动量 机械能

动量机械能动量一、知识要点(一)重要的概念1.动量定义：把物体的质量和运动速度的乘积叫物体的动量公式：P=m·v 单位：千克米/秒理解：动量是矢量，方向与v相同，v指即时速度2.动量的变化定义：物体的末动量减初动量叫物体动量的变化公式：ΔP=P′-P=mv′-mv 单位：千克米/秒或牛顿·秒理解：动量的变化是矢量，方向与Δv相同即Δv矢量，“减”是末动量矢量减初动量矢量，即平行四边形法则3.冲量定义：把t和力的作用时间的乘积叫力的冲量公式：I=F·t 单位：牛顿·秒或千克米/秒理解：冲量是矢量、方向与F相同。

(二)基本规律1.动量定理语言表述：合外力对物体的冲量等于物体动量的变化公式：F合·t=ΔP=mv′-mv理解：F合是合外力而不是某个力，合外力是恒力时ΔP与F合同向且为冲量的方向，合外力的方向变化时冲量与ΔP同向。

2.动量守衡定律语言叙述：相互作用的物体，如果不受外力作用或者它们所受的外力之和为零，它们的总动量保持不变。

公式：两个物体相互作用时，m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′理解：系统所受外力的合力虽不为零，但比系统内力小得多，如碰撞过程中的摩擦力，爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力来小得多，可以忽略不计。

系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分量为零，则在该方向上的系统的总动量的分量保持不变。

二、能力延伸1.动量、动量的变化、冲量都是矢量，正、负号表示跟规定的正方向相同或相反。

2.ΔP=P′-P，ΔP的方向可以跟初动量P相同；可以跟初动量P的方向相反，也可以跟初动量的方向成某一角度。

3.动量定理不仅适用于恒定的力，也适用于随时间变化的力，对于变力，动量定理中的力F 应当理解为变力在作用时间内的平均值。

4.求变力的冲量，不能直接用F·t 求解，应该由动量定律根据动量的变化间接求解，也可以 F-t 图像下的“面积”的计算方法求解。

5.用动量定理解释现象的题目一般有两类：一类是物体的动量的变化是一定的，此时力的作用时间越短，力就越大，时间越长，力就越小，另一类是作用力是相同的，此时力的作用时间越长，动量变化越大；动量变化越小的物体用的时间越短，分析问题时，要把哪个量相同 哪个量不同弄清楚。

6.动量为状态量，对应的速度应为瞬时速度，动量守恒定律中的“总动量保持不变”指的应是系统的始、末两个时刻的总动量相等，或系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等。

7.动量守恒公式中各速度都要相对同一惯性参照系，地球及相对地球静止或相对地球匀速直线运动的物体即为惯性参照系，所以在应用动量守恒定律研究地面上物体的运动时，一般以地球为参照系，如果题目中告诉的速度是物体间的相对速度，则要把它变换成对地的速度。

8.在碰撞和爆炸现象中，一般都满足内力远大于外力，故可以用动量守恒定律处理。

9.一般的碰撞过程中，有正碰和斜碰，中学物理只研究正碰的情况。

若碰撞过程中无能量损失，这种碰撞叫做弹性碰撞，若碰撞中有能量损失，则叫非完全弹性碰撞，若两物体碰后粘合在一起，这种碰撞动量损失最大，叫完全非弹性碰撞。

五、典型例题例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gH g H t 2sin 1sin 22αα==，力的大小依次是mg 、 mg cos α和mg sin α，所以它们的冲量依次是：gH m I gH m I gH m I N G 2,tan 2,sin 2===合αα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. 以初速度v 0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 =F t =m g t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；当合外力为变力时，在高中阶段只能用Δp 来求。

例3. 鸡蛋从同一高度自由下落，第一次落在地板上，鸡蛋被打破；第二次落在泡沫塑料垫上，没有被打破。

这是为什么？解：两次碰地（或碰塑料垫）瞬间鸡蛋的初速度相同，而末速度都是零也相同，所以两次碰撞过程鸡蛋的动量变化相同。

根据Ft =Δp ，第一次与地板作用时的接触时间短，作用力大， 所以鸡蛋被打破；第二次与泡沫塑料垫作用的接触时间长，作用力小，所以鸡蛋没有被打破。

（再说得准确一点应该指出：鸡蛋被打破是因为受到的压强大。

鸡蛋和地板相互作用时的接触面积小而作用力大，所以压强大，鸡蛋被打破；鸡蛋和泡沫塑料垫相互作用时的接触面积大而作用力小，所以压强小，鸡蛋未被打破。

）例4. 某同学要把压在木块下的纸抽出来。

第一次他将纸迅速抽出，木块几乎不动；第二次他将纸较慢地抽出，木块反而被拉动了。

这是为什么？解：物体动量的改变不是取决于合力的大小，而是取决于合力冲量的大小。

在水平方向上，第一次木块受到的是滑动摩擦力，一般来说大于第二次受到的静摩擦力；但第一次力的作用时间极短，摩擦力的冲量小，因此木块没有明显的动量变化，几乎不动。

第二次摩擦力虽然较小，但它的作用时间长，摩擦力的冲量反而大，因此木块会有明显的动量变化。

例5. 质量为m 的小球，从沙坑上方自由下落，经过时间t 1到达沙坑表面，又经过时间t 2停在沙坑里。

求：⑴沙对小球的平均阻力F ；⑵小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I 。

解：设刚开始下落的位置为A ，刚好接触沙的位置为B ，在沙中到达的最低点为C 。

⑴在下落的全过程对小球用动量定理：重力作用时间为t 1+t 2，而阻力作用时间仅为t 2，以竖直向下为正方向，有：m g (t 1+t 2)-F t 2=0, 解得：()221t t t mg F += ⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理：在t 1时间内只有重力的冲量，在t 2时间内只有总冲量（已包括重力冲量在内），以竖直向下为正方向，有：m g t 1-I =0,∴I =m g t 1这种题本身并不难，也不复杂，但一定要认真审题。

要根据题意所要求的冲量将各个外力灵活组合。

若本题目给出小球自由下落的高度，可先把高度转换成时间后再用动量定理。

当t 1>> t 2时，F >>mg 。

例6. 质量为M 的汽车带着质量为m 的拖车在平直公路上以加速度a 匀加速前进，当速度为v 0时拖车突然与汽车脱钩，到拖车停下瞬间司机才发现。

若汽车的牵引力一直未变，车与路面的动摩擦因数为μ，那么拖车刚停下时，汽车的瞬时速度是多大？解：以汽车和拖车系统为研究对象，全过程系统受的合外力始终为()a m M +，该过程经历时间为v 0/μg ，末状态拖车的动量为零。

全过程对系统用动量定理可得：()()()()000,v Mgg a m M v v m M v M g v a m M μμμ++='∴+-'=⋅+ 这种方法只能用在拖车停下之前。

因为拖车停下后，系统受的合外力中少了拖车受到的摩擦力，因此合外力大小不再是()a m M +。

例7. 质量为m =1kg 的小球由高h 1=0.45m 处自由下落，落到水平地面后，反跳的最大高度为h 2=0.2m ，从小球下落到反跳到最高点经历的时间为Δt =0.6s ，取g =10m/s 2。

求：小球撞击地面过程中，球对地面的平均压力的大小F 。

解：以小球为研究对象，从开始下落到反跳到最高点的全过程动量变化为零，根据下降、上升高度可知其中下落、上升分别用时t 1=0.3s 和t 2=0.2s ，因此与地面作用的时间必为t 3=0.1s 。

由动量定理得：mg Δt-Ft 3=0 ，F =60N例8. 质量为M 的楔形物块上有圆弧轨道，静止在水平面上。

质量为m 的小球以速度v 1向物块运动。

不计一切摩擦，圆弧小于90°且足够长。

求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v 。

解：系统水平方向动量守恒，全过程机械能也守恒。

在小球上升过程中，由水平方向系统动量守恒得：()vm M mv '+=1 由系统机械能守恒得：()mgH v m M mv +'+=2212121 解得()g m M Mv H +=221 全过程系统水平动量守恒，机械能守恒，得12v m M m v += 本题和上面分析的弹性碰撞基本相同，唯一的不同点仅在于重力势能代替了弹性势能。

例9. 动量分别为5kg ∙m/s 和6kg ∙m/s 的小球A 、B 沿光滑平面上的同一条直线同向运动，A 追上B 并发生碰撞后。

若已知碰撞后A 的动量减小了2kg ∙m/s ，而方向不变，那么A 、B 质量之比的可能范围是什么？解：A 能追上B ，说明碰前v A >v B ,∴B A m m 65>；碰后A 的速度不大于B 的速度， BA m m 83≤；又因为碰撞过程系统动能不会增加， BA B A m m m m 282326252222+≥+，由以上不等式组解得：7483≤≤B A m m此类碰撞问题要考虑三个因素：①碰撞中系统动量守恒；②碰撞过程中系统动能不增加；③碰前、碰后两个物体的位置关系（不穿越）和速度大小应保证其顺序合理。

例10. 设质量为m 的子弹以初速度v 0射向静止在光滑水平面上的质量为M 的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为d 。

求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。

解：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞。

从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：()v m M mv +=0从能量的角度看，该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。

设平均阻力大小为f ，设子弹、木块的位移大小分别为s 1、s 2，如图所示，显然有s 1-s 2=d 对子弹用动能定理：22012121mv mv s f -=⋅ ……① 对木块用动能定理：2221Mv s f =⋅ ……② ①、②相减得：()()2022022121v m M Mm v m M mv d f +=+-=⋅ ……③ 这个式子的物理意义是：f ∙d 恰好等于系统动能的损失；根据能量守恒定律，系统动能的损失应该等于系统内能的增加；可见Q d f =⋅，即两物体由于相对运动而摩擦产生的热（机械能转化为内能），等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积（由于摩擦力是耗散力，摩擦生热跟路径有关，所以这里应该用路程，而不是用位移）。

由上式不难求得平均阻力的大小：()dm M Mm v f +=220 至于木块前进的距离s 2，可以由以上②、③相比得出：d mM m s +=2 从牛顿运动定律和运动学公式出发，也可以得出同样的结论。