如何灵活运用动量来确定问题_动量定理论文

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一、灵活选取研究对象

动量定理的研究对象通常是单个物体。对单个物体的运动,研究对象的选取并不困难。但对于连续介质的持续作用,或者多个物体组成的系统问题,灵活合理的选取研究对象往往是解决问题的关键。

解析 动量定律不仅适用于单个物体,也同样适用于多个物体组成的系统但求解时应将整体法与隔离法相结合。选水平向右为正方向,先以AB组成的系统为研究对象再分别隔离A、B。

对系统,从子弹开始穿A到穿出A:

例2 如图2所示,一水龙头以0.7kg·s的流量将水注入放在案秤上的杯中,已知杯的质量为0.5kg,注水10s时,案秤示数为82N。求此时水流至杯中水面时的速度。(取g=10m·

解析 这是一个连续介质的冲击问题,也是变质量问题,不少同学对这类问题感到无从下手,因为杯中的水随着时间在不断增加,案秤的示数也在逐渐增大。若选定了t=10s的某个“瞬时”相对应的从流动的水中选取一个“质元”△m作为研究对象(即所谓微元法),我们对它运用动量定理,结合冲击过程的近似结论,就能使动压力的计算问题得到解决。

图2

实际上案秤示数包括静压力和动压力两部分,静压力是由杯和杯中的水重产生,大小等于杯和杯中水重力之和;动压力则是由水流的冲击而引起,它与流量和水流的速度等因素有关。

二、灵活选取运动过程

动量定理反映了力对时间的累积效果。动量定理最基本的应用就是解决涉及作用时间的问题。它既适用于短时间的作用过程,也适用于长时间的作用过程,甚至多个运动过程。在运用动量定理求解多个过程组合起来的总过程问题时,若抓住冲量的积累效果,把多个过程合为一个整体来处理。往往能避免繁杂运算。

三、灵活运用数形结合

动量定理不仅适用于恒力,也适用于变力。对变力问题既可以用定理的代数表达式求解,也可以结合图象求解。

例5 将一质量为m的物体以初速度竖直向上抛出,已知物体在运动过程中所受空气阻力的大小与其运动速度成正比,比例系数为k,若物体能够上升的最大高度为H,则其上升过程所用的时间应为( )。

例6 如图5所示,物体A和B用轻绳相连后挂在轻弹簧下静止不动,A的质量为m,B的质量为 M,当连接A、B的绳子突然断开后,物体A上升至某一位置时的速度大小为v,此时物体B下降速度大小为u。在这段时间里,弹簧弹力对物体A的冲量为( )。

A.mv;B.mv-Mu;

C.mv+mu; D.mv+Mu

图5

解析 因弹簧的弹力是变力,所以用表达式(2)列式求解。设弹簧弹力对 A的冲量为I,选竖直向上为正方向,则

对m,从绳断到A速度为v:I-mgt=mv-0

对M,从绳断到B速度为u:-Mgt=M(-u)-0

解得I=mu+mv。

故C正确。

例7 把质量为5kg的物体放在光滑的水平面上,如图6所示,在与水平方向成53°大小为 5N的力F作用下从静止开始运动,在2s内力F对物体的冲量为多少?物体获得的动量为多少?

图6

解析 对物体进行受力分析,与水平方向成 53°的拉力F、竖直向下的重力G、竖直向上的支持力

由冲量定理可知,力F的冲量为

因为在竖直方向上,力F的分量Fsin53°、重力 G、支持力的合力为零,合力的冲量也为零,所以物体所受合外力的冲量就等于力F在水平方向上的分量,由动量定理的分量式,在水平方向上得

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