445700 湖北省来凤一中彭桂铭 131***
物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化量,即,动量定理及其公式,形式简单,易懂易记.但容易出现在综合性试题中,且应用面宽,题型多变.
例1]一个水龙头以的速度喷出水柱,水柱的横截面积为,水柱垂直冲击竖直墙壁后,变成无数小水滴,被墙面**出,**出的水滴以速度向四周均匀飞溅,形成顶角为的圆锥面形状,如图1所示.求水柱对墙壁的冲击力.水的密度为.
解:在该问题中,与水和墙壁间的冲击力相比,重力对水柱的影响可以忽略不计.设龙头喷水方向为正方向.在时间内与墙壁发生碰撞的水柱质量为.设水柱受到的墙壁冲击力为.由动量定理得.即得。
水柱对墙壁的冲击力是的反作用力,大小为.
小结:1.动量定理公式是矢量式,建立方程时要注意各矢量的方向,本题中根据对称性,把冲量分解到水平方向和竖直方向,竖直方向分冲量的矢量和为零.2.动量定理中的力是合外力,本题中必须分析水受到的重力,只是重力比墙壁反冲击力小得多,可以忽略不计.
例2] 在宇宙飞船的实验舱内充满co2气体,且一段时间内压强不变,舱内有一块面积为s的平板舱壁,如图2所示.假设气体中各有l/6的分子分别向上、下、左、右、前、后六个方向运动,且每个分子的速率均为,设气体分子与平板碰撞后仍以原速率**.已知实验舱中单位体积内气体摩尔数为,气体的摩尔质量为,阿伏加德罗常数为.求co2气体对平板舱壁的压力.
解:每个分子的质量为,打击舱壁过程动量改变为.时间内打击舱壁的分子数为,这些分子动量改变的总量为.设它们受到的总的冲击力为,由动量定律有,即得,其反作用力就是气体对平板的压力,于是有。
小结:1.动量定理的研究对象可以是单一物体,也可是多个物体组成的系统,甚至是大量微观粒子组成的宏观系统;2.由于冲击作用过程时间极短,产生的变化很大,运用牛顿定律求解就比较困难,用动量定理可不考虑中间细节,只需分析整个过程中冲量的总体效果,是解决某些问题的重要方法.
例3]如图3所示,两平行金属板竖直放置,两板间距离为.在两板间加上电压.某时刻,计时开始,一质量为,电荷量为的小油滴,在两金属板间,正好具有平行于金属板的水平速度,求时,油滴速度的大小.计算中取.
解:油滴受到竖直向下的重力和水平方向垂直金属板的电场力的作用,合力为。
合力的与初速度垂直,即合力的冲量方向与初动量方向垂直.合力的冲量与初动量、末动量的关系如图4所示,由矢量关系得.于是得到,时,油滴速度为。
小结:1.初动量与动量的改变的矢量和等于末动量,而动量的改变等于合外力的冲量,利用矢量三角形关系,可以列出,初动量和末动量不在一条直线上的动量定理关系式.2.本题中,重力和电场力都与初速度垂直,则合力与初速度垂直,再进一步弄清冲量与动量的方向关系.
例4]两平行的足够长光滑金属导轨水平放置,相距,轨道之间以虚线为界分别有竖直向下和竖直身上的匀强磁场,左侧磁感应强度为,右侧磁感应强度为.a、b两导体棒垂直导轨旋转,处于虚线两侧,如图5所示.已知a、b棒质量均为,电阻为,导轨电阻不计,现给a棒一水平向右的初速度,求此后回路中产生的内能.
解:a棒向右运动,在a、b棒和导轨构成的回路中产生顺时针方向的感应电流,a棒受到向左的安培力,因而向右做减速运动,b受到向左的安培力而向左加速运动,最后都做匀速运动.设匀速运动时a、b速度大小分别为和,此时,a、b两棒产生的感应电动势抵消,即。
设安培力对b的冲量大小为,则安培力对a 的冲量大小为,由动量定理得。
由由以上三式,求得,.减少的动能等于回路中产生的内能:
小结:1.在本题中安培力是变力,如果用牛顿第二定律求速度就很困难,在变力作用过程中利用动量定理就很简捷;2.变力的冲量设为,而不用表示.
练习:航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器,其质量,动力系统提供的恒定升力.试飞时,飞行器从地面由静止开始竖直上升.设飞行器飞行时所受的阻力大小不变,取.在一次试飞过程中,飞行器飞行时,到达高度.求飞行器所受阻力的大小.
附简答:设时速度为,由动能定理和动量定理得,.解得.动能定理和动量定理的综合应用,是最为常见的一种题型。
动量定理的应用
1.应用动量定理解题的基本方法。1 动量定理反映了冲量的作用效果是使物体动量发生变化,并非产生了动量,也。不能认为合外力的冲量就是动量的变换。合外力的冲量是引起物体状态变化的。外在因素,而动量的变化是合外力冲量变化后的必然结果。2 动量定理是利用牛顿第二定律和运动学公式在恒力条件下推导出来的。一般来...
动量定理的应用
高考物理知识点复习之动量定理的六种应用。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,本文试从几...
动量定理的应用
1 如图,一恒力f与水平方向夹角为 作用在置于光滑水平面质量为m的物体上,作用时间为t,则力f的冲量为 a ft b mgt c fcos t d mg fsin t 2 a b两球质量相等,a球竖直上抛,b球平抛,两球在运动中空气阻力不计,则下述说法中正确的是 a 相同时间内,动量的变化大小相等,...