或方向发生变化,动量就一定发生变化.例如做匀速直线运动的物体其动量是恒量,而做匀速圆周运动的物体,由于速度方向不断在改变,即使其动量大小不变,但因其方向不断改变,所以其动量是一变量.
考点二 动量定理
【例2】 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Ⅰ,进人泥潭直到停止的过程称为过程Ⅱ, 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Ⅱ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、Ⅱ两个过程中合外力的总冲量等于零 D、过程Ⅱ中钢珠的动量的改变量等于零
【解析】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过程Ⅱ中重力的冲量的大小之和,显然B选项不对;在I、Ⅱ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.
【规律总结】这种题本身并不难,也不复杂,但一定要认真审题.要根据题意所要求的冲量将各个外力灵活组合.若本题目给出小球自由下落的高度,可先把高度转换成时间后再用动量定理.当t1>> t2时,F>>mg.
考点3 简解多过程问题
考点4 求解平均力问题
【例4】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作用力.( g= 10m/s2)
2【解析】人下落为自由落体运动,下落到底端时的速度为:V0?2gh
?V0?2gh?10m/s
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=mV—mV0
所以F?mg?mV0t?1100N,(方向竖直向下)
【注意】 动量定理既适用于恒力作用下的问题,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.
考点5 求解恒力作用下的曲线运动问题
【例5】如图6-1-3所示,以vo =10m/s2的初速度与水平方向成300角抛出一个质量m=2kg的小球.忽略空气阻力的作用,g取10m/s2.求抛出后第2s末小球速度的大小.
V0 300 图6-1-3
Fxt=mvx-mvx0;Fyt=mvy-mvy0.
考点6 求解流体问题
【例6】某种气体分子束由质量m=5.4X10-26kg速度V=460m/s的分子组成,各分子都向同一方向运动,垂直地打在某平面上后又以原速率反向弹回,如分子束中每立方米的体积内有n0=1.5X1020个分子,求被分子束撞击的平面所受到的压强.
【解析】设在△t时间内射到 S的某平面上的气体的质量为ΔM,则: ?M?V?tS.n0m 取ΔM为研究对象,受到的合外力等于平面作用到气体上的压力F以V方向规定为正方
2向,由动量定理得:-FΔt=ΔMV-(-ΔM.V),解得F??2Vn0Sm,平面受到的压强P为:
P?F/S?2Vn0m?3.428Pa
2【注意】处理有关流体(如水、空气、高压燃气等)撞击物体表面产生冲力(或压强)的问题,可以说非动量定理莫属.解决这类问题的关键是选好研究对象,一般情况下选在极短时间△t内射到物体表面上的流体为研究对象
考点7 对系统应用动量定理
【例7】如图6-1-4所示, 质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进,当速度为V0时拖车突然与汽车脱钩,到拖车停下瞬间司机才发现.若汽车的牵引力一直未变,车与路面的动摩擦因数为μ,那么拖车刚停下时,汽车的瞬时速度是多大?
【解析】以汽车和拖车系统为研究对象,全过程系统受的合外力始终为?M?m?a,该过程经历时间为V0/μg,末状态拖车的动量为零.全过程对系统用动量定理可得:
?M?m?a?V0?g?MV/??M?m?V0,?V/??M?m??a??g??MgV0
【注意】这种方法只能用在拖车停下之前.因为拖车停下后,系统受的合外力中少了拖车受到的摩擦力,因此合外力大小不再是?M?m?a.
考点8 碰撞
【例8】甲乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动,已知它们的动量分别是P1=5kg.m/s,P2=7kg.m/s,甲从后面追上乙并发生碰撞,碰后乙球的动量变为10 kg.m/s,则二球质量m1与m2间的关系可能是下面的哪几种?( )
A、m1=m2 B、2m1=m2
C、4m1=m2 D、6m1=m2.
的答案应该是(C)选项.
【例9】如图6-2-1所示,半径和动能都相等的两个小球相向而行.甲球质量m甲大于乙球质量m乙,水平面是光滑的,两球做对心碰撞以后的运动情况可能是下述哪些情况?( )
A.甲球速度为零,乙球速度不为零 B.两球速度都不为零
C.乙球速度为零,甲球速度不为零 D.两球都以各自原来的速率反向运动
图6-2-1
考点10 动量守恒定律
【例10】如图6-2-2所示的装置中,木块B与水平桌面间的接触是光滑的,子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短.现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象(系统),则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中:( )
A、动量守恒、机械能守恒 B、动量不守恒、机械能不守恒 C、动量守恒、机械能不守恒 D、动量不守恒、机械能守恒
图6-2-2
断各阶段满足物理规律的条件.
【例11】质量为M的小车中挂有一个单摆,摆球的质量为M0,小车和单摆以恒定的速度V0沿水平地面运动,与位于正对面的质量为M1的静止木块发生碰撞,碰撞时间极短,在此过程中,下列哪些说法是可能发生的( )
A.小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别为V1、V2和V3,且满足:
(M+M0)V0=MV1+M1V2+M0V3;
B.摆球的速度不变,小车和木块的速度为V1、V2,且满足:MV0=MV1+M1V2; C.摆球的速度不变,小车和木块的速度都为V,且满足:MV0=(M+M1)V; D.小车和摆球的速度都变为V1,木块的速度变为V2,且满足:
(M+M0)V0=(M+M0)V1+M1V2
【解析】:小车与木块相碰,随之发生的将有两个过程:其一是,小车与木块相碰,作用