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1、 动量定理与动量守恒一、动量和冲量1动量物体的质量和速度的乘积叫做动量:p=mv动量是描述物体运动状态的一个状态量,它与时刻相对应。动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。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。(4)研究一条直线上的动量要选择正方向2动量的变化:由于动量为矢量,则求解动量的变化时,其运算遵循平行四边形定则。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冲量力和力的作用时间
2、的乘积叫做冲量:I=Ft(1)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。(2)冲量是矢量,它的方向由力的方向决定。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。(3)高中阶段只要求会用I=Ft计算恒力的冲量。(4)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。(5)必须清楚某个冲量是哪个力的冲量(6)求合外力冲量的两种方法:A、求合外力,再求合外力的冲量 B、先求各个力的
3、冲量,再求矢量和二、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)。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。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)。动量定理和牛顿第二定律的联系与区别、 形式可以相互转化、动量的变化率,表示动量变化的快慢、牛顿定律适用宏观低速,而动量定理适用于宏观微观高速低速、都是以地面为参考系 (4)动量定理表达式是矢量式。在一维情况下,各个矢量以同一个规定的方向为
4、正。(5)如果是变力,那么F表示平均值(6)对比于动能定理 I F t m v 2 m v 1 W F s m v 22 m v 213动量定理的定量计算明确研究对象和研究过程。研究对象可以是一个物体,也可以是几个物体组成的质点组。质点组内各物体可以是保持相对静止的,也可以是相对运动的。研究过程既可以是全过程,也可以是全过程中的某一阶段。进行受力分析。只分析研究对象以外的物体施给研究对象的力。规定正方向。由于力、冲量、速度、动量都是矢量,在一维的情况下,列式前要先规定一个正方向,和这个方向一致的矢量为正,反之为负。写出初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和)。根据动量定理列
5、式求解。4在Ft图中的冲量:Ft图上的“面积”表示冲量的大小。三、动量守恒定律1动量守恒定律的内容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: 守恒是指整个过程任意时刻相等(时时相等,类比匀速) 定律适用于宏观和微观高速和低速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;系统受外力,但外力远小于内力,可以忽略不计;系统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动量守恒定律的表达形式(1),即p1+p2=p1/+p2/,(2)p1+p2=0,p1= -p24、理解:正方向同参同系微观和宏观都适用5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,
6、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。5应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法(1)分析题意,明确研究对象.在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把这些被研究的物体总称为系统.(2)要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力,哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力.在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件,判断能否应用动量守恒。(3)明确所研究的相互作用过程,确定过程的始、末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。注意
7、:在研究地面上物体间相互作用的过程时,各物体的速度均应取地球为参考系。(4)确定好正方向建立动量守恒方程求解。四、动量守恒定律的应用1碰撞A A B A B A Bv1vv1/v2/ 两个物体在极短时间内发生相互作用,这种情况称为碰撞。由于作用时间极短,一般都满足内力远大于外力,所以可以认为系统的动量守恒。碰撞又分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三种。仔细分析一下碰撞的全过程:设光滑水平面上,质量为m1的物体A以速度v1向质量为m2的静止物体B运动,B的左端连有轻弹簧。在位置A、B刚好接触,弹簧开始被压缩,A开始减速,B开始加速;到位置A、B速度刚好相等(设为v),弹簧被压缩到最短;再往后
8、A、B开始远离,弹簧开始恢复原长,到位置弹簧刚好为原长,A、B分开,这时A、B的速度分别为。全过程系统动量一定是守恒的;而机械能是否守恒就要看弹簧的弹性如何了。(1)弹簧是完全弹性的。系统动能减少全部转化为弹性势能,状态系统动能最小而弹性势能最大;弹性势能减少全部转化为动能;因此、状态系统动能相等。这种碰撞叫做弹性碰撞。由动量守恒和能量守恒可以证明A、B的最终速度分别为:。(这个结论最好背下来,以后经常要用到。)(2)弹簧不是完全弹性的。系统动能减少,一部分转化为弹性势能,一部分转化为内能,状态系统动能仍和相同,弹性势能仍最大,但比小;弹性势能减少,部分转化为动能,部分转化为内能;因为全过程系
9、统动能有损失(一部分动能转化为内能)。这种碰撞叫非弹性碰撞。(3)弹簧完全没有弹性。系统动能减少全部转化为内能,状态系统动能仍和相同,但没有弹性势能;由于没有弹性,A、B不再分开,而是共同运动,不再有过程。这种碰撞叫完全非弹性碰撞。可以证明,A、B最终的共同速度为。在完全非弹性碰撞过程中,系统的动能损失最大,为:。v1【例1】 质量为M的楔形物块上有圆弧轨道,静止在水平面上。质量为m的小球以速度v1向物块运动。不计一切摩擦,圆弧小于90且足够长。求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v。【例2】 动量分别为5kgm/s和6kgm/s的小球A、B沿光滑平面上的同一条直线同向运动,A追上B并
10、发生碰撞后。若已知碰撞后A的动量减小了2kgm/s,而方向不变,那么A、B质量之比的可能范围是什么?2子弹打木块类问题子弹打木块实际上是一种完全非弹性碰撞。作为一个典型,它的特点是:子弹以水平速度射向原来静止的木块,并留在木块中跟木块共同运动。下面从动量、能量和牛顿运动定律等多个角度来分析这一过程。【例3】 设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。 s2 ds1v03反冲问题在某些情况下,原来系统内物体具有相同的速度,发生相互作用后各部分的末速度不再相同而分开。这类问题
11、相互作用过程中系统的动能增大,有其它能向动能转化。可以把这类问题统称为反冲。【例4】 质量为m的人站在质量为M,长为L的静止小船的右端,小船的左端靠在岸边。当他向左走到船的左端时,船左端离岸多远?【例5】 总质量为M的火箭模型 从飞机上释放时的速度为v0,速度方向水平。火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气后,火箭本身的速度变为多大?4爆炸类问题【例6】 抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s,这时突然炸成两块,其中大块质量300g仍按原方向飞行,其速度测得为50m/s,另一小块质量为200g,求它的速度的大小和方向。5某一方向上的动量守恒【例7】 如图所示,AB为一光滑水平横杆,杆
12、上套一质量为M的小圆环,环上系一长为L质量不计的细绳,绳的另一端拴一质量为m的小球,现将绳拉直,且与AB平行,由静止释放小球,则当线绳与A B成角时,圆环移动的距离是多少?6物块与平板间的相对滑动【例8】如图所示,一质量为M的平板车B放在光滑水平面上,在其右端放一质量为m的小木块A,mM,A、B间动摩擦因数为,现给A和B以大小相等、方向相反的初速度v0,使A开始向左运动,B开始向右运动,最后A不会滑离B,求:(1)A、B最后的速度大小和方向;(2)从地面上看,小木块向左运动到离出发点最远处时,平板车向右运动位移大小。【例9】两块厚度相同的木块A和B,紧靠着放在光滑的水平面上,其质量分别为,它们的下底面光滑,上表面粗糙;另有一质量的滑块C(可视为质点),以的速度恰好水平地滑到A的上表面,如图所示,由于摩擦,滑块最后停在木块B上,B和C的共同速度为3.0m/s,求:(1) 木块A的最终速度; (2)滑块C离开A时的速度。 【例10】如图所示,质量为m2 和m3 的物体静止在光滑水平面上,两者之间有压缩着的弹簧,有质量为m1 的物体以v0 速度向右冲来,为了防止冲撞,m2 物体将m3 物体发射出去,m3 与m1 碰撞后粘合在一起. 问m3 的速度至少应多大,才能使以后m3 和m2 不发生碰撞? 6