动量定理的综合应用

发布 2022-09-14 13:36:28 阅读 9657

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

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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,...