高三物理动量和动量定理.ppt

动量和动量定理吕叔湘中学庞留根,一.动量和冲量1.动量：定义动量 p=m v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。,2.冲量：定义恒力的冲量 I=F t,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,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。,对于变力的冲量，高中阶段只能用动量定理求。,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。,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,即 I=p F t=mv-mv=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。这里所说的冲量必须是物体所受 的合外力的冲量。,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。,实际上现代物理学把力定义为物体动量的变化率：F=p t（这也是牛顿第二定律的动量形式）,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。,2.动量定理具有以下特点：,矢量性：合外力的冲量F t 与动量的变化量均为矢量，规定正方向后，在一条直线上矢量运算变为代数运算；,相等性：物体在时间内物体所受合外力的冲量等于物体在这段时间内动量的变化量；因而可以互求。,独立性：某方向的冲量只改变该方向上物体的动量；,广泛性：动量定理不仅适用于恒力，而且也适用于随时间而变化的力对于变力，动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值；不仅适用于单个物体，而且也适用于物体系统。,物理意义：冲量反映力对物体在一段时间上的积累作用，动量反映了物体的运动状态。,3.利用动量定理解题的步骤：,明确研究对象和研究过程。研究对象可以是一个物体，也可以是质点组。如果研究过程中的各个阶段物体的受力情况不同，要分别计算它们的冲量，并求它们的矢量和。,进行受力分析。研究对象以外的物体施给研究对象的力为外力。所有外力之和为合外力。研究对象内部的相互作用力不影响系统的总动量，不包括在内。,规定正方向。由于力、冲量、速度、动量都是矢量，所以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。,写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量（或各个外力的冲量的矢量和）。,根据动量定理列式求解。,以初速度v0平抛一个质量为m的物体，t 秒内物体的动量变化是多少？,例1,解：因为合外力就是重力，所以p=Ft=mgt,本题用冲量求解，比先求末动量，再求初、末动量的矢量差要方便得多。,因此可以得出规律：I 和p可以互求。当合外力为恒力时往往用F t 来求；当合外力为变力时，在高中阶段我们只能用p来求。,例2,一质点在水平面内以速度v做匀速圆周运动，如图，质点从位置A开始，经1/2圆周，质点所受合力的冲量是多少?,解:质点做匀速圆周运动，合力是一个大小不变、但方向不断变化的力，,注意:变力的冲量一般不能直接由Ft求出，可借助Ftp间接求出，即合外力力的冲量由末动量与初动量的矢量差来决定,以vB方向为正，因为vA-v，vB v，,则pvB-vA v-（-v）2v，合力冲量与vB同向,例3、关于冲量、动量及动量变化，下列说法正确的是：（）A.冲量方向一定和动量变化的方向相同B.冲量的大小一定和动量变化的大小相同C.动量的方向改变，冲量方向一定改变D.动量的大小不变，冲量一定为0.,A B,水平面上一质量为m的物体，在水平恒力F作用下，由静止开始做匀加速直线运动，经时间t 后撤去外力，又经过时间2t 物体停下来，设物体所受阻力为恒量，其大小为（）F F/2 F/3 F/4,解：整个过程的受力如图所示，,对整个过程，根据动量定理，设F方向为正方向，有,(F f)t f 2 t=0,得 f=F/3,C,例4,解:从图中可知，物体所受冲量为F-t图线下面包围的“面积”，,设末速度为v，根据动量定理,F tp，有,F1t1+F2(t2-t1)=mv-0,v=F1t1+F2(t2-t1)m,例5.,如图表示物体所受作用力随时间变化的图象，若物体初速度为零，质量为m，求物体在t2 时刻的末速度?,如图所示，在光滑水平面上有两个滑块，以相同大小的动量相向运动。在滑块甲上水平固定一只弹簧，滑块甲总质量为 m，滑块乙质量为 2 m。两滑块相遇时，乙与弹簧自由端正碰，然后在弹力作用下又分开，那么（）（A）分开后两滑块动能相等，动量大小不等（B）分开后两滑块动能不等，动量大小相等（C）碰撞前与分开后两滑块总动能守恒，总动量不守恒（D）碰撞前与分开后两滑块总动能不守恒，总动量守恒（E）碰撞前与分开后，两滑块总动能守恒，总动量也守恒,B E,例6,在光滑水平面上水平固定放置一端固定的轻质弹簧，质量为 m 的小球沿弹簧所位于的直线方向以速度V运动，并和弹簧发生碰撞，小球和弹簧作用后又以相同的速度反弹回去。在球和弹簧相互作用过程中，弹簧对小球的冲量I 的大小和弹簧对小球所做的功W分别为（）（A）I0、Wmv2（B）I2mv、W=0（C）Imv、W=mv22（D）I2mv、W=mv22,B,例7,下列哪些论断是正确的？()(A)某力F对物体没有做功，此力F对物体的冲量必 为零；(B)如果物体的动能没有发生变化，此物体的动量 也不可能发生变化；(C)静摩擦力可能做正功，也可能做负功，但滑动 摩擦力只能做负功；(D)静摩擦力和滑动摩擦力都可能做正功，也都可 能做负功.,注意：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。,D,例8,摆长为L的单摆的最大摆角小于50，摆球质量为m，摆球从最大位移处运动到平衡位置的过程中（）（A）重力的冲量为（B）合外力的冲量为（C）合外力的冲量为零（D）拉力的冲量为零,例9,解：单摆的周期为,t=1/4T,A B,质量为m的小球由高为H的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？,例10.,解：力的作用时间相同，可由下式求出,三力的大小依次是mg、mgcos和mgsin，,所以它们的冲量依次是：,物体A和B用轻绳相连挂在轻弹簧下静止不动，如图（a）所示。A的质量为m，B的质量为M，将连接A、B的绳烧断后，物体A上升经某一位置时的速度大小为v，这时物体B的下落速度大小为u，如图（b）所示，在这段时间里，弹簧弹力对物体A的冲量等于（）,(A)mv(B)mvMu(C)mvMu(D)mvmu,解：对B物，由动量定理,Mgt=Mu,gt=u,对A物，由动量定理,IF mgt=mv,IF=mgt+mv=mu+mv,D,例11,质量为m1的气球下端用细绳吊一质量为m2 的物体，由某一高处从静止开始以加速度a下降，经时间t1绳断开，气球与物体分开，再经时间t2气球速度为零（不计空气阻力），求此时物体m2的速度是多大?,例12,解:画出运动过程示意图：,本题可用牛顿第二定律求解，但过程繁琐，用动量定理可使解题过程大大简化,以(m1+m2)物体系为研究对象，分析受力，,细绳断开前后整体所受合外力为:,F(m1+m2)a 一直不变，,对系统(m1+m2)用动量定理:,(m1+m2)a t1+(m1+m2)a t2=m2v-0,得v(m1+m2)(t1+t2)a/m2 方向竖直向下,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时发生脱钩，直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，那么拖车刚停下时，汽车的即时速度是多大？,例13,解：以汽车和拖车系统为研究对象，全过程系统受的合外力为 F合=F-f=(M+m)a，,该过程经历时间为 t=v0/g，末状态拖车的动量为零。,全过程对系统用动量定理可得：,（14分）一质量为m的小球，以初速度v0 沿水平方向射出，恰好垂直地射到一倾角为30 的固定斜面上，并立即反方向弹回。已知反弹速度的大小是入射速度大小的3/4，求在碰撞中斜面对小球的冲量大小,04年广东14,解：小球在碰撞斜面前做平抛运动.设刚要碰撞斜面时小球速度为v.由题意，v 的方向与竖直线的夹角为30，且水平分量仍为v0，如右图.,由此得 v=2v0,碰撞过程中，小球速度由v变为反向的3v/4,碰撞时间极短，可不计重力的冲量，,由动量定理，斜面对小球的冲量为,由、得,04年天津21,如图所示，光滑水平面上有大小相同的A、B两球在同一直线上运动.两球质量关系为mB=2mA，规定向右为正方向,A、B两球的动量均为6kgm/s，运动中两球发生碰撞,碰撞后A球的动量增量为 4 kgm/s，则（）A左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2:5B左方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1:10C右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为2:5D右方是A球,碰撞后A、B两球速度大小之比为1:10,解:由动量守恒定律pA=-4 kgm/s,pB=4 kgm/s,pA=2 kgm/s,pB=10 kgm/s,v=p/m,vA/vB=mB pA mA pB=2:5,若右方是A球，原来A球动量向右，被B球向右碰撞后的动量增量不可能为负值,A,（18分）质量m=1.5kg的物块（可视为质点）在水平恒力F作用下，从水平面上A点由静止开始运动，运动一段距离撤去该力，物块继续滑行t=2.0s停在B点，已知A、B两点间的距离s=5.0m，物块与水平面间的动摩擦因数=0.20，求恒力F多大。(g=10m/s2),04年天津24,解:设撤去力F前物块的位移为s1，撤去力F时物块速度为v，物块受到的滑动摩擦力 f=mg(如图示),对撤去力F后物块的滑动过程应用动量定理得,-f t=0-mv,v=4m/s,由运动学公式得,s1=1m,对物块运动的全过程应用动能定理,Fs1-fs=0,由以上各式得,代入数据解得 F=15N,如图，传送带以1m/s的速度匀速前进，传送带上方的煤斗送煤流量为50kg/s，那么传送带的功率应为多少？,例14,解：煤斗的送煤量为50kg/s，若煤在传送带上无堆积，传送带必须在1秒钟内使50kg的煤达到与传送带相同的速度。,若用动能定理求解，并认为传送带每秒做的功恰等于煤 增加的动能，则有,W=EK=1/2 mv2=1/2501=25J,由此得出传送带的功率为 P=W/t=25W,这种解法是错误的,正解：若用动量定理，则有 Ft=Dp,取 t=1秒，由上式得 F=Dp/t=mv/t=mv,所以传送带功率 P=Fv=mv2=50瓦,前者错误原因是忽略了传送带与煤之间在初始阶段有相对位移。传送带所做的功并非全部用来增加煤的动能。其中有一部分摩擦力做功转化为煤和传送带的内能。其产生的内能为Q=fDs，式中Ds表示煤块与传送带间的相对位移。,