2016年高考物理動量定理應用講解
如果緩慢抽出紙條,紙條對粉筆的作用時間比較長,粉筆受到紙條對它摩擦力的沖量就比較大,粉筆動量的改變也比較大,粉筆的底端就獲得了一定的速度。由于慣性,粉筆上端還沒有來得及運動,粉筆就倒了。
如果在極短的時間內把紙條抽出,紙條對粉筆的摩擦力沖量極小,粉筆的動量幾乎不變。粉筆的動量改變得極小,粉筆幾乎不動,粉筆也不會倒下。
動量定理應用講解:解決打擊碰撞問題
打擊、碰撞過程中的相互作用力,一般不是恒力,用動量定理可只討論初、末狀態的動量和作用力的沖量,不必討論每一瞬時力的大小和加速度大小問題。
[例.3] 蹦床是運動員在一張繃緊的彈性網上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運動項目。一個質量為60kg的運動員,從離水平網面3.2 m高處自由落下,觸網后沿豎直方向蹦回到離水平網面1.8m高處。已知運動員與網接觸的時間為1.4s.試求網對運動員的平均沖擊力。(取g=10 m/s2)
[解析] 將運動員看成質量為m的質點,從高h1處下落,剛接觸網時速度方向向下,大小。
彈跳后到達的高度為h2,剛離網時速度方向向上,大小,
接觸過程中運動員受到向下的重力mg和網對其向上的彈力F.選取豎直向上為正方向,由動量定理得:
由以上三式解得:
代入數值得:F=1.2×103 N。
動量定理應用講解:解曲線運動問題
[例.2] 以速度v0 水平拋出一個質量為1 kg的物體,若在拋出后5 s未落地且未與其它物體相碰,求它在5 s內的動量的變化。(g=10 m/s2)。
[解析] 此題若求出末動量,再求它與初動量的矢量差,則極為繁瑣。由于平拋出去的物體只受重力且為恒力,故所求動量的變化等于重力的沖量。則:
Δp=Ft=mgt=1×10×5=50 kg·m/s。
[點評] ① 運用Δp=mv-mv0求Δp時,初、末速度必須在同一直線上,若不在同一直線,需考慮運用矢量法則或動量定理Δp=Ft求解Δp.②用I=F·t求沖量,F必須是恒力,若F是變力,需用動量定理I=Δp求解I。
動量定理應用講解:可擴展到全過程
物體在不同階段受力情況不同,各力可以先后產生沖量,運用動量定理,就不用考慮運動的細節,可“一網打盡”,干凈利索。
[例.5]質量為m的物體靜止放在足夠大的水平桌面上,物體與桌面的動摩擦因數為μ,有一水平恒力F作用在物體上,使之加速前進,經t1s撤去力F后,物體減速前進直至靜止,問:物體運動的總時間有多長?
[解析]本題若運用牛頓定律解決則過程較為繁瑣,運用動量定理則可一氣呵成,一目了然。由于全過程初、末狀態動量為零,對全過程運用動量定理,有故。
[點評]本題同學們可以嘗試運用牛頓定律來求解,以求掌握一題多解的方法,同時比較不同方法各自的特點,這對今后的學習會有較大的幫助。