高中竞赛教程1.4.1 动量与冲量 动量定理
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动量、冲量及动量守恒定律动量和动量定理一、动量1.定义:运动物体的质量和速度的乘积叫动量;公式p=m v;2.矢量性:方向与速度的方向相同.运算遵循平行四边形定则.3.动量的变化量(1)定义:物体在某段时间内末动量与初动量的矢量差(也是矢量),Δp=p′-p(矢量式).(2)动量始终保持在一条直线上时的运算:选定一个正方向,动量、动量的变化量用带有正负号的数值表示,从而将矢量运算简化为代数运算(此时的正负号仅代表方向,不代表大小).4.与动能的区别与联系:(1)区别:动量是矢量,动能是标量.(2)联系:动量和动能都是描述物体运动状态的物理量,大小关系为E k=p22m或p=2mE k.二、动量定理1.冲量(1)定义:力与力的作用时间的乘积.公式:I=Ft.单位:牛顿·秒,符号:N·s.(2)矢量性:方向与力的方向相同.2.动量定理(1)内容:物体在一个运动过程中始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量.(2)公式:m v′-m v=F(t′-t)或p′-p=I.3.动量定理的应用碰撞时可产生冲击力,要增大这种冲击力就要设法减少冲击力的作用时间.要防止冲击力带来的危害,就要减小冲击力,设法延长其作用时间.(缓冲)题组一对动量和冲量的理解1.关于物体的动量,下列说法中正确的是() A.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B.物体的动能不变,其动量一定不变C.动量越大的物体,其速度一定越大D.物体的动量越大,其惯性也越大2.如图所示,在倾角α=37°的斜面上,有一质量为5 kg的物体沿斜面滑下,物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.2,求物体下滑2s的时间内,物体所受各力的冲量.(g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)3.(2014·西安高二期末)下列说法正确的是() A.动能为零时,物体一定处于平衡状态B.物体受到恒力的冲量也可能做曲线运动C.物体所受合外力不变时,其动量一定不变D.动能不变,物体的动量一定不变4.如图所示,质量为m的小滑块沿倾角为θ的斜面向上滑动,经过时间t1速度为零然后又下滑,经过时间t2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F1.在整个过程中,重力对滑块的总冲量为()A.mg sin θ(t1+t2) B.mg sin θ(t1-t2) C.mg(t1+t2) D.05.在任何相等时间内,物体动量的变化总是相等的运动可能是()A.匀速圆周运动B.匀变速直线运动C.自由落体运动D.平抛运动题组二动量定理的理解及定性分析1跳远时,跳在沙坑里比跳在水泥地上安全,这是由于()A.人跳在沙坑的动量比跳在水泥地上的小B.人跳在沙坑的动量变化比跳在水泥地上的小C.人跳在沙坑受到的冲量比跳在水泥地上的小D.人跳在沙坑受到的冲力比跳在水泥地上的小2.一个小钢球竖直下落,落地时动量大小为0.5 kg·m/s,与地面碰撞后又以等大的动量被反弹.下列说法中正确的是()A.引起小钢球动量变化的是地面给小钢球的弹力的冲量B.引起小钢球动量变化的是地面对小钢球弹力与其自身重力的合力的冲量C.若选向上为正方向,则小钢球受到的合冲量是-1 N·sD.若选向上为正方向,则小钢球的动量变化是1 kg·m/s3.如图所示,一铁块压着一纸条放在水平桌面上,当以速度v抽出纸条后,铁块掉到地面上的P点,若以2v速度抽出纸条,则铁块落地点为()A.仍在P点B.在P点左侧C.在P点右侧不远处D.在P点右侧原水平位移的两倍处题组三动量定理的有关计算1.一辆轿车强行超车时,与另一辆迎面驶来的轿车相撞,两车车身因相互挤压,皆缩短了0.5 m,据测算两车相撞前速度约为30 m/s,则:(1)假设两车相撞时人与车一起做匀减速运动,试求车祸中车内质量约60 kg的人受到的平均冲力是多大?(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为多大?动量守恒定律一、系统、内力与外力1.系统:相互作用的两个或多个物体组成一个力学系统.2.内力:系统中,物体间的相互作用力.3.外力:系统外部物体对系统内物体的作用力.二、动量守恒定律1.内容: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.2.表达式:对两个物体组成的系统,常写成:p1+p2p1′+p2′或m1v1+m2v2m1v1′+m2v2′.3.成立条件(1)系统不受外力作用.(2)系统受外力作用,但合外力为零.三、动量守恒定律的普适性动量守恒定律是一个独立的实验规律,它适用于目前为止物理学研究的一切领域.四、对动量守恒定律的理解1.研究对象相互作用的物体组成的系统.2.动量守恒定律的成立条件(1)系统不受外力或所受合外力为零.(2)系统受外力作用,合外力也不为零,但合外力远远小于内力.此时动量近似守恒.(3)系统所受到的合外力不为零,但在某一方向上合外力为零,则系统在该方向上动量守恒.3.动量守恒定律的几个性质(1)矢量性.公式中的v1、v2、v1′和v2′都是矢量,只有它们在同一直线上,并先选定正方向,确定各速度的正、负(表示方向)后,才能用代数方法运算.(2)相对性.速度具有相对性,公式中的v1、v2、v1′和v2′应是相对同一参考系的速度,一般取相对地面的速度.(3)同时性.相互作用前的总动量,这个“前”是指相互作用前的某一时刻,v1、v2均是此时刻的瞬时速度;同理,v1′、v2′应是相互作用后的同一时刻的瞬时速度.例1如图所示,A、B两物体质量之比m A∶m B=3∶2,原来静止在平板小车C上,A、B间有一根被压缩的弹簧,地面光滑.当弹簧突然释放后,则()A.若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同,A、B组成系统的动量守恒B.若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同,A、B、C组成系统的动量守恒C.若A、B所受的摩擦力大小相等,A、B组成系统的动量守恒D.若A、B所受的摩擦力大小相等,A、B、C 组成系统的动量守恒针对训练下列情形中,满足动量守恒条件的是()A.用铁锤打击放在铁砧上的铁块,打击过程中,铁锤和铁块的总动量B.子弹水平穿过放在光滑桌面上的木块的过程中,子弹和木块的总动量C.子弹水平穿过墙壁的过程中,子弹和墙壁的总动量D.棒击垒球的过程中,棒和垒球的总动量1.把一支弹簧枪水平固定在小车上,小车放在光滑水平地面上,枪射出一颗子弹时,关于枪、弹、车,下列说法正确的是()A.枪和弹组成的系统动量守恒B.枪和车组成的系统动量守恒C.枪弹和枪筒之间的摩擦力很小,可以忽略不计,故二者组成的系统动量近似守恒D.枪、弹、车三者组成的系统动量守恒2.木块a和b用一根轻弹簧连接起来,放在光滑水平面上,a紧靠在墙壁上.在b上施加向左的水平力使弹簧压缩,如图所示.当撤去外力后,下列说法正确的是()A.a尚未离开墙壁前,a和b组成的系统动量守恒B.a尚未离开墙壁前,a和b组成的系统动量不守恒C.a离开墙壁后,a和b组成的系统动量守恒D.a离开墙壁后,a和b组成的系统动量不守恒五、动量守恒定律简单的应用1.动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义(1)p=p′:(2)Δp1=-Δp2(3)Δp=0 (4)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′2.应用动量守恒定律的解题步骤(1)确定相互作用的系统为研究对象;(2)分析研究对象所受的外力;(3)判断系统是否符合动量守恒条件;(4)规定正方向,确定初、末状态动量的正、负号;(5)根据动量守恒定律列式求解.例2将两个完全相同的磁铁(磁性极强)分别固定在质量相等的小车上,水平面光滑.开始时甲车速度大小为3 m/s,乙车速度大小为2 m/s,方向相反并在同一直线上,如图所示.(1)当乙车速度为零时,甲车的速度多大?方向如何?(2)由于磁性极强,故两车不会相碰,那么两车的距离最小时,乙车的速度是多大?方向如何?题组一对动量守恒条件的理解1.关于系统动量守恒的条件,下列说法中正确的是()A.只要系统内存在摩擦力,系统的动量就不可能守恒B.只要系统中有一个物体具有加速度,系统的动量就不守恒C.只要系统所受的合外力为零,系统的动量就守恒D.系统中所有物体的加速度都为零时,系统的总动量不一定守恒2.如图所示,物体A的质量是B的2倍,中间有一压缩弹簧,放在光滑水平面上,由静止同时放开两物体后一小段时间内() A.A的速度是B的一半B.A的动量大于B的动量C.A受的力大于B受的力D.总动量为零3.在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧,如图所示,用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态.将两小车及弹簧看成一个系统,下面说法正确的是()A.两手同时放开后,系统总动量始终为零B.先放开左手,再放开右手后,动量不守恒C.先放开左手,后放开右手,总动量向左D.无论何时放手,两手放开后,在弹簧恢复原长的过程中,系统总动量都保持不变,但系统的总动量不一定为零题组二动量守恒定律的简单应用4.在高速公路上发生一起交通事故,一辆质量为1 500 kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3 000 kg向北行驶的卡车,碰撞后两辆车接在一起,并向南滑行了一小段距离后停下,根据测速仪的测定,长途客车碰前以20 m/s的速率行驶,由此可判断卡车碰撞前的行驶速率()A.小于10 m/s B.大于20 m/s,小于30 m/sC.大于10 m/s,小于20 m/s D.大于30 m/s,小于40 m/s5.将静置在地面上质量为M(含燃料)的火箭模型点火升空,在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体.忽略喷气过程重力和空气阻力的影响,则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是( )A. m M v 0B. M m v 0C. M M -mv 0 D. m M -mv 0 6.质量为M 的木块在光滑水平面上以速度v 1向右运动,质量为m 的子弹以速度v 2水平向左射入木块,要使木块停下来,必须使发射子弹的数目为(子弹留在木块中不穿出)( )A.(M +m )v 1m v 2B.M v 1(M +m )v 2C.M v 1m v 2D.m v 1M v 27.质量为M 的小船以速度v 0行驶,船上有两个质量均为m 的小孩a 和b ,分别静止站在船头和船尾.现小孩a 沿水平方向以速率v (相对于静止水面)向前跃入水中,然后小孩b 沿水平方向以同一速率v (相对于静止水面)向后跃入水中,则小孩b 跃出后小船的速度方向________,大小为________(水的阻力不计).题组三 综合应用8.光滑水平面上一平板车质量为M =50 kg ,上面站着质量m=70 kg的人,共同以速度v0匀速前进,若人相对车以速度v=2 m/s向后跑,问人跑动后车的速度改变了多少?。
动 量一.冲量、动量定理1.冲量:I =Ft ,相当于F -t 图象的面积。
2.动量定理:Ft =mv 2-mv 1(是矢量关系)。
3.动量定理的推广:∑∑=v m t F ∆∆。
1. 如图所示,水平面上有二个物体A 和B ,质量分别为m A =2Kg,m B =1Kg,A 与B 相距一定的距离,A 以v 0=10m/s 的初速度向静止的B 运动,与B 发生正碰后分开,分开后A 仍向原方向运动,已知A 从开始运动到停下来共运动6s 时间.求碰后B 能滑行的时间.(略去A 、B 的碰撞时间,A 和B 与地面之间的动摩擦因数都为0.1,重力加速度g =10m/s 2) (答案:8s )解:对系统,有动量定理:-μm A gt A -μm B gt B =0-m A v 0,t B =8s.2. 以速度大小为v 1竖直向上抛出一小球,小球落回地面时的速度大小为v 2,设小球在运动过程中受空气阻力大小与速度大小成正比,求小球在空中运动的时间.[答案:(v 1+v 2)/g ]解:因小球在运动过程中受到的阻力大小是变化的,所以无法直接用牛顿定律解,把物体运动过程分成无数段,则∑=s t v ∆。
上升过程,有动量定理:-mg ∆t -kv ∆t =m ∆v ,求和得:mgt 上+ks =mv 1. 同理下落过程:mgt 下-ks =mv 2.两式相加得:t =t 上+t 下=(v 1+v 2)/g .3. 质量为m 的均匀铁链,悬挂在天花板上,其下端恰好与水平桌面接触,当上端的悬挂点突然脱开后,求当有一半的铁链在水平桌面上时,铁链对桌面的压力. (答案:3mg /2)解:设铁链长为L ,则单位长度的质量为m /L ,当有一半的铁链在水平桌面上时,铁链对桌面的压力为:桌面上的铁链的重力F 1=mg /2和落到桌面上的铁链对桌面的冲力F 2之和. 取刚落到桌面上的一小段铁链作为研究对象,它的初速度v 0=gL gL=22,末速度v =0,质量∆m =v 0∆tm /L .有动量定理:22()0(),得.m m F mg t m Lg F Lg mg Lg mg tt∆∆-∆∆=-∆-=+∆≈=∆∆所以铁链对桌面的压力F =F 1+F 2=3mg /2.(F 2不能用动能定理,为什么?)4. 一根均匀柔软绳长为L ,质量为m ,对折后两端固定在一个钉子上.其中一端突然从钉子上脱落,如图所示.求下落端的端点离钉子的距离为x 时,钉子对绳子另一端的作用力.[答案:21mg (1+3x /L )] 解:当左边绳端离钉子的距离为x 时,左边绳长为x =21(L -x ),速度gx v 2=.右边绳长为21(L +x ),又经一段很短时间∆t 后,左边的绳子又有长度为21v ∆t 的一小段转移到右边去了,我们就分析这一小段绳子,这一小段绳子受两个力作用:上面绳子对它的拉力T 和它本身的重力21v ∆t λg (λ=m /L ,为绳子的线密度),根据动量定理(不能用动能定理,因在绳子受T 的作用过程有动能损失),设向上方向为正:(T -21v ∆t λg )∆t =0-(-21v ∆t λv ), 由于∆t 取得很小,因此这一小段绳子的重力相对于T 来说是很小的,可以忽略。
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。
1. 学习动量冲量的概念,动量定理的推导与应用2. 学习连续体与瞬时过程中使用动量定理的方法动量这一章无论在高考,竞赛,自主招生中都是典型的出压轴题的章节,学习难度大,高考主要考一维的动量定理与守恒,而自主招生与竞赛主要考察二维的动量定理与守恒,相对而言更强调熟练运用矢量分解原理的数学能力。
知识点睛一.概念引入1.动量⑴定义:运动物体的质量和速度的乘积叫做动量,p mv =.⑵动量表征物体的运动状态,是矢量,其方向与速度的方向相同,两个物体的动量相同必须是大小相等、方向相同.2.动量的变化量①0t p p p ∆=-.②动量的变化量是矢量,其方向与速度变化的方向相同,与合外力冲量的方向相同,跟动量的方向无关.③求动量变化量的方法:021t p p p mv mv ∆=-=-,p Ft ∆=3.冲量⑴定义:力和力的作用时间的乘积,叫做该力的冲量,I Ft =.⑵冲量表示力在一段时间内的累积作用效果,是矢量,其方向由力的方向决定,如果在作用时间内力的方向不变,冲量的方向就和力的方向相同.⑶求冲量的方法:I Ft =(适用于求恒力的冲量);I p =∆(适用于恒力和变力).二.动量定理内容:物体所受合外力的冲量,等于这个物体动量的变化量.三.知识理解1.动量变化p ∆:不指动量大小的变化,仍然必须用矢量计算,这个量是衡量动量大小方向总变化的一个物理量,大部分时候我们会把复杂的动量变化分解到几个独立的方向上进行计算。
2.动量定理可以认为是牛顿第二定律的过程式。
3.相互作用力的冲量等大反向。
4.对一个整体,内力总冲量为零。
例题精讲【例1】 一个质量为m 的小球,从高度为H 的地方自由落下,与水平地面碰撞后向上弹起,设碰撞时间为定值t ,则在碰撞过程中,下列关于小球对地面的平均冲击力与球弹起的高度h 的关系中正确的是(设冲击力远大于重力)( ).A .h 越大,平均冲击力越大B .h 越小,平均冲击力越大本讲导学 第7讲动量 动量定理C .平均冲击力大小与h 无关D .若h 一定,平均冲击力与小球质量成正比【例2】 如图,铁块压着一纸条放在水平桌面上,当以速度v 抽出纸条后,铁块掉在地上的P 点. 若以速度2v 抽出纸条,则铁块落地点为( )A. 仍在P 点B. P 点左边C. P 点右边不远处D. P 点右边原水平位移的两倍处【例3】 一个质量为2kg m =的物体,在18N F =的水平推力作用下,从静止开始沿水平面运动了15s t =,然后推力减小为25N F =,方向不变,物体又运动了24s t =后撤去外力,物体再经过36s t =停下来.试求物体在水平面上所受的摩擦力.【例4】 有一宇宙飞船以10km/s v =的速度在太空中飞行,突然进入一密度为7310kg/m ρ-=的微陨石尘区,假设微陨石尘与飞船碰撞后即附着在飞船上.欲使飞船保持原速度不变,试求飞船的助推器的助推力应增大多少?(已知飞船的正横截面积22m S =)【例5】 某种气体分子束由质量265.410kg m -=⨯速度460m/s v =的分子组成,各分子都向同一方向运动,垂直地打在某平面上后又以原速率反向弹回,如分子束中每立方米的体积内有200 1.510n =⨯个分子,求被分子束撞击的平面所受到的压强.复杂过程动量变化:【例6】 如图,A 、B 两小物体被平行于斜面的轻细线相连,均静止于斜面上.以平行于斜面向上的恒力拉A ,使A 、B 同时由静止起以加速度a 沿斜面向上运动.经时间1t ,细线突然被拉断.再经时间2t ,B上滑到最高点.已知A 、B 的质量分别为1m 、2m ,细线断后拉A 的恒力不变,求B 到达最高点时A 的速度.【例7】 如图所示,A 、B 两个物体位于水平地面上,它们与地面间的动摩擦因数均为μ=0.10。
第四讲 动量 角动量和能量
§4.1 动量与冲量 动量定理
4.1. 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。
4.1.2.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t ∆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 t ∆叫做冲量。
4.1.3.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:
01mv mv v m t ma t F -=∆=∆=∆ p t F ∆=∆
即冲量等于动量的增量,这就是质点动量定理。
在应用动量定理时要注意它是矢量式,速度的变化前后的方向可以在一条直线上,也可以不在一条直线上,当不在一直线上时,可将矢量投影到某方向上,分量式为:
x tx x mv mv t F 0-=∆ y ty y mv mv t F 0-=∆ z tz z mv mv t F 0-=∆
对于多个物体组成的物体系,按照力的作用者划分成内力和外力。
对各个质点用动量定理:
第1个 1I 外+1I 内=10111v m v m t -
第2个 2I 外+2I 内=20222v m v m t -
第n 个 n I 外+n I 内=0n n nt n v m v m -
由牛顿第三定律: 1I 内+2I 内+……+n I 内=0
因此得到:
1I 外+2I 外+ ……+n I 外=(t v m 11+t v m 22+……+nt n v m )-(101v m +202v m +……0n n v m ) 即:质点系所有外力的冲量和等于物体系总动量的增量。
§4,2 角动量 角动量守恒定律
动量对空间某点或某轴线的矩,叫动量矩,也叫角动量。
它的求法跟力矩完全一样,只要把力F 换成动量P 即可,故
B 点上的动量P 对原点O 的动量矩J 为
P r J ⨯= (r
=) 以下介绍两个定理:
(1).角动量定理: 质点对某点或某轴线的动量矩对时间的微商,等于作用在该质点上的力对
比同点或同轴的力矩,即
M dt dJ = (M 为力矩)。
(2).角动量守恒定律
如果质点不受外力作用,或虽受外力作用,但诸外力对某点的合力矩为零,则对该点来讲,质点的动量矩J 为一恒矢量,这个关系叫做角动量守恒定律 即
r ×F=0,则J=r ×mv=r ×P=恒矢量
§4.3动量守恒定律
动量守恒定律是人们在长期实践的基础上建立的,首先在碰撞问题的研究中发现了它,随着实践范围的扩大,逐步认识到它具有普遍意义,
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: t v m 11+t v m 22+……+n n v m =+'+'221
1v m v m ……n n v m '
上式就是动量守恒定律的数学表达式。
应用动量守恒定律应注意以下几点: (1)动量是矢量,相互作用的物体组成的系统的总动量是指组成物体系的所有物体的动量的矢量和,而不是代数和,在具体计算时,经常采用正交分解法,写出动量守恒定律的分量方程,这样可把矢量运算转化为代数运算,
(2)在合外力为零时,尽管系统的总动量恒定不变,但组成系统的各个物体的动量却可能不断变化,系统的内力只能改变系统内物体的动量,却不能改变系统的总动量。
在合外力不为零时,系统的总动量就要发生改变,但在垂直于合外力方向上系统的动量应保持不变,即合外力的分量在某一方向上为零,则系统在该方向上动量分量守恒。
(3)动量守恒定律成立的条件是合外力为零,但在处理实际问题时,系统受到的合外力不为零,若内力远大于外力时,我们仍可以把它当作合外力为零进行处理,动量守恒定律成立。
如遇到碰撞、爆炸等时间极短的问题时,可忽略外力的冲量,系统动量近似认为守恒。
(4)动量守恒定律是由牛顿定律导出的,牛顿定律对于分子、原子等微观粒子一般不适用,而动量守恒定律却仍适用。
因此,动量守恒定律是一条基本规律,它比牛顿定律具有更大的普遍性。
动量守恒定律的推广 由于一个质点系在不受外力的作用时,它的总动量是守恒的,所以一个质点系的内力不能改变它质心的运动状态,这个讨论包含了三层含意:
(1)如果一个质点系的质心原来是不动的,那么在无外力作用的条件下,它的质心始终不动,即位置不变。
(2)如果一个质点系的质心原来是运动的,那么在无外力作用的条件下,这个质点系的质心将以原来的速度做匀速直
线运动。
(3)如果一个质点系的质心在某一个外
力作用下作某种运动,那么内力不能改变质心
的这种运动。
比如某一物体原来做抛体运动,
如果突然炸成两块,那么这两块物体的质心仍
然继续做原来的抛体运动。
如果一个质量为A m 的半圆形槽A 原来静止
在水平面上,原槽半径为R 。
将一个质量为B
m 的滑块B 由静止释放(图4-3-1),若不计一
切摩擦,问A 的最大位移为多少? 由于A 做的是较复杂的变加速运动,因此很难用牛顿定律来解。
由水平方向动量守恒和机械能守恒,可知B 一定能到达槽A
右边的最高端,而且这一瞬间
图4-3-1
A 、
B 相对静止。
因为A 、B 组成的体系原来在水平方向的动量为零,所以它的质心位置应该不变,初始状态A 、B 的质心距离圆槽最低点的水平距离为:
R m m m s B A B ⋅+=。
所以B 滑到槽A 的右边最高端时,A 的位移为(图4-3-2)
R m m m s B A B ⋅+=22
如果原来A 、B 一起以速度v 向右运动,用胶水将B 粘在槽A 左上端,某一时刻胶水突然失效,B 开始滑落,仍然忽略一切摩擦。
设从B 脱落到B 再次与A 相对静止的时间是t ,那么这段时间内A 运动了多少距离?
B 脱落后,A 将开始做变加速运动,但A 、B 两物体的质心仍然以速度v 向右运动。
所以在t 时间内A 运动的距离为:
R m m m vt L B A B +-
=2。