浅谈动量定理的应用

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  动量定理是高中物理最基本的规律之一,也是高考的重点,下面就对的关动量定理的应用作一些实例分析,供大家参考,若有不当之处,请同行不吝指教。
  
  一、应用动量定理解释有关现象
  
  例1:从同一高度自由落下的玻璃杯,掉在水泥地易碎,掉在软地上不易碎,这是为什么?
  解析:玻璃杯落到地面上时动量变化是一定的。根据动量定理:Ft=△P可知,落在水泥地上的作用时间短,玻璃杯受到的作用力大,落在软泥地上作用时间长,玻璃杯受到的作用力小,所以,杯子在水泥地上易碎,而落在软泥上不易碎。
  用理我们要以用动量定理解释其它的现象,例如:汽车在行驶时驾驶员必须系安全带的原因,跳远时为什么要落在沙坑中,在搬运玻璃等易碎物品时,箱子里要放些碎纸,刨花等。
  
  二、应用动量定理求变力冲量
  
  从力的冲量的定义在I=Ft知,式中F为恒力,当物体受到的力是变力时不能直接用冲量的定义式求解冲量,由于动量定理给出了力的冲量动量变化之间的关系,这时可以用I=△P=m△V求变力的冲量。
  
  例2:如图所示,一个质量为m=1kg的物体,在竖直面内做匀速圆周运动,半径为R=0.5,速度V=2m/s,求物体从A点运动半周到B点的过程中,向心力的冲量?
  解析:由于物体做圆周运动,其向心力的方向时刻在变化,即向心力是变力,不能直接用I=Ft求冲量,可用动量定理求解。
  设向心力的冲量为I,规定水平向右为正方向。
  则:物体在A点的动量为:P=mv……①
  物体在B点的动量为:P’=- mv……②
  由动量定理有:I=△P=P’-P……③
  联立①②③式并代入数据解得:I=-4kgm/s(负号表示方向水平向左)。
  例3:质量为m的小球,从离地面H高处自由落下,与地面碰撞后又竖直向上弹起,能达到的最大高度为h ,若小球与地面间的接触时间为△t,求地面受到的平均作用力的冲量。
  解析:小球与地面相互作用时间短,作用力大,且为变力,可以用动量定理求解,设小球受地面的平均作用力的冲量为I,规定竖直向上为正方向。
  由运动学规律知:小球落地时的速度为:V=-……①
  小球离开地面时的速度为V’=……②
  根据动量定理有:I-mg△t=mv’-mv……③
  联立①②③式得:I=m(+)+mg△t
  根据牛顿第三定律知,地面受到小球的冲量大小为:
  I=m(+)+mg△t方向竖直向下。
  
  三、应用动量定理求恒力作用下的曲线运动中,物体的动量变化
  
  当物体做曲线运动时,若用△P=m△v,求动量变化比较繁锁,并且中学阶段也不作要求,但我们可以利用动量定理间接求解。
  例4:将质量为2kg的物体以V=5m/s的速度水平抛出,经6秒钟物体落地,求物体抛出后3s内物体的动量变化(不计空气阻力,g=10m/s2)
  解析:物体抛出后,3s末物体的速度和抛出时物体的速度不在同一直线上(也即不是一维情况),用△P=P’-P比较繁锁,可用△P=Ft求解。
  物体抛出后只受重力作用,由动量定理有△P=mgt=2×10×3kgm/s=60kgm/s,方向竖直向下。
  
  四、应用动量定理分析流体问题
  
  例5:水力采煤是用高压水流击碎煤层将煤采出,今有一采煤水枪口面积为S,射出的高压水流速度为V,水流垂直射向煤层后速度变为零,设水的密度为,求煤层表面受到的平均冲力多大?
  解析:要求水对煤层的平均作用力,由于水流是连续分布的,我们可以取在极短的时间内与煤层相碰的水柱分析。
  设在时间△t内有质量为m的水柱与煤层相碰撞,由管道模型有:m=sv△t……①
  设水柱受到煤层的作用力为F,以煤层对水柱的冲力方向为正方向。
  由动量定理有:F△t=0-mv……②
  由①②式得:F=sv2
  由牛顿第三定律知煤层受到水的平均作用大小为sv2方向水平向右。
  
  五、应用动量定理求解多过程问题
  
  例6:用水平力推一个质量为m的物体,使它在水平地面从静止开始运动,物体与水平面间的动摩擦因数?,经过时间t后,撤去这个水平力,撤去外力后,物体在摩擦力作用下又经过时间t停止运动,求推力大小?
  解法1:取物体为研究对象,设物体在推力F和摩擦力f作用下经过时间t的速度为V,规定推力方向为正向。
  撤去推力前,由动量定理有:(F-f)t=mv-0……①
  撤去推力后,由动量定理有:-ft=0-mv……②
  由①②式得:F=2μmg
  解法2,取物体为研究对象,它有两个运动过程,第一个过程是推力和摩擦力作用时间t,第二个过程是摩擦力作用时间t。
  规定推力的方向为正方向,对全过程用动量定理有:(F-f)t-ft=o……①
  F=2μmg
  由①②式得:F=2μmg
  比较以上两种解法可知,使过程整体法,省去了大量不必要的求中间量的过程,使得解题过程更为快捷。
  (作者单位:562400贵州省兴义一中)
  
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