物理专题6：动量考点例析

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1、- 1 -物理专题（六）动量考点例析冲量和动量是物理学中的重要概念，动量定理和动量守恒是自然界中最重要、最普遍、 最基本的客观规律之一.动量定理和动量守恒定律是可以用牛顿第二定律导出，但适用范 围比牛顿第二定律要广。动量守恒定律广泛应用于碰撞、爆炸、冲击；近代物理中微观 粒子的研究，火箭技术的发展都离不开动量守恒定律有关的物理知识。在自然界中，大 到天体间的相互作用，小到如质子、中子等基本粒子间的相互作用，都遵守动量守恒定 律。本章内容高考年年必考，题型全面，选择题主要考查动量的矢量性，辨析“动量和 动能” 、 “冲量与功”的基本概念；常设置一个瞬间碰撞的情景，用动量定理求变力的冲 量；或求出

2、平均力；或用动量守恒定律来判定在碰撞后的各个物体运动状态的可能值； 计算题主要考查综合运用牛顿定律、能量守恒、动量守恒解题的能力。一般过程复杂、 难度大、能力要求高，经常是高考的压轴题。如：1998 年全国卷第 10、25 题、1999 年 上海卷第 25 题、2000 年全国卷第 22 题、2003 年全国卷第 20 题、2004 年理综全国卷第 25 题的柴油机打桩问题、2004 年江苏物理卷第 18 题、2004 年广东物理卷第 17 题等。高 考中有关动量的计算题在分析解答问题的过程中常会运用数学的归纳、推理的方法，解 答多次反复碰撞问题，要求考生将物理问题经过分析、推理转化为数学问题

3、，然后运用 数学解决物理问题。运用数学解决物理问题的能力是高考中能力考查的重点内容之一， 加强这方面的练习十分必要。 一、夯实基础知识一、夯实基础知识 1 1、深刻理解动量的概念、深刻理解动量的概念(1)定义：物体的质量和速度的乘积叫做动量：p=mv（2）动量是描述物体运动状态的一个状态量，它与时刻相对应。（3）动量是矢量，它的方向和速度的方向相同。（4）动量的相对性：由于物体的速度与参考系的选取有关，所以物体的动量也与参 考系选取有关，因而动量具有相对性。题中没有特别说明的，一般取地面或相对地面静 止的物体为参考系。（5）动量的变化：.由于动量为矢量，则求解动量的变化时，其运算0pppt遵循

4、平行四边形定则。 A、若初末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算。B、若初末动量不在同一直线上，则运算遵循平行四边形定则。- 2 -（6）动量与动能的关系：，注意动量是矢量，动能是标量，动量改变，kmEP2动能不一定改变，但动能改变动量是一定要变的。2 2、深刻理解冲量的概念、深刻理解冲量的概念(1)定义:力和力的作用时间的乘积叫做冲量：I=Ft(2)冲量是描述力的时间积累效应的物理量，是过程量，它与时间相对应。(3)冲量是矢量，它的方向由力的方向决定（不能说和力的方向相同） 。如果力的方向 在作用时间内保持不变，那么冲量的方向就和力的方向相同。如果力的方向在不断变

5、化， 如绳子拉物体做圆周运动，则绳的拉力在时间 t 内的冲量，就不能说是力的方向就是冲量 的方向。对于方向不断变化的力的冲量，其方向可以通过动量变化的方向间接得出。(4)高中阶段只要求会用 I=Ft 计算恒力的冲量。对于变力的冲量，高中阶段只能利 用动量定理通过物体的动量变化来求。(5)要注意的是：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。特 别是力作用在静止的物体上也有冲量。3 3、深刻理解动量定理、深刻理解动量定理 （1）.动量定理：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。既 I=p （2）动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因，冲量是物体动量变化的量度。 这里所说的冲量

6、必须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） 。 （3）动量定理给出了冲量（过程量）和动量变化（状态量）间的互求关系。（4）现代物理学把力定义为物体动量的变化率：（牛顿第二定律的动量形式） 。 tPF（5）动量定理的表达式是矢量式。在一维的情况下，各个矢量必须以同一个规定的方 向为正。4 4、深刻理解动量守恒定律、深刻理解动量守恒定律 （1）.动量守恒定律：一个系统不受外力或者受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。 即：22112211vmvmvmvm（2）动量守恒定律成立的条件 系统不受外力或者所受外力之和为零；1系统受外力，但外力远小于内力，可以忽略不计；2系统

7、在某一个方向上所受的合外力为零，则该方向上动量守恒。3全过程的某一阶段系统受的合外力为零，则该阶段系统动量守恒。4- 3 -（3）.动量守恒定律的表达形式：除了，即22112211vmvmvmvmp1+p2=p1/+p2/外，还有：p1+p2=0，p1= -p2 和1221 vv mm （4）动量守恒定律的重要意义 从现代物理学的理论高度来认识，动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。 （另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。 ）从科学实践的角度来看，迄今为止，人 们尚未发现动量守恒定律有任何例外。相反，每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒 定律的现象时，物理学家们就会提出新的假设来补救

8、，最后总是以有新的发现而胜利告 终。例如静止的原子核发生 衰变放出电子时，按动量守恒，反冲核应该沿电子的反方 向运动。但云室照片显示，两者径迹不在一条直线上。为解释这一反常现象，1930 年泡 利提出了中微子假说。由于中微子既不带电又几乎无质量，在实验中极难测量，直到 1956 年人们才首次证明了中微子的存在。 （2000 年高考综合题 23 就是根据这一历史事 实设计的） 。又如人们发现，两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量似乎也是不守 恒的。这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场，把电磁场的动量也考虑进去，总动 量就又守恒了。二、解析典型问题二、解析典型问题 问题问题 1 1：掌握求恒

9、力和变力冲量的方法。：掌握求恒力和变力冲量的方法。 恒力 F 的冲量直接根据 I=Ft 求，而变力的冲量一般要由动量定理或 F-t 图线与横轴 所夹的面积来求。 例 1、质量为 m 的小球由高为 H 的、倾角为 光滑斜面顶端无初速滑到底端过程中， 重力、弹力、合力的冲量各是多大？分析与解：力的作用时间都是，力的大小依次是 mg、gH gHt2 sin1 sin22mgcos 和 mg.sin，所以它们的冲量依次是：gHmIgHmIgHmING2,tan2,sin2合特别要注意，该过程中弹力虽然不做功，但对物体有冲量。 例 2、一个物体同时受到两个力 F1、F2的作用，F1、F2与时间 t 的关

10、系如图 1 所示， 如果该物体从静止开始运动，经过 t=10s 后 F1、F2以及合力 F 的冲 量各是多少？ 分析与解：经过 t=10s 后,F1的冲量 I1=1010/2=50N.S F2的冲量 I2=50N.S,合力 F 的冲量为 0.例 3、一质量为 100g 的小球从 0.80m 高处自由下落到一厚软 垫上若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了 0.2s，则这段 时间内软垫对小球的冲量为_(取 g=10m/s2，不计空气阻 力)图 1- 4 -分析与解:小球从高处自由下落到软垫陷至最低点经历了两个过程，从高处自由下落到接触软垫前一瞬间，是自由下落过程，接触软垫前一瞬间速度由：,求出g

11、hvt22.smghvt/42接触软垫时受到软垫向上作用力N和重力G(=mg)作用，规定向下为正，由动量定理：(mg-N)t=0-mtv故有：在重物与地面撞击问题中，是否考虑重力，取决于相互作用力与重力大小的比较， 此题中 N=0.3N，mg=0.1N，显然在同一数量级上，不可忽略若二者不在同一数量级， 相差极大，则可考虑忽略不计（实际上从同一高度下落，往往要看撞击时间是否极短， 越短冲击力越大） 问题问题 2 2：掌握求动量及动量变化的方法。：掌握求动量及动量变化的方法。 求动量的变化要用平行四边形定则或动量定理。例 4、以初速度 v0平抛出一个质量为 m 的物体，抛出后 t 秒内物体的动量

12、变化是多少？分析与解：因为合外力就是重力，所以p=Ft=mgt例 5、 一粒钢珠从静止状态开始自由下落,然后陷人泥潭中。若把在空中下落的过程 称为过程，进人泥潭直到停止的过程称为过程, 则( )A、过程 I 中钢珠的动量的改变量等于重力的冲量B、过程中阻力的冲量的大小等于过程 I 中重力的冲量的大小C、I、两个过程中合外力的总冲量等于零D、过程中钢珠的动量的改变量等于零分析与解：根据动量定理可知,在过程 I 中,钢珠从静止状态自由下落.不计空气阻力, 小球所受的合外力即为重力,因此钢珠的动量的改变量等于重力的 冲量,选项 A 正确;过程 I 中阻力的冲量的大小等于过程 I 中重力的冲量的大小与

13、过程中重力的冲量的大小之和, 显然 B 选项不对;在 I、两个过程中,钢珠动量的改变量各不为零.且它们大小相等、方向 相反，但从整体看，钢珠动量的改变量为零,故合外力的总冲量等于零,故 C 选项正确,D 选项错误。因此，本题的正确选项为 A、C。问题问题 3 3：能：能应用动量定理求解相关问题应用动量定理求解相关问题 遇到涉及力、时间和速度变化的问题时.运用动量定理解答往往比运用牛顿运 动定律及运动学规律求解简便。应用动量定理解题的思路和一般步骤为：(l)明确研究对象和物理过程;(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况;(3)选取正方向,确定物体在运动过程中始末两状态的动量;(4)依据动量定理

14、列方程、求解。- 5 -1简解多过程问题。简解多过程问题。 例 6、一个质量为 m=2kg 的物体,在 F1=8N 的水平推力作用下,从静止开始沿水平 面运动了 t1=5s,然后推力减小为 F2=5N,方向不变,物体又运动了 t2=4s 后撤去外力,物体再经 过 t3=6s 停下来。试求物体在水平面上所受的摩擦力。分析与解：规定推力的方向为正方向,在物体运动的整个过程中,物体的初动量P1=0,末动量 P2=O。据动量定理有： 0)(3212211tttftFtF即：，解得 0)645(4558fNf4由例 6 可知,合理选取研究过程，能简化解题步骤,提高解题速度。本题也可以用牛顿 运动定律求解

15、。同学们可比较这两种求解方法的简繁情况。 .2.求解平均力问题求解平均力问题 例 7 、质量是 60kg 的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护作用， 最后使人悬挂在空中已知弹性安全带缓冲时间为 1.2s，安全带伸直后长 5m，求安全带 所受的平均冲量 （ g= 10ms2） 分析与解：人下落为自由落体运动，下落到底端时的速度为： ghV22 0smghV/1020取人为研究对象，在人和安全带相互作用的过程中，人受到重力 mg 和安全带给的冲 力 F，取 F 方向为正方向，由动量定理得： Ft=mVmV0所以， （方向竖直向下）NtmVmgF11000注意： 动量定理既适用于恒力作用

16、下的问题，也适用于变力作用下的问题如果 是在变力作用下的问题，由动量定理求出的力是在 t 时间内的平均值3 3、求解曲线运动问题、求解曲线运动问题 例 8、 如图 2 所示，以 Vo 10ms2的初速度、与水平方向成 300角抛出一个质量 m2kg 的小球忽略空气阻力的作用，g 取 10ms2求抛出后第 2s 末小球速度的大 小 分析与解：小球在运动过程中只受到重力的作用，在水平方向做匀速运动，在竖直 方向做匀变速运动，竖直方向应用动量定理得： Fyt=mVy-mVy0所以 mgt=mVy-(-mV0.sin300), 解得 Vy=gt-V0.sin300=15m/s.而 Vx=V0.cos300=sm/35在第 2s 未小球的速度大小