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文檔簡介
1、談應用動量定理解題動量定理的數學表達式,該式表示:對物體來說,如果存在一個沖量過程,則物體的動量必定發生變化,物體所受合外力的沖量等于它的動量的變化。沖量體現了力對時間的積累效應,它表現為物體動量的變化。是表示過程的物理量。動量是描述物體運動狀態的物理量,是矢量,它的方向就是速度的方向,沖量也是矢量,但它的方向不能籠統地說是力的方向,只有當作用時間內力的方向不變時,沖量的方向才是力的方向,沖量的方向應和動量增量的方向相同。動量定理的表達式實際上是矢量式,在應用它解題時必須注意它的矢量性。只有當幾個動量在同一條直線上時,才可將矢量計算轉化為代數運算。一般取初速度的方向為正方向。另外,對過程比較復
2、雜的運動,可分段列動量定理,也可整個過程列動量定理。動量定理的適用范圍比較廣,它不僅適用于恒力情形,也適用于變力情形,尤其是在解決作用時間短,作用力大小隨時間變化的打擊、碰撞等問題時,動量定理要比牛頓定律方便得多。下面從以下幾個角度談一下動量定理的應用。1、 用動量定理解曲線運動問題【例1】以速度水平拋出一個質量為1千克的物體,若在拋出3秒后它未與地面及其它物體相碰,求它在3秒內動量的變化。【解析】此題若求出末動量,再求它與初動量的矢量差,則極繁。但平拋出去的物體只受重力,所求動量的變化應等于重力的沖量,重力是恒量,其沖量易求。故注意:用求,和必須是同向或反向,若速度方向改變,則要用動量定理(
3、)求;用求沖量,必須是恒力或的大小是線性變化,否則,則要用動量定理求。2、用動量定理解變質量問題設在時間內有質量的物體參與作用,速度從零變到,動量定理可改寫成為即,可理解為單位時間內參與作用的物體質量。【例2】一架質量為500千克的直升機,其螺旋槳把空氣以50米/秒的速度下推,恰使直升機停在空中,則每秒種螺旋槳所推下的空氣的質量為多少千克?【解析】飛機通過向下推空氣而獲得反沖力,可根據平衡條件,求出飛機與空氣的相互作用力。每秒鐘被推下的空氣的動量變化量應等于飛機的推力的沖量。即所以3、用動量定理解決碰擊問題打擊、碰撞過程的相互作用力,一般不是恒力,用動量定理只討論始、末狀態的動量和作用力的沖量
4、,不必討論每一瞬時力的大小和加速度大小。【例3】質量是50千克的雜技演員在距彈簧網3.2米高處自由下落,著網后被彈向網上1.8米高處,已知演員與網的接觸時間為2秒。則演員對網的平均沖擊力的大小是多少?A50牛頓 B.350牛頓 C.500牛頓 D.850牛頓【解析】演員接觸網至跳起過程中受兩個力:重力mg為恒力,網對演員的彈力N為變力,取其平均力為。二力合力之沖量使演員的動量發生變化,如圖(1)所示。觸網速度反彈速度 須注意此二速度的方向恰好相反。規定向下為矢量的正方向,根據動量定理有:由牛頓第三定律可知:演員對網的作用力為850牛。注意:本題所描述的發生在豎直方向的碰撞,作用時間長達2秒,忽
5、略重力是不對的。4、動量定理的應用可擴展到全過程各力可以先后產生沖量,不用管運動的細節都可以運用動量定理。【例4】一個質量為2千克的物體,在3牛的水平恒力F作用下從靜止開始沿水平地面運動了5秒種,然后撤去力F物體又運動了10秒鐘停下,求物體受到的摩擦力為多大?簡析:全過程始末狀態的動量都是零,動量的變化為零。用動量定理可一次寫出: 代入數值得5、動量定理的應用可擴展到物體組盡管系統內各物體的運動情況不同,但各物體所受的沖量之和仍等于各物體總動量的變化量。【例5】質量為M的金屬塊和質量為m的木塊通過細線連在一起,從靜止開始以加速度a在水中下沉,經時間t細線斷裂,金屬塊和木塊分離,再經時間t/木塊停止下沉,求此時金屬塊的速度。【解析】把金屬塊和木塊看作一個系統,整個過程系統受重力和浮力的沖量作用。設木塊停止下沉時金屬塊的速度為,取豎直向下的方向為正方向,對全過程由動量定理得:斷線前對系統有:由得6、在某一分方向上應用動量定理動量定理的表達式是個矢量式,可將合力、速度,沿任意兩個方向正交分解得 、,但要注意式中的是指軸方向的合外力,是軸方向動量的增量;是指軸方向的合外力,是軸方向動量的增量。【例6】真空中有一帶電粒子,質量為,帶電量為,以初速度從點豎直向上射入水平方向的勻強電場中,粒子在電場中發生偏轉到達點時,速度方向變為水平向右,大小為,求該電場的電場強度的大小。如圖(2)所示
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