动量、冲量和动量定理
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模型/提纲:动量定理一、动量、冲量、动量定理(1)动量①定义:运动物体的质量和速度的乘积叫做物体的动量,通常用p来表示。
②表达式:p=mv。
③单位:kg·m/s。
④动量的性质1.矢量性:方向与瞬时速度方向相同。
2.瞬时性:动量是描述物体运动状态的量,是针对某一时刻而言的。
3.相对性: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)冲量①定义:力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量。
②表达式:I=Ft。
单位:N·s。
③冲量的性质1.时间性:冲量由力决定,也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.二、对动量定理的理解和应用1.应用动量定理时应注意(1)动量定理的研究对象是一个质点(或可视为一个物体的系统)。
(2)动量定理的表达式是矢量式,在一维情况下,各个矢量必须选同一个正方向。
2.动量定理的应用(1)用动量定理解释现象①物体的动量变化一定,此时力的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小。
②作用力一定,此时力的作用时间越长,动量变化越大;力的作用时间越短,动量变化越小。
(2)应用I=Δp求变力的冲量。
(3)应用Δp=F·Δt求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化量。
3.应用动量定理解题的基本思路⭐理解动量定理时应注意(1)动量定理表明冲量既是使物体动量发生变化的原因,又是物体动量变化的量度.这里所说的冲量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).(2)动量定理的研究对象是一个质点(或可视为一个物体的系统).(3)动量定理是过程定理,解题时必须明确过程及初末状态的动量.(4)动量定理的表达式是矢量式,在一维情况下,各个矢量必须选一个规定正方向.(5)对过程较复杂的运动,可分段用动量定理,也可整个过程用动量定理。
冲量、动量定理冲量动量定理冲量:1,概念:⼒F 和时间t 的乘积叫做⼒F 在这⼀段时间内的冲量。
2,定义式:I=Ft3,单位:⽜秒,符号是NS4,对冲量的理解:(1)⽮量性:运算遵循平⾏四边形定则。
(2)过程性:是过程量。
(3)绝对性:⼒的冲量与参照物的选择⽆关。
动量定理1,内容:物体所受合⼒的冲量等于物体动量的变化2,表达式:0mv mv Ft t -=3,量定理适⽤于恒⼒,也适⽤于变⼒;对于变⼒,式中的F 应理解为变⼒在作⽤时间⾥的平均值。
如铁锤钉钉⼦。
例1如图所⽰,两个质量相等的物体从同⼀⾼度沿倾⾓不同的两个光滑固定斜⾯由静⽌⾃由滑下(α>θ),到达斜⾯底端的过程中()A .两物体所受重⼒冲量相同B .两物体所受合外⼒冲量不同C .两物体到达斜⾯底端时动量相同D .两物体到达斜⾯底端时动量不同例2恒⼒F 作⽤在质量为m 的物体上,如图所⽰,由于地⾯对物体的摩擦⼒较⼤,没有被拉动,则经时间t ,下列说法正确的是()A .拉⼒F 对物体的冲量⼤⼩为零B .拉⼒F 对物体的冲量⼤⼩为FtC .拉⼒F 对物体的冲量⼤⼩是Ft cosθD .合⼒对物体的冲量⼤⼩为零例3⽔平⾯上有质量相等的a 、b 两个物体,⽔平推⼒F 1、F 2分别作⽤在a 、b 上.⼀段时间后撤去推⼒,物体继续运动⼀段距离后停下. 两物体的v ―t 图线如图所⽰,图中AB ∥CD . 则整个过程中A .F 1的冲量等于F 2的冲量B .F 1的冲量⼤于F 2的冲量C .摩擦⼒对a 物体的冲量等于摩擦⼒对b 物体的冲量D .合外⼒对a 物体的冲量等于合外⼒对b 物体的冲量例4篮球运动员接传来的篮球时,通常要先伸出两臂迎接,⼿接触到球后,两臂随球迅速引⾄胸前.这样做可以A .减⼩篮球的动量变化率B .减⼩篮球对⼿的冲量C .减⼩篮球的动量变化量D .减⼩篮球的动能变化量(2)⼈从⾼处跳到低处,为了安全,⼀般都是脚尖先着地,这样做的⽬的是为了A .减⼩着地时所受冲量B .使动量增量变的更⼩C .增⼤⼈对地⾯的压强,起到安全作⽤D .延长对地⾯的作⽤时间,从⽽减⼩地⾯对⼈的作⽤⼒例5质量为m的⼩球在竖直光滑圆形内轨道中做圆周运动,周期为T,则以下说法正确的是()A.每运转⼀周,⼩球所受重⼒的冲量的⼤⼩为0 B.每运转⼀周,⼩球所受重⼒的冲量的⼤⼩为mgTC.每运转⼀周,⼩球所受合⼒的冲量的⼤⼩为0 D.每运转半周,⼩球所受重⼒的冲量的⼤⼩⼀定为mgT/2(2)下列运动过程中,在任意相等时间内,物体的动量变化量相等的是:A、匀速圆周运动B、竖直上抛运动C、平抛运动D、变加速直线运动例6⼀个质量为0.5kg的弹性⼩球,在光滑⽔平⾯上以l0m/s的速度垂直撞到墙上,碰撞后⼩球沿⼊射⽅向的相反⽅向运动,反弹后的速度⼤⼩与碰撞前相同。
冲量和动量、动量定理一、动量与冲量动量定理 1.动量在牛顿定律建立以前,人们为了量度物体作机械运动的“运动量”,引入了动量的概念。
当时在研究碰撞和打击问题时认识到:物体的质量和速度越大,其“运动量”就越大。
物体的质量和速度的乘积mv 遵从一定的规律,例如,在两物体碰撞过程中,它们的改变必然是数值相等、方向相反。
在这些事实基础上,人们就引用mv 来量度物体的“运动量”,称之为动量。
2.冲量要使原来静止的物体获得某一速度,可以用较大的力作用较短的时间或用较小的力作用较长的时间,只要力F 和力作用的时间的乘积相同,所产生的改变这个物体的速度效果就一样,在物理学中把F 叫做冲量。
3.质点动量定理由牛顿定律,容易得出它们的联系:对单个物体:即合外力的冲量等于动量的增量,这就是质点动量定理。
二、动量守恒定律对于相互作用的系统,在合外力为零的情况下,由牛顿第二定律和牛顿第三定律可得出物体的总动量保持不变。
即:++……+=……三、运用动量守恒定律的解题步骤1.明确研究对象,一般是两个或两个以上物体组成的系统;2.分析系统相互作用时的受力情况,判定系统动量是否守恒; 3.选定正方向,确定相互作用前后两状态系统的动量; 4.在同一地面参考系中建立动量守恒方程,并求解.四、碰撞1.弹性碰撞特点:系统动量守恒,机械能守恒.设质量m 1的物体以速度v 0与质量为m 2的在水平面上静止的物体发生弹性正碰,则有动量守恒:221101v m v m v m +=碰撞前后动能不变:222211111011v m v m v m +=所以012121v v m m m m +-=022211v v m =(注:在同一水平面上发生弹性正碰,机械能守恒即为动能守恒)[讨论]①当m l =m 2时,v 1=0,v 2=v 0(速度互换)②当m l <<m 2时,v 1≈-v 0,v 2≈O (速度反向) ③当m l >m 2时,v 1>0,v 2>0(同向运动)④当m l <m 2时,v 1<O ,v 2>0(反向运动)⑤当m l >>m 2时,v 1≈v,v 2≈2v 0 (同向运动)、 2.非弹性碰撞特点:部分机械能转化成物体的内能,系统损失了机械能两物体仍能分离.动量守恒 用公式表示为:m 1v 1+m 2v 2= m 1v 1′+m 2v 2′机械能的损失:)()(22221211212222121121'+'-+=∆v m v m v m v m E3.完全非弹性碰撞特点:碰撞后两物体粘在一起运动,此时动能损失最大,而动量守恒. 用公式表示为: m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v动能损失:221212222121121)()(v m m v m v mE k +-+=∆ 三、平均动量守恒问题——人船模型:1.特点:初态时相互作用物体都处于静止状态,在物体发生相对运动的过程中,某一个方向的动量守恒(如水平方向动量守恒).对于这类问题,如果我们应用“人船模型”也会使问题迅速得到解决,现具体分析如下:t ∆t ∆01mv mv v m t ma t F -=∆=∆=∆pt F ∆=∆t v m 11t v m 22n n v m +'+'2211v m v m n n v m 'lv 0 v S【模型】 如图所示,长为L 、质量为M 的小船停在静水中,一个质量m 的人立在船头,若不计水的粘滞阻力,当人从船头走到船尾的过程中,船和人对地面的位移各是多少? 〖分析〗四、“子弹打木块”模型此模型包括:“子弹打击木块未击穿”和“子弹打击木块击穿”两种情况,它们有一个共同的特点是:初态时相互作用的物体有一个是静止的(木块),另一个是运动的(子弹) 1.“击穿”类其特点是:在某一方向动量守恒,子弹有初动量,木块有或无初动量,击穿时间很短,击穿后二者分别以某一速度度运动【模型1】质量为M 、长为l 的木块静止在光滑水平面上,现有一质量为m 的子弹以水平初速度v 0射入木块,穿出时子弹速度为v ,求子弹与木块作用过程中系统损失的机械能。
动量、冲量和动量定理知识点睛知识点1 冲量1.定义2.理解要点(1)矢量性:(2)冲量的时间性.(3)冲量的计算(4)区别冲量和功知识点2 动量1.动量概念2.动量的变化知识点3 动量定理1.内容:物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化,即.2.理解要点(1)公式是矢量式,两边不仅大小相等,而且方向相同.公式中是物体所受合外力的冲量.可以先求出物体的合外力,若为恒力,则直接代入公式用求得;若不能求出合力,则先求出每一个分力的冲量,再将诸个分力的冲量合成,亦可得合外力的冲量.(2)公式除表明两边大小、方向关系外,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.(3)动量定理说明的是合外力的冲量与动量变化的关系,反映力对时间的积累效果,与物体的初、末动量无必然联系.动量变化的方向与合外力的冲量方向相同,而物体在某一时刻的动量方向跟合外力的冲量方向无必然联系.(4)定理不仅适用于单个物体,亦适用于物体系.对物体系,只需分析系统受的外力,而不必考虑系统内力,系统内力不改变系统的总动量.(5)动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动,对于微观现象和高速运动仍然适用.(6)动力学问题中的应用:在不涉及加速度和位移的情况下,研究运动和力的关系时,用动量定理求解一般较为方便.因为动量定理不仅适用于恒力作用,也适用于变力,而且也不需要考虑运动过程的细节.知识点4 动量定理的应用1.用动量定理解释现象2.应用动量定理解题的步骤3.应用动量定理解题的技巧例题精讲【例1】质量为的钢球自高处落下,以速率碰地,竖直向上弹回,碰撞时间极短,离地的速率为,在碰撞过程中,地面对钢球的冲量的方向和动量变化的大小为()A.向下, B.向下,C .向上,D .向上,【例2】 使质量为的物体做竖直上抛运动,后回到出发点,不计空气阻力,在此过程中物体动量的变化和所受的冲量分别是()A .,方向竖直向下;,方向竖直向上B .,方向竖直向上;,方向竖直向下C .和,方向均竖直向下D.和,方向均竖直向下【例3】如图所示,质量为的小滑块沿倾角为的斜面向上滑动,经过时间速度为零后又下滑,经过时间回到斜面底端,滑块在运动过程中受到的摩擦力大小始终为,在整个运动过程中,重力对滑块的总冲量为( )A .B .C .D .【例4】两质量相同的物体a和b分别静止在光滑的水平桌面上,因分别受到水平恒力作用,同时开始运动.若b所受的力为a的k 倍,经过t时间后分别用、和、表示在这段时间内a和b各自所受恒力的冲量和做功的大小,则有( )A., B.,C., D.,B【例5】水平面上有两个质量相等的物体a和b,它们分别在水平推力和作用下开始运动,分别运动一段时间后撤去推力,两个物体都将运动一段时间后停下.物体的v—t图线如图所示,图中线段AB∥CD.则以下说法正确的是( )①水平推力的大小 ②水平推力的大小 ③a所受摩擦力的冲量大于b所受摩擦力的冲量 ④a所受摩擦力的冲量小于b所受摩擦力的冲量A.①③ B.①④ C.②③ D.②④B【例6】如图所示,ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆,a、b、c、d位于同一圆周上,a点为圆周的最高点,d点为圆周的最低点.每根杆上都套着一个质量相同的小滑环(图中未画出),三个滑环分别从a、b、c处释放(初速为零),关于它们下滑的过程,下列说法中正确的是( )A.重力对它们的冲量相同B.弹力对它们的冲量相同C.合外力对它们的冲量相同D.它们的动能增量相同A【例7】如图,铁块压着一纸条放在水平桌面上,当以速度抽出纸条后,铁块掉在地上的点.若以速度抽出纸条,则铁块落地点为()A.仍在点B.点左边C.点右边不远处D.点右边原水平位移的两倍处解析:当以速度2v抽出纸条时,摩擦力对铁块的作用时间减少,由动量定理可知,铁块水平抛出的速度减小,帮将落到P点左边.答案:B【例8】把质量为的物体放在光滑的水平面上,如图所示,在与水平方向成角、大小为5N的力作用下从静止开始运动,在内力对物体的冲量为多少?物体获得的动量是多少?10N.s; 16kg.m/s【例9】两物体甲和乙分别在恒力和的作用下沿同一直线运动,它们的动量随时间变化关系如图所示,设甲在时间内受到的冲量大小为,乙在时间内受到的冲量大小为,则由图可知()A., B.,C., D.,解析:由图像知,动量的变化相等,由动量定理知,两种情况下冲量大小相等;由于F1的作用时间短,故F1较大.答案:A【例10】水平地面上有一木块,质量为m,它与地面间的动摩擦因数为,在水平恒力F作用下由静止开始运动,经过时间t撤去此力,木块又向前滑行一段时间2t才停下,此恒力F的大小为( )A. B.C. D.C 【例质量为m的小球在水平面内做半径为r的匀速圆周运动,它的11】角速度为,周期为T,在时间内,小球受到的冲量的大小为( )A. B. C. D.A【例12】如图所示,在倾角为30°的足够长的斜面上有一质量为m的物体,它受到沿斜面方向的力F的作用.力F可按图中(a)(b)(c)(d)所示的四种方式随时间变化(图中纵坐标是F与的比值,力沿斜面向上为正).已知此物体在时的速度为零,若用、、、分别表示上述四种受力情况下物体在3秒末的速率,则这四个速率中最大的是( )A. B.C. D.C【例13】一质量为的物体放在光滑的水平面上,现以恒力沿水平方向推物体,在相同的时间间隔内,下列说法正确的是( )A.物体的位移相同 B.物体动能的变化量相同C.对物体做功相等 D.物体的动量变化相同【例14】 一高空作业的工人体重为,系一条长为的安全带,若工人不慎跌落时安全带的缓冲时间,则安全带受到的冲力是多大?(取)【例15】 某消防队员从一个平台上跳下,下落后双脚触地,接着他用双腿弯曲的方法缓冲,使自身重心又下降了.在着地过程中,对他双脚的平均作用力估计为( )A .自身所受重力的倍B .自身所受重力的倍C .自身所受重力的倍D .自身所受重力的倍【例16】如图所示,为斜轨道,与水平面夹角,为水平轨道,两轨道在处通过一小段圆弧相连接,一质量为的小物块,自轨道的处从静止开始沿轨道下滑,最后停在轨道上的点,已知点高,物块与轨道间的动摩擦因数为,求:物块沿轨道段滑动的时间与沿轨道段滑动的时间之比等于【例17】质量为的列车,从某处开始进站并关闭动力,只在恒定阻力作用下减速滑行.已知它开始滑行时的初速度为,当它滑行了时,速度减小到,接着又滑行了一段距离后刚好到达站台停下,那么(1)关闭动力时列车的初动能为多大?(2)列车受到的恒定阻力为多大?(3)列车进站滑行的总时间为多大?。
第七章动量动量守恒考纲要求1、动量、冲量、动量定理Ⅱ2、动量守恒定律Ⅱ说明:动量定理和动量守恒定律的应用只限于一维的情况知识网络:单元切块:按照考纲的要求,本章内容可以分成两部分,即:动量、冲量、动量定理;动量守恒定律。
其中重点是动量定理和动量守恒定律的应用。
难点是对基本概念的理解和对动量守恒定律的应用。
§1 动量、冲量和动量定理知识目标一、动量1、动量:运动物体的质量和速度的乘积叫做动量.是矢量,方向与速度方向相同;动量的合成与分解,按平行四边形法则、三角形法则.是状态量;通常说物体的动量是指运动物体某一时刻的动量,计算物体此时的动量应取这一时刻的瞬时速度。
是相对量;物体的动量亦与参照物的选取有关,常情况下,指相对地面的动量。
单位是kg·m/s;2、动量和动能的区别和联系①动量的大小与速度大小成正比,动能的大小与速度的大小平方成正比。
即动量相同而质量不同的物体,其动能不同;动能相同而质量不同的物体其动量不同。
②动量是矢量,而动能是标量。
因此,物体的动量变化时,其动能不一定变化;而物体的动能变化时,其动量一定变化。
③因动量是矢量,故引起动量变化的原因也是矢量,即物体受到外力的冲量;动能是标量,引起动能变化的原因亦是标量,即外力对物体做功。
④动量和动能都与物体的质量和速度有关,两者从不同的角度描述了运动物体的特性,且二者大小间存在关系式:P2=2mE k3、动量的变化及其计算方法动量的变化是指物体末态的动量减去初态的动量,是矢量,对应于某一过程(或某一段时间),是一个非常重要的物理量,其计算方法:(1)ΔP=P t一P0,主要计算P0、P t在一条直线上的情况。
(2)利用动量定理ΔP=F·t,通常用来解决P0、P t;不在一条直线上或F为恒力的情况。
二、冲量1、冲量:力和力的作用时间的乘积叫做该力的冲量.是矢量,如果在力的作用时间内,力的方向不变,则力的方向就是冲量的方向;冲量的合成与分解,按平行四边形法则与三角形法则.冲量不仅由力的决定,还由力的作用时间决定。
而力和时间都跟参照物的选择无关,所以力的冲量也与参照物的选择无关。
单位是N·s;2、冲量的计算方法(1)I=F·t.采用定义式直接计算、主要解决恒力的冲量计算问题。
(2)利用动量定理 Ft=ΔP.主要解决变力的冲量计算问题,但要注意上式中F为合外力(或某一方向上的合外力)。
三、动量定理1、动量定理:物体受到合外力的冲量等于物体动量的变化.Ft=mv/一mv或 Ft=p/-p;该定理由牛顿第二定律推导出来:(质点m在短时间Δt内受合力为F合,合力的冲量是F合Δt;质点的初、未动量是 mv0、mv t,动量的变化量是ΔP=Δ(mv)=mv t-mv0.根据动量定理得:F合=Δ(mv)/Δt)2.单位:牛·秒与千克米/秒统一:l千克米/秒=1千克米/秒2·秒=牛·秒;3.理解:(1)上式中F为研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力。
(2)动量定理中的冲量和动量都是矢量。
定理的表达式为一矢量式,等号的两边不但大小相同,而且方向相同,在高中阶段,动量定理的应用只限于一维的情况。
这时可规定一个正方向,注意力和速度的正负,这样就把大量运算转化为代数运算。
(3)动量定理的研究对象一般是单个质点。
求变力的冲量时,可借助动量定理求,不可直接用冲量定义式.4.应用动量定理的思路:(1)明确研究对象和受力的时间(明确质量m和时间t);(2)分析对象受力和对象初、末速度(明确冲量I合,和初、未动量P0,P t);(3)规定正方向,目的是将矢量运算转化为代数运算;(4)根据动量定理列方程(5)解方程。
四、动量定理应用的注意事项1.动量定理的研究对象是单个物体或可看作单个物体的系统,当研究对象为物体系时,物体系的总动量的增量等于相应时间内物体系所受外力的合力的冲量,所谓物体系总动量的增量是指系统内各个的体动量变化量的矢量和。
而物体系所受的合外力的冲量是把系统内各个物体所受的一切外力的冲量的矢量和。
2.动量定理公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力。
它可以是恒力,也可以是变力。
当合外力为变力时F则是合外力对作用时间的平均值。
3.动量定理公式中的Δ(mv)是研究对象的动量的增量,是过程终态的动量减去过程始态的动量(要考虑方向),切不能颠倒始、终态的顺序。
4.动量定理公式中的等号表明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相等,方向一致,单位相同。
但考生不能认为合外力的冲量就是动量的增量,合外力的冲量是导致研究对象运动改变的外因,而动量的增量却是研究对象受外部冲量作用后的必然结果。
5.用动量定理解题,只能选取地球或相对地球做匀速直线运动的物体做参照物。
忽视冲量和动量的方向性,造成I与P正负取值的混乱,或忽视动量的相对性,选取相对地球做变速运动的物体做参照物,是解题错误的常见情况。
规律方法1、冲量和动量变化量的计算【例1】如图所示,倾角为α的光滑斜面,长为s ,一个质量为m 的物体自A点从静止滑下,在由A 到B 的过程中,斜面对物体的冲量大小是 ,重力冲量的大小是 。
物体受到的冲量大小是 (斜面固定不动). 解析:该题应用冲量的定义来求解.物体沿光滑料面下滑,加速度a=gsin α,滑到底端所用时间,由s=½at 2,可知t=a s /2=αsin /2g s 由冲量的定义式I N =Nt=mgcos ααcos /2g s , I G =mgt=mg αsin /2g sI 合=F 合t =mgsin ααsin /2g s点评:对力的冲量计算,学生比较习惯按做功的方法求,如I F 易算为Fcos θt ,而实际为Ft ,对支持力、重力的冲量通常因为与位移垂直而认为是零。
冲量和功不同。
恒力在一段时间内可能不作功,但一定有冲量。
对动量变化量,分不清应该用那个力的冲量来计算,实际只要求出合外力的冲量就可以了。
【例2】一单摆摆球质量m=0.2kg ,摆长l=0.5m .今将摆球拉高与竖直方向成50角处由静止释放,求摆球运动至平衡位置过程中重力的冲量和合力的冲量.(g =10 m /s 2)解析:摆球重力为恒力,且时间t 为单摆周期的1/4,即t=T/4=gl 2π.所以 I G =mg g l 2π=0.2×10×105.02π≈0.69 N ·s 摆球所受合力为变力,不能直接用公式I =Ft 计算,只能应用动量定理求之: F 合t =Δmv=m ()θcos 12-gl ≈0.039 N ·s答案:0.69 N ·S ;0.039 N ·S说明:(1)注意区别所求的是某一力的冲量还是合外力的冲量.(2)恒力的冲量一般直接由I =Ft 求,变力的冲量一般由I =ΔP 求.【例3】以初速度v 水平抛出一质量为m 的石块,不计空气阻力,则对石块在空中运动过程中的下列各物理量的判断正确的是( )A.在两个相等的时间间隔内,石块受到的冲量相同B.在两个相等的时间间隔内,石块动量的增量相同C.在两个下落高度相同的过程中,石块动量的增量相同D.在两个下落高度相同的过程中,石块动能的增量相同解析:不计空气阻力,石块只受重力的冲量,无论路程怎样,两个过程的时间相同,重力的冲量就相同,A 正确。
据动量定理,物体动量的增量等于它受到的冲量,由于在两个相等的时间间隔内,石块受到重力的冲量相同,所以动量的增量必然相同,B 正确。
由于石块下落时在竖直分方向上是作加速运动,两个下落高度相同的过程所用时间不同,所受重力的冲量就不同,因而动量的增量不同,C 错。
据动能定理,外力对物体所做的功等于物体动能的增量,石块只受重力作用,在重力的方向上位移相同,重力功就相同,因此动能增量就相同,D 正确。
答案:ABD 。
2、动量定理的初步应用【例4】如图所示,质量为2kg 的物体,放在水平面上,受到水平拉力F =4N 的作用,由静止开始运动,经过1s 撤去F ,又经过1s 物体停止,求物体与水平面间的动摩擦因数。
解析:在水平面上物体受力分析如图所示,据题意物体的运动分为两个阶段,第一阶段水平方向受拉力F 和摩擦力f 的作用,历时t 1=1s;第二阶段撤去F 后只受摩擦力f 的作用又历时t 2=ls.全过程初始速度为0,全过程结束时末速度也为0,所以总动量的增量为0.应用动量定理可列式:Ft l 一f(t l 十t 2)=0其中摩擦力f =μN=μmg 由以上两式得:()112410.12102Ft mg t t μ⨯===+⨯⨯ 注意:应用动量定理公式I =mv 2一mv l 时,不要把公式左边的冲量单纯理解为合外力的冲量,可以进一步理解为“外力冲量的矢量和”,这样就对全过程应用一次动量定理就可以解决问题而使思路和解题过程简化。
【例5】质量为m=2kg 的小球,从离地面h 1=5 m 高处自由下落,球和地面相碰后又反弹至h 2=3.2 m 高处,已知上述过程经历的时间t=1.9s ,求地面和小球间的平均弹力是多大? 解析:小球下落时是自由落体运动,下落时间和落地时末速不难求出,反跳后作竖直上抛运动,上升时间和上抛的初速度也能求出,和地面作用的时间为由总时间和下落与上升的时间差,用动量定理就能求出地面的作用力。
落地时速度:112210510/v gh m s ==⨯⨯=,下落所用时间:11252110h t s g ⨯=== 反弹后上升初速度:222210 3.28/v gh m s ==⨯⨯=,反弹后上升时间:222 3.220.810h t s g ⨯=== 对球和地面碰撞过程用动量定理,设向上方向为正:(F 一mg )(t 一t 1一t 2)=mv 2一(一mv I )()()121221082103801.910.8m v v F mg N t t t +⨯+=+=+⨯=----【例6】如图所示,A 、B 经细绳相连挂在弹簧下静止不动,A 的质量为m ,B 的质量为M ,当A 、B 间绳突然断开物体A 上升到某位置时速度为v ,这时B 下落速度为u ,在这段时间内弹簧弹力对物体A 的冲量为解析:把AB 作为一个整体应用动量定理得:(F -Mg-mg)t=mv +(-Mu)分别对A 、B 应用动量定理得:(F -mg )t=mv ,-Mgt=-Mu代入上式得I=Ft=mv +mgt=mv +mu=m (v +u )【例7】人从高处跳到低处时,为了延长碰撞时间,保护身体不受伤,脚着地后便自然地下蹲.(1)人的这种能力是A .应激性;B .反射;C .条件反射;D .非条件反射(2)某质量为50kg 的飞行员,从5 m 高的训练台上跳下,从脚着地到完全蹲下的时间约为1s ,则地面对他的作用力为多大?(g =10m /s 2)(3)假如该飞行员因心理紧张,脚着地后未下蹲,他和地碰撞的时间为0.01s ,则此时地对人的力又是多大?解析:(1)B 、D 正确 (2)下落 5m 时速度v t =gh 2=10m /s由动量定理得(F l -mg )t 1=mv F 1=mv/t 1+mg =1×103N(3)由动量定理得(F 2一mg )t 2=mv F 2=mv/t 2+mg =5.05×104N【例8】据报道,一辆轿车在高速强行超车时,与迎面驰来的另一辆轿车相撞,两车身因碰撞挤压,皆缩短了约0.5m,据测算相撞时两车的速度均为109km/s,试求碰撞过程中车内质量60kg 的人受到的平均冲击力约为多少?解析:两车相碰时认为人与车一起做匀减速运动直到停止,此过程位移为0.5m,设人随车做匀减速运动的时间为t,已知v 0≈30m/s,由00220.5123030v s s t t s v ⨯====得 根据动量定理有Ft=mv 0,解得F=5.4×104N【例9】滑块A 和B 用轻细绳连接在一起后放在水平桌面上,水平恒力F 作用在B 上,使A 、B 一起由静止开始沿水平桌面滑动,已知滑块A 、B 与水平桌面间的滑动摩擦因数μ,力F 作用t 秒后,A 、B 间连线断开,此后力F 仍作用于B ,试求:滑块A 刚刚停住时,滑块B 的速度多大?滑块A 、B 的质量分别为m A 、m B解析:(1)取滑块A 、B 为研究对象,研究A 、B 整体做加速运动的过程,根据动量定理,有:[F -μ(m A +m B )g]t =(m A +m B )V -0.由此可知A 、B 之间连线断开时,A 、B 的速度为V=[F -μ(m A +m B )g]t/(m A +m B )(2)研究滑块A 作匀减速运动过程,根据动量定理有:-μm A gt /=0-m A V将V 代入上式,可求得滑块A 作匀减速滑行时间为:t /=g V μ=()BA B A gm gm t g m m F μμμ++-][ (3)研究滑块A 、B 整体.研究从力F 作用开始直至A 停住的全过程.此过程中物体系统始终受到力F 及摩擦力的冲量,根据动量定理,有[F -μ(m A +m B )g](t +t /)=m B v B将t /代人上式,可求出滑块A 刚停住时滑块BR 的速度为v B =()()gm m m Ft g m m F B A B B A ++-μμ][ 【例10】质量为M 的金属块和质量为m 的木块用细线连在一起,在水中以加速度a 下沉,不计水的阻力。