高三物理動量定理的應(yīng)用
高三物理動量定理的應(yīng)用
動量定量的應(yīng)用非常廣泛。仔細地理解動量定理的物理意義,潛心地探究它的典型應(yīng)用,對于我們深入理解有關(guān)的知識、感悟方法,提高運用所學(xué)知識和方法分析解決實際問題的能力很有幫助。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的高三物理動量定理的應(yīng)用復(fù)習(xí)資料,希望對大家有所幫助!
高三物理動量定理的應(yīng)用:用動量定理解釋生活中的現(xiàn)象
【例.1】豎立放置的粉筆壓在紙條的一端。要想把紙條從粉筆下抽出,又要保證粉筆不倒,應(yīng)該緩緩、小心地將紙條抽出,還是快速將紙條抽出?說明理由。
【解析】紙條從粉筆下抽出,粉筆受到紙條對它的滑動摩擦力μmg作用,方向沿著紙條抽出的方向。不論紙條是快速抽出,還是緩緩抽出,粉筆在水平方向受到的摩擦力的大小不變。在紙條抽出過程中,粉筆受到摩擦力的作用時間用t表示,粉筆受到摩擦力的沖量為μmgt,粉筆原來靜止,初動量為零,粉筆的末動量用mv表示。根據(jù)動量定理有:μmgt=mv。
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(nèi)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。
高三物理動量定理的應(yīng)用:用動量定理解曲線運動問題
【例.2】以速度v0 水平拋出一個質(zhì)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(nèi)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(xiàn)必須是恒力,若F是變力,需用動量定理I=Δp求解I。
高三物理動量定理的應(yīng)用:用動量定理解決打擊、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(tài)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(wǎng)上蹦跳、翻滾并做各種空中動作的運動項目。一個質(zhì)量為60kg的運動員,從離水平網(wǎng)面3.2 m高處自由落下,觸網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面1.8m高處。已知運動員與網(wǎng)接觸的時間為1.4s.試求網(wǎng)對運動員的平均沖擊力。(取g=10 m/s2)
【解析】將運動員看成質(zhì)量為m的質(zhì)點,從高h1處下落,剛接觸網(wǎng)時速度方向向下,大小。彈跳后到達的高度為h2,剛離網(wǎng)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(wǎng)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(shù)值得:F=1.2×103 N。
高三物理動量定理的應(yīng)用:用動量定理解決連續(xù)流體的作用問題
在日常生活和生產(chǎn)中,常涉及流體的連續(xù)相互作用問題,用常規(guī)的分析方法很難奏效。若構(gòu)建柱體微元模型應(yīng)用動量定理分析求解,則曲徑通幽,“柳暗花明又一村”。
【例.4】有一宇宙飛船以v=10km/s在太空中飛行,突然進入一密度為ρ=1×10-7kg/m3的微隕石塵區(qū),假設(shè)微隕石塵與飛船碰撞后即附著在飛船上。欲使飛船保持原速度不變,試求飛船的助推器的助推力應(yīng)增大為多少?(已知飛船的正橫截面積S=2 m2)
【解析】選在時間Δt內(nèi)與飛船碰撞的微隕石塵為研究對象,其質(zhì)量應(yīng)等于底面積為S,高為vΔt的直柱體內(nèi)微隕石塵的質(zhì)量,即m=ρSvΔt,初動量為0,末動量為mv.設(shè)飛船對微隕石的作用力為F。
根據(jù)牛頓第三定律可知,微隕石對飛船的撞擊力大小也等于20N.因此,飛船要保持原速度勻速飛行,助推器的推力應(yīng)增大20N。
高三物理動量定理的應(yīng)用:動量定理的應(yīng)用可擴展到全過程
物體在不同階段受力情況不同,各力可以先后產(chǎn)生沖量,運用動量定理,就不用考慮運動的細節(jié),可“一網(wǎng)打盡”,干凈利索。
【例.5】質(zhì)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(shù)為μ,有一水平恒力F作用在物體上,使之加速前進,經(jīng)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(tài)動量為零,對全過程運用動量定理,有故。
【點評】本題同學(xué)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(xué)習(xí)會有較大的幫助。
高三物理動量定理的應(yīng)用:動量定理的應(yīng)用可擴展到物體系
盡管系統(tǒng)內(nèi)各物體的運動情況不同,但各物體所受沖量之和仍等于各物體總動量的變化量。
【例.6】質(zhì)量為M的金屬塊和質(zhì)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(jīng)時間t1,細線斷裂,金屬塊和木塊分離,再經(jīng)過時間t2木塊停止下沉,此時金屬塊的速度多大?(已知此時金屬塊還沒有碰到底面。)
【解析】金屬塊和木塊作為一個系統(tǒng),整個過程系統(tǒng)受到重力和浮力的沖量作用,設(shè)金屬塊和木塊的浮力分別為F浮M和F浮m,木塊停止時金屬塊的速度為vM,取豎直向下的方向為正方向,對全過程運用動量定理得。
綜上,動量定量的應(yīng)用非常廣泛。仔細地理解動量定理的物理意義,潛心地探究它的典型應(yīng)用,對于我們深入理解有關(guān)的知識、感悟方法,提高運用所學(xué)知識和方法分析解決實際問題的能力很有幫助。
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