动量定理专题

发布 2022-09-14 12:16:28 阅读 8100

1.动量定理和牛顿第二定律的比较。

(1)动量定理反映的是力在时间上的积累效应的规律,而牛顿第二定律反映的是力的瞬时效应的规律。

(2)由动量定理得到的,可以理解为牛顿第二定律的另一种表达形式,即:物体所受的合外力等于物体动量的变化率。

(3)在解决碰撞、打击类问题时,由于力的变化规律较复杂,用动量定理处理这类问题更有其优越性。

4.应用动量定理解题的步骤。

①选取研究对象;

②确定所研究的物理过程及其始末状态;

③分析研究对象在所研究的物理过程中的受力情况;

规定正方向,根据动量定理列式;

⑤解方程,统一单位,求得结果。

用动量定理解释两类现象。

2.玻璃杯从同一高度自由落下,落到硬水泥地板上易碎,而落到松软的地毯上不易碎。这是为什么?

解释:玻璃杯易碎与否取决于落地时与地面间相互作用力的大小。由动量定理可知,此作用力的大小又与地面作用时的动量变化和作用时间有关。

因为杯子是从同一高度落下,故动量变化相同。但杯子与地毯的作用时间远比杯子与水泥地面的作用时间长,所以地毯对杯子的作用力远比水泥地面对杯子的作用力小。所以玻璃杯从同一高度自由落下,落到硬水泥地板上易碎,而落到松软的地毯上不易碎。

3. 如图,把重物压在纸带上,用一水平力缓缓拉动纸带,重物跟着一起运动,若迅速拉动纸带,纸带将会从重物下面抽出,解释这些现象的正确说法是( )

a.在缓慢拉动纸带时,重物和纸带间的摩擦力大。

b.在迅速拉动时,纸带给重物的摩擦力小。

c.在缓慢拉动时,纸带给重物的冲量大。

d.在迅速拉动时,纸带给重物的冲量小。

解析:在缓慢拉动时,两物体之间的作用力是静摩擦力,在迅速拉动时,它们之间的作用力是滑动摩擦力。由于通常认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力。

所以一般情况是:缓拉摩擦力小;快拉摩擦力大,故ab都错;缓拉纸带时,摩擦力虽小些,但作用时间很长,故重物获得的冲量可以很大,所以能把重物带动。快拉时摩擦力虽大些,但作用时间很短,故冲量小,所以动量改变也小,因此,cd正确。

总结升华:用动量定理解释现象一般可分为两类:一类是物体的动量变化一定,力的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小。

另一类是作用力一定,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。分析问题时,要搞清楚哪个量一定,哪个量变化。

【变式1】有些运动鞋底有空气软垫,请用动量定理解释空气软垫的功能。

解析:由动量定理可知,在动量变化相同的情况下,时间越长,需要的作用力越小。因此运动鞋底部的空气软垫有延长作用时间,从而减小冲击力的功能。

【变式2】机动车在高速公路上行驶,车速越大时,与同车道前车保持的距离也越大。请用动量定理解释这样做的理由。

解析:由动量定理可知,作用力相同的情况下,动量变化越大,需要的时间越长。因此,车速越大时,与同车道前车保持的距离也要越大。

类型三——动量定理的基本应用。

4. 质量为1t的汽车,在恒定的牵引力作用下,经过2s的时间速度由5m/s提高到8m/s,如果汽车所受到的阻力为车重的0.01,求汽车的牵引力?

思路点拨:此题中已知力的作用时间来求力可考虑用动量定理较为方便。

解析:⑴物体动量的增量△p=pˊ-p=103×8-103×5=3×103kg·m/s。

⑵根据动量定理可知:

答案:汽车所受到的牵引力为1598n。

总结升华:本题也是可以应用牛顿第二定律,但在已知力的作用时间的情况下,应用动量定理比较简便。

【变式】一个质量5kg的物体以4m/s的速度向右运动,在一恒力作用下,经过0.2s其速度变为8m/s向左运动。求物体所受到的作用力。

解析:规定初速度的方向即向右为正方向,根据动量定理可知:

负号表示作用力的方向向左。

答案:物体所受到的作用力为300n,方向向左。

类型四——求平均作用力。

5. 汽锤质量,从1.2m高处自由落下,汽锤与地面相碰时间为,碰后汽锤速度为零,不计空气阻力。求汽锤与地面相碰时,地面受到的平均作用力。

思路点拨:本题是动量定理的实际应用,分清速度变化是问题的关键。

解析:选择汽锤为研究对象,设汽锤落地是速度为,则有。

汽锤与地面相碰时,受力如图所示,选取向上为正方向,由动量定理得。

根据牛顿第三定律可知,地面受到的平均作用力大小为3498n,方向竖直向下。

答案:平均作用力大小为3498n,方向竖直向下。

总结升华:动量定理是合力的冲量;动量定理是矢量式。在解决这类竖直方向的打击问题中,重力是否能忽略,取决于与的大小,只有时,才可忽略,当然不忽略一定是正确的。

【变式1】蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为的运动员,从离水平网面高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回离水平网面高处。已知运动员与网接触的时间为。

若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小。(g取)

解析:运动员刚接触网时速度大小:,方向向下;

刚离开网时速度大小:,方向向上。

运动员与网接触的过程,设网对运动员的作用力为f,对运动员由动量定理有:

取向上为正方向,则。

解得:方向向上。

答案:n【变式2】质量为60kg的建筑工人,不慎从高空跌下,由于弹性安全带的保障,使他悬挂起来,已知弹性安全带缓冲时间为1.2s,安全带长为5m,则安全带所受的平均作用力。(g取)

解:对人在全过程中(从开始跌下到安全停止),由动量定理得:

mg(t1+t2)-ft2=0

t1==s=1s

t2=1.2s

∴f==n=1100n

根据牛顿第三定律可知,安全带所受的平均作用力为1100n。

点评:此题也可用上面的方法分两个阶段分别研究,无论是分过程的解法还是全过程的解法,一定要注意力与时间的对应以及始末状态的确定。

动量定理在系统中的应用。

8. 滑块a和b(质量分别为ma和mb)用轻细线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,如图。已知滑块a、b与水平面的滑动摩擦因数均为,在力f作用时间t后,a、b间连线突然断开,此后力f仍作用于b。

试求:滑块a刚好停住时,滑块b的速度多大?

思路点拨:在已知力的作用时间的情况下,可考虑应用动量定理求解比较简便。

解析:取滑块a、b构成的系统为研究对象。设f作用时间t后线突然断开,此时a、b的共同速度为v,根据动量定理,有。

解得。**断开后,滑块a经时间tˊ停止,根据动量定理有。

由此得。设a停止时,b的速度为vb。对于a、b系统,从力f开始作用至a停止的全过程,根据动量定理有。

将tˊ代入此式可求得b滑块的速度为。

总结升华:尽管系统内各物体的运动情况不同,但各物体所受的冲量之和仍等于各物体总动量的变化量。应用这个处理方法能使一些繁杂的运动问题求解更简便。

【变式】质量为m的金属块和质量为m的木块通过细线连在一起,从静止开始以加速度a在水中下沉。经过时间t,细线断了,金属块和木块分离。再经过时间,木块停止下沉,求此时金属块的速度?

解析:将金属块和木块看作一个系统,根据动量定理有:

最终木块停止下沉,即速度为零,所以只有金属块有动量,根据动量守恒定律有。

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