【考試知識點】
1、動量是矢量,其方向與速度相同,其大小等于物體質量與速度的乘積,即P=mv。
2.沖量也是一種矢量,它是力在時間上的積累。 沖量的方向與斥力的方向相同,其大小等于斥力的大小與力的作用時間的乘積。
在估計沖量時,不必考慮所作用的物體是否運動、斥力是什么力以及斥力是否起作用。
應用公式I=Ft估算時,F應為恒力。 對于可變力,應取隨時間變化的力的平均值。 如果力隨時間線性變化,則平均值為
3、動量定律:
動量定律描述了力隨時間累積的療效,其表達式為I=ΔP=mv-mv0。 式中,I代表物體上所有斥力的沖量矢量和,或者等于總外力的沖量;
ΔP為動量增量,是力F作用期間最終動量與初始動量的矢量差,方向與沖量方向一致。
動量定律可以由牛頓運動定理和運動學公式推導出來,但它比牛頓運動定理的適用范圍更廣,也更容易解決一些問題。
4.動量守恒定理
(1)內容:對于由多個相互作用的粒子組成的系統,若系統在某一熱過程中不受外力作用或外力矢量和仍為零,則系統的總動量守恒,則公式:
(2)內力和外力:系統中各個粒子的相互排斥力就是內力,而內力只能改變系統中某些粒子的動量,而其余粒子的動量變化相當于和與它的變化相反,系統的總動量沒有變化。 外力是系統外的物體對系統內粒子的排斥力,外力可以改變系統的總動量。
(3) 動量守恒定理成立的條件
A。 無外力作用
b. 合外力為零
C。 合外力不為零,而是F內>>F外,如爆燃、碰撞等。
d. 合外力不為零,但合外力在某個方向為零,則該方向的動量守恒。
(4)動量守恒應用中應注意的幾個問題:
A。 所有系統中粒子的速度應處于同一參考系中,并且應用動量守恒定律構造方程時,它們的速度應處于同一時刻。
b. 無論機械運動、電磁運動、微觀粒子運動,只要滿足條件,該定理都適用。
(5)動量守恒定理的應用步驟。
首先,明確研究對象。
其次,明確所研究的化學過程,并分析該過程中的研究對象是否滿足動量守恒條件。
第三,明確初態、終態動量以及動量的變化。
第四,確定參考系和坐標系,最后根據動量守恒定理計算多項式。
實例分析
例 1. 對于質量恒定的物體,下列說法正確的是()
A.當物體的動能改變時,它的動量也會改變
B.如果物體的動量改變,它的動能也必然改變
C、物體所受的合外力不為零,物體的動量一定會變化,但物體的動能不一定會變化
D、當作用在物體上的凈外力為零時,物體的動量一定不改變。
分析
本題討論矢量動量與標量動能之間的關系。 當動能改變時,物體的速度必然改變,因此動量也必然改變。 動量的變化可能只是速度方向的變化,物體的動能不一定發生變化。
物體所受的合力不為零,加速度也不為零。 利率變動可能有以下三種情況:
(1)只有速度變化,方向不變;
(2)僅速度方向改變而大小不變;
(3) 速度的大小和方向都發生變化。
因此,當合外力不為零時,物體的動量一定會發生變化,而當作用在物體上的合外力為零時,物體會做勻速直線運動或處于靜止狀態,所以動量不會改變。 綜上所述,本題正確答案是ACD。
審查
沖量和動量是兩個重要的概念。 應明確以下幾點:
(1)沖量是力對時間的累積效應,是一個過程量; 動量描述了物體在某一時刻的運動狀態,是一個狀態量。
(2)合外力的沖量等于物體動量的變化量。 在一定時間內,動量與物體動量的變化方向相同,動量描述了某一時刻的狀態量,因此動量與動量無關。
實施例2
玻璃從同一高度自由落體,掉落在堅硬的混凝土地板上易碎,但掉落在甜蜜的地毯上則不會碎,因為玻璃掉落在甜蜜的地毯上()
A、合外力的沖量小
B、動量變化小
C.動量變化率小
D、地毯對瓶子的斥力大于瓶子對地毯的斥力
分析
瓶子從同一高度自由落體,與地面碰撞前的瞬時速度和動量恒定,動量由下落高度決定
當它與地面相撞并停在地面上時,無論玻璃是否破碎,動量的變化等于
合外力的沖量等于動量的變化,可見選擇A和B是錯誤的。
即玻璃動量的變化率。
即作用在玻璃上的合力小,玻璃不易破碎,C正確。
地毯與瓶子相互作用時的斥力和反斥力大小相等,故答案D錯誤。 本題答案為C。
實施例3
一位同事使用圖1所示的裝置,通過兩個直徑相同的球A和B的碰撞來驗證動量守恒原理。 圖中,PQ為溜槽,QR為水平槽。
實驗時,球A從靜止狀態從滑槽上的固定位置G滾下,落到平地上的記錄紙上,留下痕跡。
重復上述操作10次,得到10個著陸標記,然后將B球放在靠近凹槽末端的水平凹槽上,讓A球仍從靜止狀態的G位置滾下,與B碰撞后球、A、B 球在記錄紙上留下各自的著陸標記。
重復這些操作 10 次。 圖1中的O點是水平槽的端部R在記錄紙上的垂直投影點。 B球落點軌跡如圖2所示,其中米尺水平放置,與G、R、O所在平面平行,米尺零點與O點對齊。
(1) 碰撞后B球的水平射速應取為 。
(2)下列選項中,本次實驗必須進行的測試是什么? 答案:(填寫選項號)
A、當B球未放置在水平凹槽上時,檢測A球落點到O點的距離
B、A球與B球碰撞后,檢測A球下落點到O點的距離
C.測量球A或球B的半徑
D.測量球A和球B的質量(或兩個球的質量之比)
E、測量G點相對于水平槽面的高度
分析
(1)圖2給出了B球的10個落地位置,實驗中應取平均位置。
方法是:用最小的圓將其上的所有點圍起來,圓心的位置就是下落點的平均位置,找出平均位置,然后估計下落點的最小刻度旁邊的一位數字。閱讀時的刻度。 答案是 64, 7cm(從 64, 2cm 到 65, 2cm 的范圍是正確的)
(2)本實驗的裝置對教材中的實驗裝置稍作改動。 去掉對撞球的支撐,將撞球放置在靠近凹槽末端的位置,使撞球B和入射球A都從O點開始平拋運動,平拋時間為兩個球是一樣的。 以平拋時間為時間單位,平拋的水平距離在數值上等于平拋的初速度。
假設A不接觸B,則平拋的水平位移為sA; A和B碰撞后,A和B的水平位移分別為sA'和sB',A和B的質量分別為mA和mB,則碰撞前A和B的動量可寫為mAsA 。 碰撞后,A、B 的總動量為 mAsA'+mBsB'。 需要驗證動量是否守恒,即驗證上述兩個動量是否相等。 因此,本實驗應檢測的數學量為:mA、mB、sA、sA'、sB'。 這個問題的答案是ABD。
審查
本題改變實驗條件,尋求新形勢下要檢驗的數學量,注重考察發現問題的能力和創新能力。
實施例4
質量為 M 的炮架放置在水平軌道上。 發射火箭的質量為m,忽略火炮與履帶之間的摩擦力。 當火炮與水平方向形成夾角θ發射火箭時,子彈相對地面的速度為v0。 求大炮的后退速度。
分析
由子彈和炮架組成的系統在火箭發射過程中受到兩個力,一個是兩者的重力G,另一個是地面的支撐力N。 由于子彈是傾斜發射的,N>G,且總外力不為零,所以系統動量不守恒; 但由于水平方向沒有外力作用,系統水平方向的動量守恒。 以v0水平方向的分量為正方向,設大炮后退的速度為v,
審查
動量守恒定律的適用條件是“系統所受的總外力為零”,而在某些情況下動量定理適用范圍,系統的總外力似乎并不為零,但仍然可以根據動量守恒。
實施例5
如圖3所示,質量為M的平板車靜止在光滑的水平面上,質量為m的人站在車的一端。 現在人沿水平方向以速度v0跳出,詢問人從后車跳出的速度。
分析
以人和車輛組成的系統為研究對象,系統的動量在水平方向守恒。
以人跳出車的方向為正方向,設人跳出車的速度為v1,由動量守恒原理得:
審查
本題演示了動量守恒定律的基本應用:
(1)分析系統的動量守恒后,應確定系統的兩種狀態,并分別估計這兩種狀態的總動量;
(2)矢量性:在一維情況下,以某一方向為正方向,然后用代數的方式表達各個方向上的速度和動量。
實施例6
兩艘船以v0的速度相向行駛,每艘船及船上人員、物體的總質量為M; 當他們經過時,各自從船舷向另一艘船傾倒質量為m的物體,那么兩船的速度是多少? (忽略防水性)
分析
每艘船釋放一個質量為m的物體后,剩余部分的質量為Mm,其速度保持原來的速度v0不變,而對方船裝載的質量為m的物體則等于速度自己的船。 在相反的方向上動量定理適用范圍,物體m落入船Mm中,彼此相互作用后以共同的速度運動。
以某艘船舶釋放質量為 m 的物體和加載質量為 m 的物體后組成的系統為研究對象,以船舶運動方向為正方向,設最終前進速度為五、根據動量守恒原理:
審查
當問題涉及多個對象時,需要仔細分析相互作用的化學過程,進而確定研究對象。 確定研究對象的原則不僅要滿足動量守恒定律,而且要簡單地利用動量守恒定律來解決問題。
【模擬試卷】
1、對于質量相等的兩個物體A、B,沿夾角,它們是
在從靜止狀態到兩個光滑斜坡上同一高度落到同一高度的過程中(如圖4所示),兩個物體A、B的相同化學量為( )
A、重力沖量
B. 支撐力的沖量
C.合力的沖量
D.動量變化的大小
2、如圖5所示,在光桿一端固定有一定質量的小球A,另一端掛在卡車支架O點上。 用手將球向上拉,使光棒處于水平狀態。 當卡車靜止時,松開手使球向下擺動,碰到固定在B處卡車上的油泥后粘在一起,則卡車后續的運動狀態為()
A、向右移動
B、向左移動
C、靜止不動
D、無法判斷
3、小車沿直線軌道勻速運行。 在某一時刻,卡車上的人沿著卡車的運動方向同時向前和向后扔兩個質量相等的球。 速率大小()
A. 等于原費率
B. 低于原費率
C. 大于原來的速率
D、不能確定
4、如圖6所示,鐵塊A放置在光滑的水平表面上,其曲面部分MN是光滑的,其水平部分NP是粗糙的。 物體B在M點從靜止狀態下落,設NP足夠長,則下列說法正確的是( )
A、A、B 最終以相同的速率移動(不為零)
B、A、B的最終利率為零
C. 物體A先加速,后減速
D、物體A先加速運動,后勻速運動
5、斜拋物體,不考慮阻力,以垂直向下為正方向,然后在運動過程中畫出物體()
(1)動量增量隨時間變化的圖;
(2) 動量變化率與時間的關系圖。
6. 船 A 和 B 的質量均為 120kg,仍處于靜水中。 當質量為30kg的兒子以相對于地面的水平速度為6m/s從A船跳到B船時,無論阻力如何,A、B兩船的速度之比
。
7、一個質量為200kg的氣球和一個攜帶質量為50kg的人在距地面20m高度的空中靜止。 氣球下方懸掛著一根質量可以忽略不計的繩子。 人要從氣球上逐漸下降到地面,為了安全到達地面,這根繩子的長度至少應為(不計算人的身高)
8、如圖7所示,將兩塊長度相同的鐵塊A、B并排放置在光滑的水平面上。 它們的下表面是光滑的,而它們的上表面是粗糙的。 眾所周知
,有一個厚度很短的鉛塊C,
,按速率
剛接觸A的表面沿水平方向向前移動。 由于摩擦力的作用,鉛塊C最終與鐵塊B一起向前移動。求鉛塊離開A時的速度。
9、驗證碰撞動量守恒原理時,實驗裝置示意圖如圖8所示,朋友設計的主要實驗步驟如下:
A、將滑槽碰撞試驗機(即滑槽軌道)固定在工作臺一側,調整軌道末端水平,調整支柱高度,使兩球碰撞時,兩個球處于同一高度; 調整柱子的方向,使兩個球碰撞后的運動方向與一個球的運動方向在同一直線上。
B. 用天平稱出兩個球的質量之和。
C、將白紙鋪在地上,記錄白紙上重物指向的位置O,將復寫紙鋪在白紙上。
D、隨機取一個球a,讓它在同一高度沿溜槽軌道滾下數次,在紙上找出平均落地點,記為P。
E、將另一個球b放在柱子上,然后讓球a從同一位置沿著滑槽滾下幾次,找出兩個球碰撞后在紙上的平均落地點,記為M和N。
F. 用米尺測量平均著陸點 P、M、N 到 O 點的距離 OP、OM、ON。
G.計算兩個球a和b碰撞前后的總動量
。 比較P1和P2是否相等,并進行實驗推論。
該中學生實驗過程中的錯誤和遺漏是:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
10. 一個物體連同武器的總質量為
航天員與航天器處于相對靜止狀態,距離航天器S=45m,航天員所穿的衣服質量為
二氧化碳儲氣罐,有一個鋼瓶,可以將二氧化碳制成
噴射噴嘴的速度較高,宇航員必須沖向相反的方向才能返回飛船釋放氫氣,并且能夠返回飛船,同時必須在途中保留一部分二氧化碳用于呼吸。 不考慮呼出二氧化碳對設備和宇航員總質量的影響,宇航員的耗氧率為:
(1)瞬間能呼出多少二氧化碳,宇航員能否安全返回飛船?
(2)為了使總耗氧量最小,一次應噴灑多少二氧化碳? 返回時間是幾點?
(提示:通常航天器沿橢圓軌道運動,這不是慣性參考系,在短弧上,可以看作航天器以勻速直線運動,這是慣性參考系.)
【試題解析】
1、分析:
2、分析:放手后,小球和小車組成的系統不受水平方向外力的影響,因此系統水平方向動量守恒,水平方向總動量為系統的初始狀態為零,球和小車的最終速度相等。 馬車最終必須停下來。
答案:C
3、分析:設卡車總質量(包括車上的人和球)為M,速度為u,以原運動方向為正方向。
假設球的質量為m,拋擲時相對于地面的速度為v,拋球后的速度為u',則由動量守恒定律
知道
,正確答案是C
答案:C
4、分析:由水平方向動量守恒可知,兩者最終靜止; 物體B的水平分數速度在M→??N的過程中逐漸減小,板會向相反方向加速; 從N→P的過程中B減速,所以A也減速。
答案:BC
5、分析:(1)物體被拋出后,只受到重力的影響。 根據動量定律,
,可繪制如圖(a)所示。