.运动员跳水:运动员在跳水时,通过采用特定的蹬脚和撑手动作,可以改变身体的动量。
运用动量定理,可以计算出运动员跳水时所需的动作力度和角度。
4.物体的运动轨迹:动量定理可以用来预测物体在外力作用下的运动轨迹。
通过计算物体的动量变化和外力的作用时间,可以得出物体在特定条件下的运动情况。
动量定理的局限性尽管动量定理在描述物体运动方面有着广泛的应用,但也存在一些局限性。
以下是一些动量定理的局限性:1.不考虑摩擦力:动量定理没有考虑摩擦力对物体运动的影响。
在实际情况下,物体运动时往往会受到摩擦力的作用,这会导致动量的损失。
2.不考虑外力变化:动量定理假设外力的大小和方向在整个过程中保持不变。
然而,在实际情况下,外力的大小和方向可能会发生变化,这会对动量定理的应用带来一定的限制。
3.仅适用于经典力学:动量定理是经典力学中的一个定理,适用于描述宏观物体的运动。
对于微观领域,如原子和分子的运动,需要使用量子力学等其他理论。
结论动量定理是物理学中重要的定理之一,它描述了物体在外力作用下的运动情况。
1.动量:①定义:物体质量与速度的乘积,②动量的性质:是状态量、具有相对性、矢量性2.动量守恒定律①动量的变化量:②内力与外力:系统内物体间的相互作用力叫做内力;系统外物体施加给系统内物体的力叫做内力。
③动量守恒定律:如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变,这就是动量守恒定律。
④动量守恒定律的成立条件a.系统不受外力或所受外力和为零,则系统的动量守恒。
b.系统所受外力比内力小很多,则系统的动量近似守恒。
c.系统某一方向不受外力或所受外力的和为零,或所受外力比内力小很多,该方向动量守恒。
⑤动量守恒定律的普适性a.牛顿定律解决问题涉及全过程,用动量解决只涉及始末状态,与过程无关。
b.动量守恒不仅适用宏观低速,而且适用微观高速,牛顿定律不适用微观高速。
二.碰撞1.碰撞的分类:2.一维弹性碰撞当时①若,交换速度②若,,同向,速度前大后小③若,反弹④若,⑤若,三.反冲1.反冲:如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动,这个现象叫做反冲。
2.反冲遵循的规律:,即:,,即:3.反冲运动的应用:喷气式飞机,射击时枪筒的后退,火箭发射等。
四.用动量概念表示牛顿第二定律1.用动量概念表示牛顿第二定律假设物体受到恒力的作用做匀变速直线运动,在时刻物体的初速度为,在时刻物体的速度为,由牛顿第二定律得,物体的加速度合力F=ma由于,所以2.动量定理应用动量定理需要注意的几点:①方程左边是物体动量的变化量,计算时顺序不能颠倒②方程右边是物体受到的合外力的总冲量,其中F可以是恒力也可以是变力,如果合外力是变力,则F是合外力在时间t内的平均值③整个式子反映了一个过程,即力对时间的积累效果是引起物体动量的变化。
④动量定理中的冲量和动量都是矢量,冲量的方向与动量变化量的方向相同。
⑤动量与参考系的选取有关,所以用动量定理时必须注意参考系的选取。
动量和动量定理动量:p=mv 冲量:I=Ft 动量定理应用【例1】一个质量为2kg的物体,在8N的水平推力作用下,从静止开始沿水平面运动了5s,然后推力减小为5N,方向不变,物体又运动了4s后撤去外力,物体再经过6s停下来.试求物体在水平面上所受的摩擦力。
动量定理:p′-p=I动量和动量定理①冲量:可以是合力冲量也可以是分力冲量和②对单体:过程的选取③对系统:对象的选取【例2】一粒钢珠从静止状态开始自由下落,然后陷入泥潭中,若把在空中下落的过程称为过程Ⅰ,进入泥潭直到停住的过程称为过程Ⅱ,则①过程Ⅰ中钢珠动量的改变量等于重力的冲量②过程Ⅱ中阻力的冲量的大小等于过程Ⅰ中重力冲量的大小③过程Ⅱ中钢珠克服阻力所做的功等于过程Ⅰ与过程Ⅱ中钢珠所减少的重力势能之和④过程Ⅱ中损失的机械能等于过程Ⅰ中钢珠所增加的动能( )A.①④B.②④C.①③D.②③【例3】一高空作业的工人重600N,系一条长为L=5m的安全带,若工人不慎跌落时安全带的缓冲时间t=1s,则安全带受的冲力是多少?【例4】一个质量为3kg的物体所受的合外力随时间的变化情况如图所示,那么该物体在6s内的速度改变量是( )A.7m/sB. 6.7m/sC.6m/sD.5m/s 系统动量定理【例5】如图,光滑圆槽质量为M,静止在光滑水平面上,其表面有一小球m竖直吊在恰好位于圆槽的边缘处,如将悬线烧断,小球滑动到另一边最高点是时,圆槽速度情况是( )A.0B.向右C.向左D.不能确定【例6】一辆质量的M的火车以速度v做匀速直线运动,突然质量为m 的车厢从火车上脱离出来,由于没有动力,车厢做匀减速直线运动。
在车头动力不变的情况下,脱离的车厢停止的一瞬间,车头的速度是多少?【例7】A、B两小物块被平行于斜面的轻细线相连,均静止与斜面上。
以平行于斜面向上的恒力拉A,使A、B同时由静止以加速度a沿斜面向上运动。
经时间t1,细线突然拉断。
在经过时间t2,B上滑到最高点。
作者:一气贯长空高中物理:动量定理的5种应用+例题详解!动量定理是力对时间的积累效应,使物体的动量发生改变,适用的范围很广,它的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系;它不仅适用于恒力情形,而且也适用于变力情形,尤其在解决作用时间短、作用力大小随时间变化的打击、碰撞等问题时,动量定理要比牛顿定律方便得多。
一、用动量定理解释生活中的现象【例1】竖立放置的粉笔压在纸条的一端.要想把纸条从粉笔下抽出,又要保证粉笔不倒,应该缓缓、小心地将纸条抽出,还是快速将纸条抽出?说明理由。
【解析】纸条从粉笔下抽出,粉笔受到纸条对它的滑动摩擦力μmg作用,方向沿着纸条抽出的方向。
不论纸条是快速抽出,还是缓缓抽出,粉笔在水平方向受到的摩擦力的大小不变。
在纸条抽出过程中,粉笔受到摩擦力的作用时间用t表示,粉笔受到摩擦力的冲量为μmgt,粉笔原来静止,初动量为零,粉笔的末动量用mv表示.根据动量定理有:μmgt=mv。
如果缓慢抽出纸条,纸条对粉笔的作用时间比较长,粉笔受到纸条对它摩擦力的冲量就比较大,粉笔动量的改变也比较大,粉笔的底端就获得了一定的速度.由于惯性,粉笔上端还没有来得及运动,粉笔就倒了。
如果在极短的时间内把纸条抽出,纸条对粉笔的摩擦力冲量极小,粉笔的动量几乎不变.粉笔的动量改变得极小,粉笔几乎不动,粉笔也不会倒下。
二、用动量定理解曲线运动问题【例2】以速度v0水平抛出一个质量为1kg的物体,若在抛出后5s未落地且未与其它物体相碰,求它在5s内的动量的变化.(g=10m/s2)。
【解析】此题若求出末动量,再求它与初动量的矢量差,则极为繁琐.由于平抛出去的物体只受重力且为恒力,故所求动量的变化等于重力的冲量.则Δp=Ft=mgt=1×10×5=50 kg·m/s。
高中物理-动量定理的六种应用动量定理的内容是物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化,即I = △p。
动量定理表明冲量是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。
动量定理是力对时间的积累效应,使物体的动量发生改变,适用的范围很广,它的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系;它不仅适用于恒力情形,而且也适用于变力情形,尤其在解决作用时间短、作用力大小随时间变化的打击、碰撞等问题时,动量定理要比牛顿定律方便得多。
一、用动量定理解释生活中的现象动量定理在实际生活中有着广泛的应用,实际生活中的许多现象都可用动量定理加以解释,用动量定理解释现象可分为下列三中情况:1. △p 一定,t短则F大,t 长则F小2. F 一定,t短则△p 小,t 长则△p 大3. t 一定,F短则△p 小,F 长则△p 大【典例1】钉钉子时为什么要用铁锤而不用橡皮锤,而铺地砖时却用橡皮锤而不用铁锤?【答案】见解析【名师点拨】根据动量定理,利用对作用时间的调整来控制作用力的大小。
【典例2】竖立放置的粉笔压在纸条的一端.要想把纸条从粉笔下抽出,又要保证粉笔不倒,应该缓缓、小心地将纸条抽出,还是快速将纸条抽出?说明理由。
如果缓慢抽出纸条,纸条对粉笔的作用时间比较长,粉笔受到纸条对它摩擦力的冲量就比较大,粉笔动量的改变也比较大,粉笔的底端就获得了一定的速度.由于惯性,粉笔上端还没有来得及运动,粉笔就倒了。
如果在极短的时间内把纸条抽出,纸条对粉笔的摩擦力冲量极小,粉笔的动量几乎不变.粉笔的动量改变得极小,粉笔几乎不动,粉笔也不会倒下。
【答案】见解析【学霸总结】1. 体育比赛中的一系列保护措施都可概括为通过延长相互作用的时间来达到减小相互作用力,从而达到保护人体不受伤害的目的,如篮球运动员接迎面飞来的篮球,手接触到球以后,两臂随球后引至胸前把球接住,以延长篮球与手的接触时间,减小篮球对手的作用力。
动量定理在生活中的应用在我们的日常生活中,物理学原理无处不在,动量定理就是其中一个重要且实用的概念。
动量定理指出,合外力的冲量等于物体动量的增量,其表达式为$Ft =\Delta p$,其中$F$是合外力,$t$是作用时间,$\Delta p$是动量的变化量。
虽然这个公式看起来有些抽象,但它在生活中的应用却十分广泛。
先来说说体育运动。
在篮球比赛中,运动员在接球时往往会顺势向后退几步。
这可不是他们随意的动作,而是在运用动量定理来缓冲球的冲击力。
当球快速飞来时,其具有较大的动量。
如果运动员直接硬接,巨大的冲击力可能会导致受伤。
通过向后退,延长了球与手接触的时间$t$,根据动量定理,在动量变化量$\Delta p$一定的情况下,作用时间$t$越长,所受到的平均冲击力$F$就越小,从而减轻了对身体的伤害。
足球运动中也有类似的应用。
守门员在扑球时,不会用手直直地去挡球,而是会将双手弯曲,甚至在球触到手后顺势将球抱住并滚向地面。
这样做同样是为了增加球与手接触的时间,减小冲击力。
而且守门员在接球时,往往会通过身体的移动来调整接球的位置和姿势,以更好地应对球的力量和方向,保证球能够被稳稳地接住。
在拳击比赛中,动量定理更是起着关键的作用。
拳击手出拳时,会尽可能地在短时间内施加较大的力,以增加拳头的冲量,给对手造成更大的打击。
而在防守时,拳击手会通过灵活的移动和身体的摆动来减少对手拳头的冲击力。
比如,当对手出拳时,拳击手可能会侧身闪避,或者用手臂进行格挡并顺势后退,从而延长冲击力的作用时间,减小受到的伤害。
除了体育运动,交通安全方面也离不开动量定理。
当汽车发生碰撞时,巨大的冲击力会对车内人员造成严重的伤害。
为了减少这种伤害,汽车配备了一系列的安全装置,如安全带和安全气囊。
安全带可以将乘客紧紧固定在座位上,增加碰撞时的作用时间。
安全气囊在碰撞瞬间迅速弹出,为乘客提供缓冲,同样延长了碰撞时间,减小了冲击力。
在车辆的设计中,车头通常会设计成具有一定的缓冲区域。
动量定理的原理应用1. 动量定理的基本原理动量定理是牛顿第二定律的一个重要应用,它描述了一个物体的动量改变量与作用力的关系。
根据动量定理,当一个作用力作用在一个物体上时,物体的动量将发生改变,其改变量等于作用力乘以时间。
公式表达如下:动量改变量Δp = F × Δt其中,Δp表示动量的改变量,F表示作用力,Δt表示作用时间。
2. 动量定理的应用场景动量定理被广泛应用于力学、流体力学、碰撞等物理学领域,其中一些场景的应用如下:2.1 车辆碰撞在交通事故中,动量定理可以帮助我们理解车辆碰撞时的动量变化。
当两辆车发生碰撞时,它们之间的作用力将会导致各自动量的改变。
根据动量定理,我们可以计算出碰撞前后车辆动量的差值,来评估碰撞的严重程度以及事故的后果。
2.2 射击运动在射击运动中,动量定理也可以应用于研究子弹的运动。
当子弹发射时,推进膛线产生的作用力将会改变子弹的动量。
通过应用动量定理,我们可以计算出子弹的初速度、击中目标后的动量以及反作用力等参数。
2.3 宇宙航天在宇宙航天领域,动量定理也是一项重要的原理。
例如,在火箭发射时,燃料燃烧产生的气体被排出,形成火箭的推进力。
根据动量定理,当火箭发射时,火箭的质量减少,但速度增加,以保持动量守恒。
3. 动量定理应用的案例分析3.1 车辆碰撞案例假设有两辆质量分别为m1和m2的汽车,它们在同一方向上以速度v1和v2相撞,碰撞过程中作用力的时间为Δt。
根据动量定理,我们可以得到以下关系式:m1 × Δv1 = F × Δtm2 × Δv2 = -F × Δt其中,Δv1表示汽车1的速度变化量,Δv2表示汽车2的速度变化量,F表示两辆汽车之间产生的碰撞作用力。
通过求解上述方程组,我们可以计算出碰撞后的速度变化量,从而评估碰撞对两辆汽车的影响。
3.2 射击运动案例假设一枚质量为m的子弹以速度v从一枪口发射,且推进膛线产生的力为F,作用力的时间为Δt。
高中物理动量定理的五种应用及例题详解动量定理是力对时间的积累效应,使物体的动量发生改变,适用的范围很广,它的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系;它不仅适用于恒力情形,而且也适用于变力情形,尤其在解决作用时间短、作用力大小随时间变化的打击、碰撞等问题时,动量定理要比牛顿定律方便得多。
一、用动量定理解释生活中的现象【例1】竖立放置的粉笔压在纸条的一端.要想把纸条从粉笔下抽出,又要保证粉笔不倒,应该缓缓、小心地将纸条抽出,还是快速将纸条抽出?说明理由。
【解析】纸条从粉笔下抽出,粉笔受到纸条对它的滑动摩擦力μmg作用,方向沿着纸条抽出的方向。
不论纸条是快速抽出,还是缓缓抽出,粉笔在水平方向受到的摩擦力的大小不变。
在纸条抽出过程中,粉笔受到摩擦力的作用时间用t表示,粉笔受到摩擦力的冲量为μmgt,粉笔原来静止,初动量为零,粉笔的末动量用mv表示.根据动量定理有:μmgt=mv。
如果缓慢抽出纸条,纸条对粉笔的作用时间比较长,粉笔受到纸条对它摩擦力的冲量就比较大,粉笔动量的改变也比较大,粉笔的底端就获得了一定的速度.由于惯性,粉笔上端还没有来得及运动,粉笔就倒了。
如果在极短的时间内把纸条抽出,纸条对粉笔的摩擦力冲量极小,粉笔的动量几乎不变.粉笔的动量改变得极小,粉笔几乎不动,粉笔也不会倒下。
二、用动量定理解曲线运动问题【例2】以速度v0水平抛出一个质量为1kg的物体,若在抛出后5s未落地且未与其它物体相碰,求它在5s内的动量的变化.(g=10m/s2)。
【解析】此题若求出末动量,再求它与初动量的矢量差,则极为繁琐.由于平抛出去的物体只受重力且为恒力,故所求动量的变化等于重力的冲量.则Δp=Ft=mgt=1×10×5=50 kg·m/s。
注:①运用Δp=mv-mv0求Δp时,初、末速度必须在同一直线上,若不在同一直线,需考虑运用矢量法则或动量定理Δp=Ft求解Δp.②用I=F·t求冲量,F必须是恒力,若F是变力,需用动量定理I=Δp求解I。
[高考命题解读]第1讲动量定理及应用一、动量、动量变化、冲量1.动量(1)定义:物体的质量与速度的乘积.(2)表达式:p=mv.(3)方向:动量的方向与速度的方向相同.2.动量的变化(1)因为动量是矢量,动量的变化量Δp也是矢量,其方向与速度的改变量Δv的方向相同.(2)动量的变化量Δp的大小,一般用末动量p′减去初动量p进行计算,也称为动量的增量.即Δp=p′-p.3.冲量(1)定义:力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量.(2)公式:I=Ft.(3)单位:N·s.(4)方向:冲量是矢量,其方向与力的方向相同.自测1 下列说法正确的是( )A.速度大的物体,它的动量一定也大B.动量大的物体,它的速度一定也大C.只要物体的运动速度大小不变,物体的动量就保持不变D.物体的动量变化越大,则该物体的速度变化一定越大答案D二、动量定理1.内容:物体在一个运动过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合力的冲量.2.公式:mv′-mv=F(t′-t)或p′-p=I.3.动量定理的理解(1)动量定理反映了力的冲量与动量变化量之间的因果关系,即外力的冲量是原因,物体的动量变化量是结果.(2)动量定理中的冲量是合力的冲量,而不是某一个力的冲量,它可以是合力的冲量,可以是各力冲量的矢量和,也可以是外力在不同阶段冲量的矢量和.(3)动量定理表达式是矢量式,等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义.自测2 (多选)质量为m的物体以初速度v0开始做平抛运动,经过时间t,下降的高度为h,速度变为v,在这段时间内物体动量变化量的大小为( )(v-v0)答案BCD命题点一对动量和冲量的理解1.对动量的理解(1)动量的两性①瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是针对某一时刻或位置而言的.②相对性:动量的大小与参考系的选取有关,通常情况是指相对地面的动量.(2)动量与动能的比较2.对冲量的理解(1)冲量的两性①时间性:冲量不仅由力决定,还由力的作用时间决定,恒力的冲量等于该力与该力的作用时间的乘积.②矢量性:对于方向恒定的力来说,冲量的方向与力的方向一致;对于作用时间内方向变化的力来说,冲量的方向与相应时间内物体动量改变量的方向一致.(2)作用力和反作用力的冲量:一定等大、反向,但作用力和反作用力做的功之间并无必然联系.(3)冲量与功的比较例1 如图1所示是我国女子短道速滑队训练中的情景,“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面,并且开始向前滑行,待乙追上甲时,乙猛推甲一把,使甲获得更大的速度向前冲出.在乙推甲的过程中,忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用,则( )图1A.甲对乙的冲量一定等于乙对甲的冲量B.甲、乙的动量变化一定大小相等、方向相反C.甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量D.甲对乙做多少负功,乙对甲就一定做多少正功答案B变式1 (多选)两个质量不同的物体,如果它们的( )A.动能相等,则质量大的动量大B.动能相等,则动量大小也相等C.动量大小相等,则质量大的动能小D.动量大小相等,则动能也相等答案AC例2 (2018·甘肃西峰调研)如图2所示,竖直面内有一个固定圆环,MN是它在竖直方向上的直径.两根光滑滑轨MP、QN的端点都在圆周上,MP>QN.将两个完全相同的小滑块a、b分别从M、Q点无初速度释放,在它们各自沿MP、QN运动到圆周上的过程中,下列说法中正确的是( )图2A.合力对两滑块的冲量大小相同B.重力对a滑块的冲量较大C.弹力对a滑块的冲量较小D.两滑块的动量变化大小相同答案C解析这是“等时圆”,即两滑块同时到达滑轨底端.合力F=mg sin θ(θ为滑轨倾角),F a>F b,因此合力对a滑块的冲量较大,a滑块的动量变化也大;重力的冲量大小、方向都相同;弹力F N=mg cos θ,F N a<F N b,因此弹力对a滑块的冲量较小.选C.变式2 (多选)如图3所示,一个物体在与水平方向成θ角的拉力F的作用下匀速前进了时间t,则( )图3A.拉力对物体的冲量大小为FtB.拉力对物体的冲量大小为Ft sin θC.摩擦力对物体的冲量大小为Ft sin θD.合外力对物体的冲量大小为零答案AD解析拉力F对物体的冲量就是Ft,所以A项正确,B项错误;物体受到的摩擦力F f=F cosθ,所以,摩擦力对物体的冲量大小为F f t =Ft cos θ,C 项错误;物体匀速运动,合外力为零,所以合外力对物体的冲量大小为零,D 项正确. 命题点二 动量定理的基本应用1.动量定理的理解(1)中学物理中,动量定理研究的对象通常是单个物体.(2)Ft =p ′-p 是矢量式,两边不仅大小相等,而且方向相同.式中Ft 是物体所受的合外力的冲量.(3)Ft =p ′-p 除表明两边大小、方向的关系外,还说明了两边的因果关系,即合外力的冲量是动量变化的原因. (4)由Ft =p ′-p ,得F =p ′-p t =Δpt,即物体所受的合外力等于物体的动量对时间的变化率.2.用动量定理解题的基本思路(1)确定研究对象.在中学阶段用动量定理讨论的问题,其研究对象一般仅限于单个物体. (2)对物体进行受力分析.可先求每个力的冲量,再求各力冲量的矢量和——合力的冲量;或先求合力,再求其冲量.(3)抓住过程的初、末状态,选好正方向,确定各动量和冲量的正负号. (4)根据动量定理列方程,如有必要还需要补充其他方程,最后代入数据求解.例3 (2015·重庆理综·3)高空作业须系安全带,如果质量为m 的高空作业人员不慎跌落,从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为h (可视为自由落体运动).此后经历时间t 安全带达到最大伸长,若在此过程中该作用力始终竖直向上,则该段时间安全带对人的平均作用力大小为( ) +mg -mg +mg -mg答案 A解析 由自由落体运动公式得人下降h 距离时的速度为v =2gh ,在t 时间内对人由动量定理得(mg -F )t =0-mv ,解得安全带对人的平均作用力为F =m 2ght+mg ,A 项正确. 变式3 篮球运动员通常伸出双手迎接传来的篮球.接球时,两手随球迅速收缩至胸前.这样做的目的是( ) A.减小球对手的冲量 B.减小球对手的冲击力 C.减小球的动量变化量 D.减小球的动能变化量答案 B变式4 (2015·安徽理综·22)一质量为 kg 的小物块放在水平地面上的A 点,距离A 点5 m 的位置B 处是一面墙,如图4所示.物块以v 0=9 m/s 的初速度从A 点沿AB 方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7 m/s ,碰后以6 m/s 的速度反向运动直至静止,g 取10 m/s 2.图4(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ;(2)若碰撞时间为 s ,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F ; (3)求物块在反向运动过程中克服摩擦力所做的功W . 答案 (1) (2)130 N (3)9 J解析 (1)对小物块从A 运动到B 处的过程,应用动能定理得-μmgs =12mv 2-12mv 02代入数值解得μ=(2)取向右为正方向,碰后物块速度v ′=-6 m/s 由动量定理得:F Δt =mv ′-mv 解得F =-130 N其中“-”表示墙面对物块的平均作用力方向向左. (3)对物块反向运动过程,应用动能定理得 -W =0-12mv ′2解得W =9 J命题点三 动量定理在多过程问题中的应用应用动量定理解决多过程问题的方法与动能定理类似,有分段列式和全程列式两种思路. 例4 一高空作业的工人重为600 N ,系一条长为L =5 m 的安全带,若工人不慎跌落时安全带的缓冲时间t =1 s(工人最终悬挂在空中),则缓冲过程中安全带受的平均冲力是多少?(g 取10 m/s 2,忽略空气阻力的影响) 答案 1 200 N ,方向竖直向下解析 解法一 分段列式法:依题意作图,如图所示,设工人刚要拉紧安全带时的速度为v 1,v 12=2gL ,得v 1=2gL经缓冲时间t =1 s 后速度变为0,取向下为正方向,对工人由动量定理知,工人受两个力作用,即拉力F 和重力mg ,所以(mg -F )t =0-mv 1,F =mgt +mv 1t将数值代入得F =1 200 N.由牛顿第三定律,工人给安全带的平均冲力F ′为1 200 N ,方向竖直向下.解法二 全程列式法:在整个下落过程中对工人应用动量定理,重力的冲量大小为mg (2Lg+t ),拉力F 的冲量大小为Ft .初、末动量都是零,取向下为正方向,由动量定理知mg (2Lg+t )-Ft =0解得F =mg2L g+tt=1 200 N由牛顿第三定律知工人给安全带的平均冲力F ′=F =1 200 N ,方向竖直向下.变式5 一个质量为m =100 g 的小球从离厚软垫h = m 高处自由下落,落到厚软垫上,若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了t = s ,则在这段时间内,软垫对小球的冲量是多少?(g =10 m/s 2)答案 N·s,方向竖直向上解析 设小球自由下落h = m 的时间为t 1,由h =12gt 12得t 1=2hg= s.设I 为软垫对小球的冲量,并令竖直向下的方向为正方向,则对小球整个运动过程运用动量定理得mg (t 1+t )+I =0,得I =- N·s.负号表示软垫对小球的冲量方向和规定的正方向相反,方向竖直向上.命题点四 应用动量定理处理“流体模型”的冲击力问题1.研究对象常常需要选取流体为研究对象,如水、空气等. 2.研究方法是隔离出一定形状的一部分流体作为研究对象,然后列式求解. 3.基本思路(1)在极短时间Δt 内,取一小柱体作为研究对象. (2)求小柱体的体积ΔV =vS Δt (3)求小柱体质量Δm =ρΔV =ρvS Δt (4)求小柱体的动量变化Δp =v Δm =ρv 2S Δt (5)应用动量定理F Δt =Δp例5 (2016·全国卷Ⅰ·35(2))某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为M 的卡通玩具稳定地悬停在空中.为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S 的喷口持续以速度v 0竖直向上喷出;玩具底部为平板(面积略大于S );水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开.忽略空气阻力.已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g .求:(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量;(2)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度.答案 (1)ρv 0S (2)v 022g -M 2g2ρ2v 02S2解析 (1)在刚喷出一段很短的Δt 时间内,可认为喷出的水柱保持速度v 0不变. 该时间内,喷出水柱高度Δl =v 0Δt ① 喷出水柱质量Δm =ρΔV②其中ΔV 为水柱体积,满足ΔV =ΔlS③由①②③可得:喷泉单位时间内喷出的水的质量为 ΔmΔt=ρv 0S (2)设玩具底板相对于喷口的高度为h 由玩具受力平衡得F 冲=Mg④其中,F 冲为水柱对玩具底板的作用力 由牛顿第三定律:F 压=F 冲⑤其中,F 压为玩具底板对水柱的作用力,设v ′为水柱到达玩具底面时的速度 由运动学公式:v ′2-v 02=-2gh⑥在很短Δt 时间内,冲击玩具的水柱的质量为Δm Δm =ρv 0S Δt⑦由题意可知,在竖直方向上,对该部分水柱应用动量定理 (F 压+Δmg )Δt =Δmv ′⑧由于Δt 很小,Δmg 也很小,可以忽略,⑧式变为F 压Δt =Δmv ′⑨由④⑤⑥⑦⑨可得h =v 022g -M 2g2ρ2v 02S2变式6 为估算池中睡莲叶面承受雨滴撞击产生的平均压强,小明在雨天将一圆柱形水杯置于露台,测得1小时内杯中水位上升了45 mm.查询得知,当时雨滴竖直下落速度约为12 m/s ,据此估算该压强约为(设雨滴撞击睡莲后无反弹,不计雨滴重力,雨水的密度为1×103kg/m 3)( ) Pa Pa PaPa答案 A解析 设雨滴受到支持面的平均作用力为F .设在Δt 时间内有质量为Δm 的雨水的速度由v =12 m/s 减为零.以向上为正方向,对这部分雨水应用动量定理:F Δt =0-(-Δmv )=Δmv ,得到F =ΔmΔt v .设水杯横截面积为S ,对水杯里的雨水,在Δt 时间内水面上升Δh ,则有Δm=ρS Δh ,得F =ρSv Δh Δt .压强p =F S =ρv Δh Δt =1×103×12×45×10-33 600Pa = Pa.变式7 如图5所示,由喷泉中喷出的水柱,把一个质量为M 的垃圾桶倒顶在空中,水以速率v 0、恒定的质量增率(即单位时间喷出的质量)ΔmΔt 从地下射向空中.求垃圾桶可停留的最大高度.(设水柱喷到桶底后以相同的速率反弹)图5答案 v 022g -M 2g 8(Δt Δm)2解析 设垃圾桶可停留的最大高度为h ,并设水柱到达h 高处的速度为v t ,则v t 2-v 02=-2gh得v t 2=v 02-2gh由动量定理得,在极短时间Δt 内,水受到的冲量为F Δt =2(ΔmΔt·Δt )v t 解得F =2Δm Δt ·v t =2ΔmΔt v 02-2gh据题意有F =Mg联立解得h =v 022g -M 2g 8(Δt Δm)21.物体的动量变化量的大小为5 kg·m/s,则( ) A.物体的动量在减小 B.物体的动量在增大 C.物体的动量大小也可能不变 D.物体的动量大小一定变化 答案 C2.(多选)关于物体的动量,下列说法中正确的是( )A.物体的动量越大,其惯性也越大B.同一物体的动量越大,其速度一定越大C.物体的加速度不变,其动量一定不变D.运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向答案BD3.质量为m的钢球自高处落下,以速度v1碰地,竖直向上弹回,碰撞时间极短,离地的速率为v2.在碰撞过程中,地面对钢球的冲量的方向和大小为( )A.向下,m(v1-v2)B.向下,m(v1+v2)C.向上,m(v1-v2)D.向上,m(v1+v2)答案D4.质量为 kg的球竖直向下以6 m/s的速度落至水平地面,再以4 m/s的速度反向弹回.取竖直向上为正方向,在小球与地面接触的时间内,关于球动量变化量Δp和合外力对小球做的功W,下列说法正确的是( )A.Δp=2 kg·m/s W=-2 JB.Δp=-2 kg·m/s W=2 JC.Δp=kg·m/s W=-2 JD.Δp=-kg·m/s W=2 J答案A5.(多选)从同样高度静止落下的玻璃杯,掉在水泥地上容易打碎,而掉在草地上不容易打碎,其原因是( )A.掉在水泥地上的玻璃杯动量大,而掉在草地上的玻璃杯动量小B.掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大,掉在草地上的玻璃杯动量改变小C.掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快,掉在草地上的玻璃杯动量改变慢D.掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时,相互作用力大,而掉在草地上的玻璃杯受地面的冲击力小答案CD6.如图1所示,质量为m的物体在水平外力F作用下以速度v沿水平面匀速运动,当物体运动到A点时撤去外力F,物体由A点继续向前滑行的过程中经过B点,则物体由A点到B点的过程中,下列说法正确的是( )图1越大,摩擦力对物体的冲量越大;摩擦力做功越多越大,摩擦力对物体的冲量越大;摩擦力做功与v的大小无关越大,摩擦力对物体的冲量越小;摩擦力做功越少越大,摩擦力对物体的冲量越小;摩擦力做功与v 的大小无关答案 D7.(2018·广东珠海调研)将质量为 kg 的小球以20 m/s 的初速度竖直向上抛出,不计空气阻力,g 取10 m/s 2,以下判断正确的是( )A.小球从被抛出至到达最高点受到的冲量大小为10 N·sB.小球从被抛出至落回出发点动量的变化量大小为零C.小球从被抛出至落回出发点受到的冲量大小为10 N·sD.小球从被抛出至落回出发点动量的变化量大小为10 N·s答案 A8.质量为1 kg 的物体做直线运动,其速度图象如图2所示,则物体在前10 s 内和后10 s 内所受外力的冲量分别是( )图2N·s 10 N·sN·s -10 N·s10 N·s-10 N·s答案 D9.物体在恒定的合力作用下做直线运动,在时间t 1内动能由零增大到E 1,在时间t 2内动能由E 1增加到2E 1,设合力在时间t 1内做的功为W 1,冲量为I 1,在时间t 2内做的功是W 2,冲量为I 2,则( )<I 2,W 1=W 2>I 2,W 1=W 2 >I 2,W 1<W 2=I 2,W 1<W 2答案 B10.(2018·河南邢台质检)一位质量为m 的运动员从下蹲状态向上起跳,经Δt 时间,身体伸直并刚好离开地面,速度为v .在此过程中( )A.地面对他的冲量为mv +mg Δt ,地面对他做的功为12mv 2 B.地面对他的冲量为mv +mg Δt ,地面对他做的功为零C.地面对他的冲量为mv ,地面对他做的功为12mv 2D.地面对他的冲量为mv -mg Δt ,地面对他做的功为零答案 B11.如图3所示,一质量为M 的长木板在光滑水平面上以速度v 0向右运动,一质量为m 的小铁块在木板上以速度v 0向左运动,铁块与木板间存在摩擦,为使木板能保持速度v 0向右匀速运动,必须对木板施加一水平力,直至铁块与木板达到共同速度v 0.设木板足够长,求此过程中水平力的冲量大小.图3答案 2mv 0解析 考虑M 、m 组成的系统,设M 运动的方向为正方向,根据动量定理有Ft =(M +m )v 0-(Mv 0-mv 0)=2mv 0则水平力的冲量I =Ft =2mv 0.12.质量为1 kg 的物体静止放在足够大的水平桌面上,物体与桌面间的动摩擦因数为μ=.有一大小为5 N 的水平恒力F 作用于物体上,使之加速前进,经3 s 后撤去F .求物体运动的总时间(g 取10 m/s 2). 答案 s解析 物体由开始运动到停止运动的全过程中,F 的冲量为Ft 1,摩擦力的冲量为F f t .选水平恒力F 的方向为正方向,根据动量定理有 Ft 1-F f t =0① 又F f =μmg② 联立①②式解得t =Ft 1μmg,代入数据解得t = s. 13.一辆轿车强行超车时,与另一辆迎面驶来的轿车相撞,两车相撞后,两车车身因相互挤压,皆缩短了 m ,据测算两车相撞前速度约为30 m/s.(1)试求车祸中车内质量约60 kg 的人受到的平均冲力.(2)若此人系有安全带,安全带在车祸过程中与人体的作用时间是1 s ,求这时人体受到的平均冲力.答案 (1)×104 N (2)×103N解析 (1)两车相撞时认为人与车一起做匀减速运动直到停止,位移为 m. 设运动的时间为t ,根据x =v 02t ,得t =2x v 0=130s , 根据动量定理Ft =Δp =mv 0得F =mv 0t =60×30130N =×104 N.mv0 t′=60×301N=×103 N.(2)若人系有安全带,则F′=。