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第1节 动量定理
第一章 动量守恒定律
问题1:当大卡车与轿车以相同的速度行驶时,
哪一辆车停下来更困难?
问题2:当相同的两辆轿车以不同
的速度行驶时,速度大的还是
速度小的轿车停下来更困难?
一.动量和冲量
1.动量:定义——动量 p = m v
⑴动量是描述物体运动状态的一个状态量,它与时刻相对应。
⑵动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。
⑶单位:kgm/s
⑷动量的变化:
2.冲量:定义——恒力的冲量 I =F t
⑴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
⑵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。
(3)冲量的单位:Ns
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=Δp ∑F· Δt = mv′- mv = Δp
⑴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。
⑵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。
⑶实际上现代物理学把力定义为物体动量的变化率:
∑ F=Δp/ Δt (这也是牛顿第二定律的动量形式)
⑷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。
3. 利用动量定理解题的步骤:
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑸根据动量定理列式求解。
⑷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)。
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Δp = 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Δp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Δp来求。
例2、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.
ABC
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( )
A.F B. F / 2 C. F / 3 D. 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
例3
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
Σ F ·Δt=Δp ,有
F1t1+ F2 (t2 -t1 ) = mv′ - 0
∴ v′= [ F1t1+ F2 (t2 -t1 ) ] /m
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?
例4.
如图示,质量为6kg的木板A静止在光滑的水平面上,A板上有一质量为2kg的木块B,A、B之间的动摩擦因数μ=0.1,现在对A施加14N的水平推力F,作用4s后撤去该力,这时B刚好从A板上滑下,则这时A板的速度大小是: ( )
A. 4 m/s B. 7 m/s C. 8 m/s D.9. 3 m/s
解:B受到向右的摩擦力做匀加速运动 ,
对B,由动量定理 μmgt=mv2
v2=4m/s
对A,由动量定理 (F-μmg)t=mv1
v1=8 m/s
或对AB系统,由动量定理 Ft=mv1 +mv2
v1=8 m/s
例5
三、碰撞与缓冲的实例分析
问题1:为什么驾驶汽车的驾驶员
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