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1、动量定理的五种典型应用
动量定理的内容可表述为：物体所受合外力的冲量 ,等于物体动量的变化。公式表达为：或。它反映了外力的冲量与物体动量变化的因果关系。在涉及力F、时间t、物体的速度v发生变化时 ,应优先考虑选用动量定理求解。下面解析动量定理典型应用的五个方面 ,供同学们学习参考。
1. 用动量定理解决碰击问题
在碰撞、打击过程中的相互作用力 ,一般是变力 ,用牛顿运动定律很难解决 ,用动量定理分析那么方便得多 ,这时求出的力应理解为作用时间t内的平均力。
例1. 蹦床是运发动在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动工程。一个质量为60kg的运发动 ,从离水平网面3.2m高
2、处自由落下 ,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面1.8m高处。运发动与网接触的时间为1.4s。试求网对运发动的平均冲击力。〔取〕
解析：将运发动看成质量为m的质点 ,从高处下落 ,刚接触网时速度的大小
,〔向下〕………………①
弹跳后到达的高度为 ,刚离网时速度的大小
,〔向上〕………………②
接触过程中运发动受到向下的重力和网对其向上的弹力F。选取竖直向上为正方向 ,由动量定理得：
由以上三式解得：
代入数值得：
2. 动量定理的应用可扩展到全过程
当几个力不同时作用时 ,合冲量可理解为各个外力冲量的矢量和。对物体运动的全过程应用动量定理可“一网打尽〞 ,干净利索。
例
3、2. 用全过程法再解析例1
运发动自由下落的时间
被网弹回做竖直上抛 ,上升的时间
与网接触时间为。选取向下为正方向 ,对全过程应用动量定理得：
那么
3. 用动量定理解决曲线问题
动量定理的应用范围非常广泛 ,不管力是否恒定 ,运动轨迹是直线还是曲线 ,总成立。注意动量定理的表达公式是矢量关系 ,两矢量的大小总是相等 ,方向总相同。
例3. 以初速水平抛出一个质量的物体 ,试求在抛出后的第2秒内物体动量的变化。物体未落地 ,不计空气阻力 ,取。
解析：此题假设求出初、未动量 ,再求动量的变化 ,那么不在同一直线上的矢量差运算较麻烦。考虑到做平抛运动的物体只受重力〔恒定〕 ,故
4、所求动量的变化应等于重力的冲量 ,其冲量易求。有
的方向竖直向下。
4. 用动量定理解决连续流体的作用问题
在日常生活和生产中 ,常涉及流体的连续相互作用问题 ,用常规的分析方法很难奏效。假设构建柱体微元模型应用动量定理分析求解 ,那么曲径通幽 ,“柳暗花明又一村〞。
例4. 有一宇宙飞船以在太空中飞行 ,突然进入一密度为的微陨石尘区 ,假设微陨石与飞船碰撞后即附着在飞船上。欲使飞船保持原速度不变 ,试求飞船的助推器的助推力应增大为多少。〔飞船的正横截面积〕。
解析：选在时间△t内与飞船碰撞的微陨石为研究对象 ,其质量应等于底面积为S ,高为的直柱体内微陨石尘的质量 ,即 ,初动量为
5、0 ,末动量为mv。设飞船对微陨石的作用力为F ,由动量定理得：
那么
根据牛顿第三定律可知 ,微陨石对飞船的撞击力大小也等于20N。
因此 ,飞船要保持原速度匀速飞行 ,助推器增大的推力应为20N。
5. 动量定理的应用可扩展到物体系统
动量定理的研究对象可以是单个物体 ,也可以是物体系统。
例5. 质量为M的金属块和质量为m的木块用细绳连在一起 ,放在水中 ,如下图。从静止开始以加速度a在水中匀加速下沉。经时间 ,细线突然断裂 ,金属块和木块别离 ,再经时间 ,木块停止下沉 ,试求此时金属块的速度。
解析：把金属块、木块及细绳看成一个物体系统 ,整个过程中受重力和浮力不变 ,它们的合力为在绳断前后也不变。设木块停止下沉时 ,金属块的速度为v ,选取竖直向下为正方向 ,对全过程应用动量定理 ,有
那么
综上例析 ,动量定量的应用非常广泛。仔细地理解动量定理的物理意义 ,潜心地探究它的典型应用 ,对于我们深入理解有关的知识、感悟方法 ,提高运用所学知识和方法分析解决实际问题的能力很有帮助。
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广东省惠州市惠阳高级中学实验学校高三物理第一轮复习动量定理的五种典型应用教案
