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動量守恒定律:系統選取與解題技巧解析

更新時間:2024-06-19 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

1. 系統選擇CXp物理好資源網(原物理ok網)

動量守恒定律的研究對象是系統,利用動量守恒定律解決問題的第一步就是恰當地選擇系統,選擇系統時,系統必須滿足守恒定律條件并且易于求解。CXp物理好資源網(原物理ok網)

例1:如圖1所示,兩質量相等的物體A、B靜止在平板車C上,A、B間有一壓縮彈簧,A、B與平板車上表面的滑動摩擦力之比為3:2,地面光滑,當突然松開壓縮彈簧時,則()CXp物理好資源網(原物理ok網)

圖1CXp物理好資源網(原物理ok網)

AA與B組成的系統動量守恒;CXp物理好資源網(原物理ok網)

B.汽車向左行駛;CXp物理好資源網(原物理ok網)

CA、B、C組成的系統的動量守恒;CXp物理好資源網(原物理ok網)

D.汽車向右移動CXp物理好資源網(原物理ok網)

分析:本題中,若以兩個質量相等的物體A、B為研究對象,由于與手推車C的摩擦力大小不同,作用于系統上的凈外力不為零,不滿足守恒條件;但若以A、B、C為一個系統,則作用于系統上的凈外力為零,滿足守恒條件。CXp物理好資源網(原物理ok網)

解答:分析手推車C所受的水平力:C受到來自A點向左的摩擦力FAC;C受到來自B點向右的摩擦力FBC;由于FAC:FBC=3:2,手推車向左移動,所以本題答案應為BC。CXp物理好資源網(原物理ok網)

2. 明確積極方向CXp物理好資源網(原物理ok網)

原則上可以選擇任意方向作為正方向,但是為了解題方便,通常取初速度方向為正方向,并在解題時按規定寫明。CXp物理好資源網(原物理ok網)

例2:三個大小相同但質量不一定相同的球A、B、C,如圖2所示,在光滑水平面上沿同一直線運動。設三個球的初動量分別為1kg·m/s、13kg·m/s、-5kg·m/s,若每兩個球之間只能發生一次正面碰撞,且動作過程中A受到的沖量為-9N·s,B受到的沖量為1N·s,則C受到的沖量為,A的動量變化為。CXp物理好資源網(原物理ok網)

圖 2CXp物理好資源網(原物理ok網)

分析:從題意可知,A球的運動方向(向右)為正方向。B球對A的沖量為-9N·s,所以A的動量變化為-9kg·m/s,B球對A的沖量為9N·s。題意為“B球對C的沖量為1N·s”,即“B球對C的沖量為-8N·s”,所以C球對B的沖量為8N·s。因此,本題兩個空白應為:8N·s和-9kg·m/s。CXp物理好資源網(原物理ok網)

3. 確定初始狀態和最終狀態CXp物理好資源網(原物理ok網)

因為動量守恒定律不像牛頓運動定律那樣需要對整個過程進行嚴格的分析,而只需要選取起止時間即可。通常在解題時,以題目中設定的條件為初狀態,以題目需要的時間作為終狀態。CXp物理好資源網(原物理ok網)

例3:有兩名滑冰運動員A、B,體重分別為48kg和50kg。A手拿一個2kg的球。兩人在光滑的冰面上以2m/s的速度相向滑行。A將球傳給B,B再將球傳給A。經過幾次拋接后,球回到A手中。此時B的速度為零。A的速度是多少?CXp物理好資源網(原物理ok網)

分析:本題以兩名溜冰者A、B和A手中的球為系統,滿足動量守恒定律。由于整個過程中拋接動作要重復多次動量守恒條件,用牛頓運動定律幾乎無法解決。但動量守恒定律決定,A握球,兩人以2m/s的速度溜冰的狀態為初狀態,球回到A手中,B的速度為零的狀態為終狀態。根據動量守恒定律,可解方程得到結果。CXp物理好資源網(原物理ok網)

答案:以A、B和球為一個系統,初始狀態為拋接前,終止狀態為多次拋接后,A開始運動的方向為正方向。CXp物理好資源網(原物理ok網)

根據動量守恒定律CXp物理好資源網(原物理ok網)

解決方案是:CXp物理好資源網(原物理ok網)

因此,這個問題的答案應該是零。CXp物理好資源網(原物理ok網)

4. 探究問題中條件所蘊含的物理意義或物理定律CXp物理好資源網(原物理ok網)

這是動量守恒定律解題的技巧,也是解題的突破口和難點。很多時候,題目在描述已知條件時,不會表述清楚,而是用一些日常用語或者暗示性的詞語來解釋條件或者提出疑問。比如:慢慢移動,只是不發生碰撞等等。CXp物理好資源網(原物理ok網)

例4:汽車和人的質量都是50kg,一開始的速度都是2m/s,當人跳下汽車時,就是自由落體,請問人跳下汽車后,汽車的速度是多少?CXp物理好資源網(原物理ok網)

分析:本題中系統和正方向的確定一目了然,人和車就是系統,原來的運動方向就是正方向。初、終狀態也很容易確定。但這道題的關鍵是確定人終狀態的速度,這是本題的突破點。題中說“人跳下來之后,只是做自由落體運動”,說明人終狀態的水平速度為零。CXp物理好資源網(原物理ok網)

答:以人和車為一個系統,原運動方向為正方向,以跳車前的人為起始狀態,跳車后的人為終止狀態,根據動量守恒定律CXp物理好資源網(原物理ok網)

,將數據代入:CXp物理好資源網(原物理ok網)

解決方案CXp物理好資源網(原物理ok網)

所以本題答案為:人跳下后,車速為4m/s。CXp物理好資源網(原物理ok網)

5. 質量問題CXp物理好資源網(原物理ok網)

解動量守恒定律問題時,還有一個需要注意的問題,就是質量問題。這個問題也是學生容易忽略的一個問題,但往往是一個致命的問題,尤其是當題目寫到質量時,是否寫出總質量,是否包含拋出物體的質量。CXp物理好資源網(原物理ok網)

例5:一列總質量為m的列車在直軌上以恒定速度v行駛。突然,后面一節質量為m的車廂脫離了車廂。設列車所受阻力與列車質量成正比,牽引力不變,當后車廂剛好靜止時,前車的速度為多少?CXp物理好資源網(原物理ok網)

分析:以這列總質量為M的列車為研究對象,由于其以勻速運動,牽引力與阻力平衡,所受凈外力為零動量守恒條件,滿足動量守恒定律。CXp物理好資源網(原物理ok網)

答:以這列總質量為M的列車為研究對象,勻速運動狀態為初狀態,后車廂剛好靜止的瞬間為終狀態,原速度方向為正方向。CXp物理好資源網(原物理ok網)

根據動量守恒定律:CXp物理好資源網(原物理ok網)

解這個方程,我們得到CXp物理好資源網(原物理ok網)

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