高中物理动量定理专题(问题详解)-word
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高中物理高考物理动量定理解题技巧讲解及练习题(含答案)一、高考物理精讲专题动量定理1.如图甲所示,物块A、B的质量分别是m A=4.0kg和m B=3.0kg。
用轻弹簧拴接,放在光滑的水平地面上,物块B右侧与竖直墙壁相接触。
另有一物块C从t=0时以一定速度向右运动,在t=4s时与物块A相碰,并立即与A粘在一起不再分开,C的v-t图象如图乙所示。
求:(1)C的质量m C;(2)t=8s时弹簧具有的弹性势能E p1,4~12s内墙壁对物块B的冲量大小I;(3)B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能E p2。
【答案】(1)2kg ;(2)27J,36N·S;(3)9J【解析】【详解】(1)由题图乙知,C与A碰前速度为v1=9m/s,碰后速度大小为v2=3m/s,C与A碰撞过程动量守恒m C v1=(m A+m C)v2解得C的质量m C=2kg。
(2)t=8s时弹簧具有的弹性势能E p1=12(m A+m C)v22=27J取水平向左为正方向,根据动量定理,4~12s内墙壁对物块B的冲量大小I=(m A+m C)v3-(m A+m C)(-v2)=36N·S(3)由题图可知,12s时B离开墙壁,此时A、C的速度大小v3=3m/s,之后A、B、C及弹簧组成的系统动量和机械能守恒,且当A、C与B的速度相等时,弹簧弹性势能最大(m A+m C)v3=(m A+m B+m C)v41 2(m A+m C)23v=12(m A+m B+m C)24v+E p2解得B离开墙后的运动过程中弹簧具有的最大弹性势能E p2=9J。
2.蹦床运动是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。
一个质量为60kg的运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回离水平网面5.0m高处。
已知运动员与网接触的时间为1.2s,若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力来处理,求此力的大小和方向。
高中物理-动量守恒定律经典例题详解一 动量 冲量 动量定理1.篮球运动员通常伸出双手迎接传来的篮球.接球时,两手随球迅速收缩至胸前.这样做可以( )A .减小球对手的冲量B .减小球对手的冲击力C .减小球的动量变化量D .减小球的动能变化量答案B [解析] 由动量定理Ft =Δp 知,接球时两手随球迅速收缩至胸前,延长了手与球接触的时间,从而减小了球的动量变化率,减小了球对手的冲击力,选项B 正确.二 动量守恒定律2. 一弹丸在飞行到距离地面5 m 高时仅有水平速度v =2 m/s ,爆炸成为甲、乙两块水平飞出,甲、乙的质量比为3∶1,不计质量损失,重力加速度g 取10 m/s 2,则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是A BC D答案B [解析] 弹丸在爆炸过程中,水平方向的动量守恒,有m 弹丸v 0=34m v 甲+14m v 乙,解得4v 0=3v 甲+v 乙,爆炸后两块弹片均做平抛运动,竖直方向有h =12gt 2,水平方向对甲、乙两弹片分别有x 甲=v 甲t ,x 乙=v 乙t ,代入各图中数据,可知B 正确.3.如图所示,竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切,小滑块A 和B 分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点.现将A 无初速释放,A 与B 碰撞后结合为一个整体,并沿桌面滑动.已知圆弧轨道光滑,半径R =0.2 m ;A 和B 的质量相等;A 和B 整体与桌面之间的动摩擦因数μ=0.2.重力加速度g 取10 m/s 2.求:(1) 碰撞前瞬间A 的速率v ;(2) 碰撞后瞬间A 和B 整体的速率v ′; (3) A 和B 整体在桌面上滑动的距离l .[答案] (1)2 m/s (2)1 m/s (3)0.25 m [解析] 设滑块的质量为m . (1)根据机械能守恒定律有mgR =12m v 2解得碰撞前瞬间A 的速率有v =2gR =2 m/s.(2)根据动量守恒定律有m v =2m v ′解得碰撞后瞬间A 和B 整体的速率v ′=12v =1 m/s.(3)根据动能定理有12(2m )v ′2=μ(2m )gl 解得A 和B 整体沿水平桌面滑动的距离l =v ′22μg=0.25 m . 4.质量为2 kg 的小车以2 m/s 的速度沿光滑的水平面向右运动,若将质量为0 .5 kg 的砂袋以3 m/s 的水平速度迎面扔上小车,则砂袋与小车一起运动的速度的大小和方向是( )A .1.0 m/s ,向右B .1.0 m/s ,向左C .2.2 m/s ,向右D .2.2 m/s ,向左答案D [解析] 忽略空气阻力和分离前后系统质量的变化,卫星和箭体整体分离前后动量守恒,则有(m 1+m 2)v 0=m 1v 1+m 2v 2,整理可得v 1=v 0+m 2m 1(v 0-v 2),故D 项正确. 5.冰壶运动深受观众喜爱,图X291甲为2014年2月第22届索契冬奥会上中国队员投掷冰壶的镜头.在某次投掷中,冰壶甲运动一段时间后与对方静止的冰壶乙发生正碰,如图乙.若两冰壶质量相等,则碰后两冰壶最终停止的位置,可能是图丙中的哪幅图( )图X291答案B [解析] 两个质量相等的冰壶发生正碰,碰撞前后都在同一直线上,选项A 错误;碰后冰壶A 在冰壶B 的左边,选项C 错误;碰撞过程中系统的动能可能减小,也可能不变,但不能增大,所以选项B 正确,选项D 错误.6.下图X292是“牛顿摆”装置,5个完全相同的小钢球用轻绳悬挂在水平支架上,5根轻绳互相平行,5个钢球彼此紧密排列,球心等高.用1、2、3、4、5分别标记5个小钢球.当把小球1向左拉起一定高度,如图甲所示,然后由静止释放,在极短时间内经过小球间的相互碰撞,可观察到球5向右摆起,且达到的最大高度与球1的释放高度相同,如图乙所示.关于此实验,下列说法中正确的是()图X292A.上述实验过程中,5个小球组成的系统机械能守恒,动量守恒B.上述实验过程中,5个小球组成的系统机械能不守恒,动量不守恒C.如果同时向左拉起小球1、2、3到相同高度(如图丙所示),同时由静止释放,经碰撞后,小球4、5一起向右摆起,且上升的最大高度高于小球1、2、3的释放高度D.如果同时向左拉起小球1、2、3到相同高度(如图丙所示),同时由静止释放,经碰撞后,小球3、4、5一起向右摆起,且上升的最大高度与小球1、2、3的释放高度相同答案D[解析] 5个小球组成的系统发生的是弹性正碰,系统的机械能守恒,系统在水平方向的动量守恒,总动量并不守恒,选项A、B错误;同时向左拉起小球1、2、3到相同的高度,同时由静止释放并与4、5碰撞后,由机械能守恒和水平方向的动量守恒知,小球3、4、5一起向右摆起,且上升的最大高度与小球1、2、3的释放高度相同,选项C错误,选项D正确.三动量综合问题7. 如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A,质量m A=4 kg,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计.可视为质点的物块B置于A的最右端,B的质量m B =2 kg.现对A施加一个水平向右的恒力F=10 N,A运动一段时间后,小车左端固定的挡板与B发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A、B粘合在一起,共同在F的作用下继续运动,碰撞后经时间t=0.6 s,二者的速度达到v t=2 m/s.求:(1)A开始运动时加速度a的大小;(2)A、B碰撞后瞬间的共同速度v的大小;(3)A的上表面长度l.答案(1)2.5 m/s2(2)1 m/s(3)0.45 m[解析] (1)以A为研究对象,由牛顿第二定律有F=m A a①代入数据解得a=2.5 m/s2②(2)对A、B碰撞后共同运动t=0.6 s的过程,由动量定理得Ft=(m A+m B)v t-(m A+m B)v③代入数据解得v =1 m/s ④(3)设A 、B 发生碰撞前,A 的速度为v A ,对A 、B 发生碰撞的过程,由动量守恒定律有m A v A =(m A +m B )v ⑤A 从开始运动到与B 发生碰撞前,由动能定理有Fl =12m A v 2A ⑥ 由④⑤⑥式,代入数据解得l =0.45 m ⑦8.如图所示,质量分别为m A 、m B 的两个弹性小球A 、B 静止在地面上,B 球距地面的高度h =0.8 m ,A 球在B 球的正上方,先将B 球释放,经过一段时间后再将A 球释放,当A 球下落t =0.3 s 时,刚好与B 球在地面上方的P 点处相碰,碰撞时间极短,碰后瞬间A 球的速度恰为零,已知m B =3m A ,重力加速度大小g 取10 m/s 2,忽略空气阻力及碰撞中的动能损失.求:(1)B 球第一次到过地面时的速度; (2)P 点距离地面的高度.答案解:(ⅰ)设B 球第一次到达地面时的速度大小为v B ,由运动学公式有v B =2gh ①将h =0.8 m 代入上式,得v 1=4 m/s.②(ⅱ)设两球相碰前后,A 球的速度大小分别为v 1和v ′1(v ′1=0),B 球的速度分别为v 2和v ′2,由运动学规律可得v 1=gt ③由于碰撞时间极短,重力的作用可以忽略,两球相碰前后的动量守恒,总动能保持不变,规定向下的方向为正,有m A v 1+m B v 2=m B v ′2④12m A v 21+12m B v 22=12m v ′22⑤ 设B 球与地面相碰后速度大小为v ′B ,由运动学及碰撞的规律可得v ′B =v B ⑥设P 点距地面的高度为h ′,由运动学规律可得h ′=v ′2B -v 222g⑦联立②③④⑤⑥⑦式,并代入已知条件可得h ′=0.75 m .⑧9. 一中子与一质量数为A (A >1)的原子核发生弹性正碰.若碰前原子核静止,则碰撞前与碰撞后中子的速率之比为( )A.A +1A -1B.A -1A +1C.4A(A +1)2 D.(A +1)2(A -1)2答案A [解析] 本题考查完全弹性碰撞中的动量守恒、动能守恒.设碰撞前后中子的速率分别为v 1,v ′1,碰撞后原子核的速率为v 2,中子的质量为m 1,原子核的质量为m 2,则m 2=Am 1.根据完全弹性碰撞规律可得m 1v 1=m 2v 2+m 1v ′1,12m 1v 21=12m 2v 22+12m 1v ′21,解得碰后中子的速率v ′1=⎪⎪⎪⎪⎪⎪m 1-m 2m 1+m 2v 1=A -1A +1v 1,因此碰撞前后中子速率之比v 1v ′1=A +1A -1,A 正确.10.如图X296所示,竖直平面内的光滑水平轨道的左边与墙壁对接,右边与一个足够高的14光滑圆弧轨道平滑相连,木块A 、 B 静置于光滑水平轨道上,A 、B 的质量分别为1.5kg 和0.5 kg.现让A 以6 m/s 的速度水平向左运动,之后与墙壁碰撞,碰撞的时间为0.3 s ,碰后的速度大小变为4 m/s.当A 与B 碰撞后会立即粘在一起运动,g 取10 m/s 2,求:(1)在A 与墙壁碰撞的过程中,墙壁对A 的平均作用力的大小; (2)A 、B 滑上圆弧轨道的最大高度.图X296答案(1)50 N (2)0.45 m[解析] (1)设水平向右为正方向,当A 与墙壁碰撞时根据动量定理有 Ft =m A v ′1-m A ·(-v 1) 解得F =50 N.(2)设碰撞后A 、B 的共同速度为v ,根据动量守恒定律有 m A v ′1=(m A +m B )vA 、B 在光滑圆形轨道上滑动时,机械能守恒,由机械能守恒定律得 12(m A +m B )v 2=(m A +m B )gh 解得h =0.45 m.四 力学观点的综合应用11.如图的水平轨道中,AC 段的中点B 的正上方有一探测器,C 处有一竖直挡板,物体P 1沿轨道向右以速度v 1与静止在A 点的物体P 2碰撞,并接合成复合体P ,以此碰撞时刻为计时零点,探测器只在t 1=2 s 至t 2=4 s 内工作.已知P 1、P 2的质量都为m =1 kg ,P 与AC 间的动摩擦因数为μ=0.1,AB 段长L =4 m ,g 取10 m/s 2,P 1、P 2和P 均视为质点,P 与挡板的碰撞为弹性碰撞.(1)若v 1=6 m/s ,求P 1、P 2碰后瞬间的速度大小v 和碰撞损失的动能ΔE ;(2)若P 与挡板碰后,能在探测器的工作时间内通过B 点,求v 1的取值范围和P 向左经过A 点时的最大动能E .答案(1)3 m/s 9 J (2)10 m/s ≤v 1≤14 m/s 17 J [解析] (1)P 1、P 2碰撞过程动量守恒,有m v 1=2m v解得v =v 12=3 m/s碰撞过程中损失的动能为ΔE =12m v 21-12(2m )v 2解得ΔE =9 J.(2)由于P 与挡板的碰撞为弹性碰撞.故P 在AC 间等效为匀减速运动,设P 在AC 段加速度大小为a ,碰后经过B 点的速度为v 2 ,由牛顿第二定律和运动学规律,得μ(2m )g =2ma3L =v t -12at 2v 2=v -at解得v 1=2v =6L +μgt 2t v 2=6L -μgt 22t由于2 s ≤t ≤4 s 所以解得v 1的取值范围10 m/s ≤v 1≤14 m/sv 2的取值范围1 m/s ≤v 2≤5 m/s所以当v 2=5 m/s 时,P 向左经过A 点时有最大速度 v 3=v 22-2μgL则P 向左经过A 点时有最大动能E =12(2m )v 23=17 J. 12. 冰球运动员甲的质量为80.0 kg.当他以5.0 m/s 的速度向前运动时,与另一质量为100 kg 、速度为3.0 m/s 的迎面而来的运动员乙相撞.碰后甲恰好静止.假设碰撞时间极短,求:(1 )碰后乙的速度的大小; (2)碰撞中总机械能的损失. [答案] (1)1.0 m/s (2)1400 J[解析] (1)设运动员甲、乙的质量分别为m 、M ,碰前速度大小分别为v 、V ,碰后乙的速度大小为V ′.由动量守恒定律有m v -MV =MV ′①代入数据得V ′=1.0 m/s ②(2)设碰撞过程中总机械能的损失为ΔE ,应有12m v 2+12MV 2=12MV ′2+ΔE ③ 联立②③式,代入数据得ΔE =1400 J ④。
动量定理题型及例题讲解动量定理是物理学中的一个重要定理,它描述了力、质量和时间之间的关系。
动量定理指出,在一个惯性系中,外力的冲量等于物体动量的增量。
下面我将介绍动量定理的题型和例题讲解。
一、动量定理题型动量定理题型一般可分为以下三种:1. 动量守恒定律应用题动量守恒定律是指在一个系统内,若不存在外力作用,则系统的总动量保持不变。
在这类题型中,考生需要根据动量守恒定律,计算出系统的总动量,然后根据动量定理,求解外力对系统的作用。
2. 动量定理公式应用题在这类题型中,考生需要根据动量定理,计算出物体的动量增量,然后根据动量守恒定律,求解外力对物体的作用。
3. 碰撞问题应用题碰撞问题是物理学中的一个重要问题,它涉及到动量守恒定律和动量定理。
在这类题型中,考生需要根据动量守恒定律和动量定理,计算出碰撞前后物体的动量变化,然后根据碰撞原理,求解外力对物体的作用。
二、动量定理例题讲解下面我们来看几个动量定理的例题:1. 动量守恒定律应用题例题:一个质量为 2 千克的物体,以 5 米/秒的速度沿水平面滑行,如果在物体表面放置一个弹簧,求弹簧的弹力。
解析:根据动量守恒定律,由于物体的速度不变,系统的总动量守恒。
因此,外力的冲量等于物体的动量增量。
即:I = m * v其中,I 为外力的冲量,m 为物体的质量,v 为物体的速度。
根据题意,可知:I = m * v = 2 * 5 = 10 J因此,外力对物体的作用为:F = I / a = 10 / 1 = 10 N。
2. 动量定理公式应用题例题:一个质量为 2 千克的物体,以 5 米/秒的速度沿水平面滑行,如果在物体表面放置一个弹簧,求弹簧的弹力。
解析:根据动量定理,在外力作用期间,物体的动量增量为:p = m * v"其中,p 为物体的动量,m 为物体的质量,v"为物体的速度。
根据题意,可知:v" = v - at其中,a 为物体的水平加速度,t 为物体滑行的时间。
高考物理动量定理解题技巧及经典题型及练习题(含答案)及解析一、高考物理精讲专题动量定理1.如图所示,静置于水平地面上的二辆手推车沿一直线排列,质量均为m ,人在极短的时间内给第一辆车一水平冲量使其运动,当车运动了距离L 时与第二辆车相碰,两车以共同速度继续运动了距离L 时停。
车运动时受到的摩擦阻力恒为车所受重力的k 倍,重力加速度为g ,若车与车之间仅在碰撞时发生相互作用,碰撞吋间很短,忽咯空气阻力,求: (1)整个过程中摩擦阻力所做的总功; (2)人给第一辆车水平冲量的大小。
【答案】(1)-3kmgL ;(2)10m kgL 【解析】 【分析】 【详解】(1)设运动过程中摩擦阻力做的总功为W ,则W =-kmgL -2kmgL =-3kmgL即整个过程中摩擦阻力所做的总功为-3kmgL 。
(2)设第一辆车的初速度为v 0,第一次碰前速度为v 1,碰后共同速度为v 2,则由动量守恒得mv 1=2mv 222101122kmgL mv mv -=- 221(2)0(2)2k m gL m v -=-由以上各式得010v kgL =所以人给第一辆车水平冲量的大小010I mv m kgL ==2.如图1所示,水平面内的直角坐标系的第一象限有磁场分布,方向垂直于水平面向下,磁感应强度沿y 轴方向没有变化,与横坐标x 的关系如图2所示,图线是双曲线(坐标是渐近线);顶角θ=53°的光滑金属长导轨MON 固定在水平面内,ON 与x 轴重合,一根与ON 垂直的长导体棒在水平向右的外力作用下沿导轨MON 向右滑动,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触,已知t =0时,导体棒位于顶角O 处;导体棒的质量为m =4kg ;OM 、ON 接触处O 点的接触电阻为R =0.5Ω,其余电阻不计,回路电动势E 与时间t 的关系如图3所示,图线是过原点的直线,求:(1)t =2s 时流过导体棒的电流强度的大小; (2)在1~2s 时间内导体棒所受安培力的冲量大小;(3)导体棒滑动过程中水平外力F (单位:N )与横坐标x (单位:m )的关系式. 【答案】(1)8A (2)8N s ⋅(3)32639F x =+【解析】 【分析】 【详解】(1)根据E-t 图象中的图线是过原点的直线特点,可得到t =2s 时金属棒产生的感应电动势为4V E =由欧姆定律得24A 8A 0.5E I R === (2)由图2可知,1(T m)x B =⋅ 由图3可知,E 与时间成正比,有E =2t (V )4EI t R== 因θ=53°,可知任意t 时刻回路中导体棒有效切割长度43x L = 又由F BIL =安所以163F t 安=即安培力跟时间成正比所以在1~2s 时间内导体棒所受安培力的平均值163233N 8N2F +==故8N s I F t =∆=⋅安(3)因为43vE BLv Bx ==⋅所以1.5(m/s)v t =可知导体棒的运动时匀加速直线运动,加速度21.5m/s a =又212x at =,联立解得 32639F x =+【名师点睛】本题的关键首先要正确理解两个图象的数学意义,运用数学知识写出电流与时间的关系,要掌握牛顿运动定律、闭合电路殴姆定律,安培力公式、感应电动势公式.3.图甲为光滑金属导轨制成的斜面,导轨的间距为1m l =,左侧斜面的倾角37θ=︒,右侧斜面的中间用阻值为2R =Ω的电阻连接。
高中物理动量定理解题技巧讲解及练习题(含答案)及解析一、高考物理精讲专题动量定理1.如图所示,一个质量为m 的物体,初速度为v 0,在水平合外力F (恒力)的作用下,经过一段时间t 后,速度变为v t 。
(1)请根据上述情境,利用牛顿第二定律推导动量定理,并写出动量定理表达式中等号两边物理量的物理意义。
(2)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示。
请运用所学物理知识分析说明这样做的道理。
【答案】详情见解析 【解析】 【详解】(1)根据牛顿第二定律F ma =,加速度定义0i v v a t-=解得 0=-i Ft mv mv即动量定理, Ft 表示物体所受合力的冲量,mv t -mv 0表示物体动量的变化 (2)快递物品在运送途中难免出现磕碰现象,根据动量定理0=-i Ft mv mv在动量变化相等的情况下,作用时间越长,作用力越小。
充满气体的塑料袋富有弹性,在碰撞时,容易发生形变,延缓作用过程,延长作用时间,减小作用力,从而能更好的保护快递物品。
2.一质量为0.5kg 的小物块放在水平地面上的A 点,距离A 点5 m 的位置B 处是一面墙,如图所示.物块以v 0=8m/s 的初速度从A 点沿AB 方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7m/s ,碰后以5m/s 的速度反向运动直至静止.g 取10 m/s 2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ;(2)若碰撞时间为0.05s ,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F ; (3)求物块在反向运动过程中克服摩擦力所做的功W . 【答案】(1)0.32μ=(2)130F N =(3)9W J = 【解析】(1)由动能定理,有:2201122mgs mv mv μ-=-可得0.32μ=.(2)由动量定理,有'F t mv mv ∆=-可得130F N =. (3)'2192W mv J ==. 【考点定位】本题考查动能定理、动量定理、做功等知识3.如图所示,真空中有平行正对金属板A 、B ,它们分别接在输出电压恒为U =91V 的电源两端,金属板长L =10cm 、两金属板间的距离d =3.2cm ,A 、B 两板间的电场可以视为匀强电场。
高考物理:动量定理的五种应用及例题详解!动量定理是力对时间的积累效应,使物体的动量发生改变,适用的范围很广,它的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系;它不仅适用于恒力情形,而且也适用于变力情形,尤其在解决作用时间短、作用力大小随时间变化的打击、碰撞等问题时,动量定理要比牛顿定律方便得多。
一、用动量定理解释生活中的现象【例1】竖立放置的粉笔压在纸条的一端.要想把纸条从粉笔下抽出,又要保证粉笔不倒,应该缓缓、小心地将纸条抽出,还是快速将纸条抽出?说明理由。
【解析】纸条从粉笔下抽出,粉笔受到纸条对它的滑动摩擦力μmg作用,方向沿着纸条抽出的方向。
不论纸条是快速抽出,还是缓缓抽出,粉笔在水平方向受到的摩擦力的大小不变。
在纸条抽出过程中,粉笔受到摩擦力的作用时间用t表示,粉笔受到摩擦力的冲量为μmgt,粉笔原来静止,初动量为零,粉笔的末动量用mv表示.根据动量定理有:μmgt=mv。
如果缓慢抽出纸条,纸条对粉笔的作用时间比较长,粉笔受到纸条对它摩擦力的冲量就比较大,粉笔动量的改变也比较大,粉笔的底端就获得了一定的速度.由于惯性,粉笔上端还没有来得及运动,粉笔就倒了。
如果在极短的时间内把纸条抽出,纸条对粉笔的摩擦力冲量极小,粉笔的动量几乎不变.粉笔的动量改变得极小,粉笔几乎不动,粉笔也不会倒下。
二、用动量定理解曲线运动问题【例2】以速度v0水平抛出一个质量为1kg的物体,若在抛出后5s未落地且未与其它物体相碰,求它在5s内的动量的变化.(g=10m/s2)。
【解析】此题若求出末动量,再求它与初动量的矢量差,则极为繁琐.由于平抛出去的物体只受重力且为恒力,故所求动量的变化等于重力的冲量.则Δp=Ft=mgt=1×10×5=50 kg·m/s。
注:① 运用Δp=mv-mv0求Δp时,初、末速度必须在同一直线上,若不在同一直线,需考虑运用矢量法则或动量定理Δp=Ft求解Δp.②用I=F·t求冲量,F必须是恒力,若F是变力,需用动量定理I=Δp求解I。
物理动量定理专项及解析一、高考物理精讲专题动量定理1.如图所示,粗糙的水平面连接一个竖直平面内的半圆形光滑轨道,其半径为R =0.1 m ,半圆形轨道的底端放置一个质量为m =0.1 kg 的小球B ,水平面上有一个质量为M =0.3 kg 的小球A 以初速度v 0=4.0 m / s 开始向着木块B 滑动,经过时间t =0.80 s 与B 发生弹性碰撞.设两小球均可以看作质点,它们的碰撞时间极短,且已知木块A 与桌面间的动摩擦因数μ=0.25,求:(1)两小球碰前A 的速度; (2)球碰撞后B ,C 的速度大小;(3)小球B 运动到最高点C 时对轨道的压力;【答案】(1)2m/s (2)v A =1m /s ,v B =3m /s (3)4N ,方向竖直向上 【解析】 【分析】 【详解】(1)选向右为正,碰前对小球A 的运动由动量定理可得: –μ Mg t =M v – M v 0 解得:v =2m /s(2)对A 、B 两球组成系统碰撞前后动量守恒,动能守恒:A B Mv Mv mv =+222111222A B Mv Mv mv =+ 解得:v A =1m /s v B =3m /s(3)由于轨道光滑,B 球在轨道由最低点运动到C 点过程中机械能守恒:2211222B Cmv mv mg R '=+ 在最高点C 对小球B 受力分析,由牛顿第二定律有: 2CN v mg F m R'+= 解得:F N =4N由牛顿第三定律知,F N '=F N =4N小球对轨道的压力的大小为3N ,方向竖直向上.2.质量为m 的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间t 1到达沙坑表面,又经过时间t 2停在沙坑里.求:⑴沙对小球的平均阻力F ;⑵小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I .【答案】(1)122()mg t t t + (2)1mgt 【解析】试题分析:设刚开始下落的位置为A ,刚好接触沙的位置为B ,在沙中到达的最低点为C.⑴在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为t 1+t 2,而阻力作用时间仅为t 2,以竖直向下为正方向,有: mg(t 1+t 2)-Ft 2=0, 解得:方向竖直向上⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理:在t 1时间内只有重力的冲量,在t 2时间内只有总冲量(已包括重力冲量在内),以竖直向下为正方向,有: mgt 1-I=0,∴I=mgt 1方向竖直向上 考点:冲量定理点评:本题考查了利用冲量定理计算物体所受力的方法.3.如图甲所示,平面直角坐标系中,0≤x ≤l 、0≤y ≤2l 的矩形区域中存在交变匀强磁场,规定磁场垂直于纸面向里的方向为正方向,其变化规律如图乙所示,其中B 0和T 0均未知。
高中物理动量定理题20套(带答案)含解析一、高考物理精讲专题动量定理1.如图所示,一质量m 1=0.45kg 的平顶小车静止在光滑的水平轨道上.车顶右端放一质量m 2=0.4 kg 的小物体,小物体可视为质点.现有一质量m 0=0.05 kg 的子弹以水平速度v 0=100 m/s 射中小车左端,并留在车中,已知子弹与车相互作用时间极短,小物体与车间的动摩擦因数为μ=0.5,最终小物体以5 m/s 的速度离开小车.g 取10 m/s 2.求:(1)子弹从射入小车到相对小车静止的过程中对小车的冲量大小.(2)小车的长度.【答案】(1)4.5N s ⋅ (2)5.5m【解析】①子弹进入小车的过程中,子弹与小车组成的系统动量守恒,有:0011()o m v m m v =+,可解得110/v m s =;对子弹由动量定理有:10I mv mv -=-, 4.5I N s =⋅ (或kgm/s);②三物体组成的系统动量守恒,由动量守恒定律有:0110122()()m m v m m v m v +=++;设小车长为L ,由能量守恒有:22220110122111()()222m gL m m v m m v m v μ=+-+- 联立并代入数值得L =5.5m ;点睛:子弹击中小车过程子弹与小车组成的系统动量守恒,由动量守恒定律可以求出小车的速度,根据动量定理可求子弹对小车的冲量;对子弹、物块、小车组成的系统动量守恒,对系统应用动量守恒定律与能量守恒定律可以求出小车的长度.2.一质量为0.5kg 的小物块放在水平地面上的A 点,距离A 点5m 的位置B 处是一面墙,如图所示,物块以v 0=9m/s 的初速度从A 点沿AB 方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7m/s ,碰后以6m/s 的速度反向运动直至静止.g 取10m/s 2.(1)求物块与地面间的动摩擦因数μ;(2)若碰撞时间为0.05s ,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F .【答案】(1)0.32μ= (2)F =130N【解析】试题分析:(1)对A 到墙壁过程,运用动能定理得:,代入数据解得:μ=0.32.(2)规定向左为正方向,对碰墙的过程运用动量定理得:F △t=mv′﹣mv ,代入数据解得:F=130N .3.滑冰是青少年喜爱的一项体育运动。
高考物理动量定理解题技巧及经典题型及练习题( 含答案 ) 含解析一、高考物理精讲专题动量定理1.质量为 m 的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间t1到达沙坑表面,又经过时间t2停在沙坑里.求:⑴沙对小球的平均阻力F;⑵小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I.【答案】(1) mg(t1t2t 2 )(2) mgt1【解析】试题分析:设刚开始下落的位置为A,刚好接触沙的位置为B,在沙中到达的最低点为C.⑴在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为t1 +t2,而阻力作用时间仅为t2,以竖直向下为正方向,有:mg(t +t )-Ft =0, 解得:方向竖直向上1 2 2⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理:在t1时间内只有重力的冲量,在t2时间内只有总冲量(已包括重力冲量在内),以竖直向下为正方向,有:mgt 1-I=0,∴I=mgt1方向竖直向上考点:冲量定理点评:本题考查了利用冲量定理计算物体所受力的方法.2.如图所示,长为L 的轻质细绳一端固定在地高度为 H。
现将细绳拉至与水平方向成30 O 点,另一端系一质量为m ,由静止释放小球,经过时间的小球, O 点离t 小球到达最低点,细绳刚好被拉断,小球水平抛出。
若忽略空气阻力,重力加速度为g。
(1)求细绳的最大承受力;(2)求从小球释放到最低点的过程中,细绳对小球的冲量大小;(3)小明同学认为细绳的长度越长,小球抛的越远;小刚同学则认为细绳的长度越短,小球抛的越远。
请通过计算,说明你的观点。
2 m2 gL ;(3)当L H【答案】( 1) F=2mg ;( 2)I F mgt 时小球抛的最远2【解析】【分析】【详解】(1)小球从释放到最低点的过程中,由动能定理得mgLsin 30 1 m v022小球在最低点时,由牛顿第二定律和向心力公式得2mv0F mgL解得:F=2mg(2)小球从释放到最低点的过程中,重力的冲量I G=mgt动量变化量p mv0由三角形定则得,绳对小球的冲量I F mgt 2m2gL(3)平抛的水平位移x v0t ,竖直位移H L 1 gt22解得x 2L( H L)当 L H时小球抛的最远23.如图所示,质量M=1.0kg 的木板静止在光滑水平面上,质量m=0.495kg 的物块(可视为质点)放在的木板左端,物块与木板间的动摩擦因数μ=0.4。
高中物理动量定理解题技巧及经典题型及练习题( 含答案 ) 及解析一、高考物理精讲专题动量定理1.观赏“烟火”表演是某地每年“春节”庆祝活动的压轴大餐。
某型“礼花”底座仅0.2s 的发射时间,就能将质量为 m=5kg 的礼花弹竖直抛上 180m 的高空。
(忽略发射底座高度,不计空气阻力, g 取 10m/s 2)(1)“礼花”发射时燃烧的火药对礼花弹的平均作用力是多少?(已知该平均作用力远大于礼花弹自身重力)(2)某次试射,当礼花弹到达最高点时爆炸成沿水平方向运动的两块(爆炸时炸药质量忽略不计),测得前后两块质量之比为1: 4,且炸裂时有大小为E=9000J 的化学能全部转化为了动能,则两块落地点间的距离是多少?【答案】 (1)1550N; (2)900m【解析】【分析】【详解】(1)设发射时燃烧的火药对礼花弹的平均作用力为F,设礼花弹上升时间为t,则:h 1gt 2 2解得t 6s对礼花弹从发射到抛到最高点,由动量定理Ft 0mg(t t0 )0其中t00.2s解得F 1550N(2)设在最高点爆炸后两块质量分别为m1、 m2,对应的水平速度大小分别为v1、 v2,则:在最高点爆炸,由动量守恒定律得m1v1m2 v2由能量守恒定律得E 1m1v121m2v22 22其中m11m24 m m1m2联立解得v1120m/sv230m/s 之后两物块做平抛运动,则竖直方向有h 1gt 2 2水平方向有s v1t v2t由以上各式联立解得s=900m2.质量为 m 的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间t1到达沙坑表面,又经过时间t2停在沙坑里.求:⑴沙对小球的平均阻力F;⑵小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I.mg(t1t 2 )【答案】 (1)(2) mgt1t2【解析】试题分析:设刚开始下落的位置为A,刚好接触沙的位置为B,在沙中到达的最低点为C.⑴在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为t1 +t2,而阻力作用时间仅为t2,以竖直向下为正方向,有:mg(t 1+t2)-Ft2=0, 解得:方向竖直向上⑵仍然在下落的全过程对小球用动量定理:在t1时间内只有重力的冲量,在t2时间内只有总冲量(已包括重力冲量在内),以竖直向下为正方向,有:mgt 1-I=0,∴I=mgt1方向竖直向上考点:冲量定理点评:本题考查了利用冲量定理计算物体所受力的方法.3.如图所示,足够长的木板端, A、 B、C 的质量分别为A 和物块m、2m 和C置于同一光滑水平轨道上,物块 B 置于 A 的左3m,已知 A、 B 一起以 v0的速度向右运动,滑块C向左运动,A、C 碰后连成一体,最终A、B、 C 都静止,求:(i) C 与 A 碰撞前的速度大小(i i )A、 C 碰撞过程中 C 对 A 到冲量的大小.【答案】( 1) C 与 A 碰撞前的速度大小是v0;(2) A、 C 碰撞过程中 C 对 A 的冲量的大小是3mv0.2【解析】【分析】【详解】试题分析:①设 C 与 A 碰前速度大小为v1,以A碰前速度方向为正方向,对A、 B、 C 从碰前至最终都静止程由动量守恒定律得:(m 2m) v0-3mv1 ?0解得: v1v0.②设 C 与 A 碰后共同速度大小为v2,对A、C在碰撞过程由动量守恒定律得:mv0-3mv1( m 3m)v2在 A、 C 碰撞过程中对 A 由动量定理得:I CA mv2- mv0解得: I CA 3mv0 2即A、 C 碰过程中 C 对 A 的冲量大小为3mv0.方向为负.2考点:动量守恒定律【名师点睛】本题考查了求木板、木块速度问题,分析清楚运动过程、正确选择研究对象与运动过程是解题的前提与关键,应用动量守恒定律即可正确解题;解题时要注意正方向的选择.4.如图所示,在倾角θ=37°的足够长的固定光滑斜面的底端,有一质量m=1.0kg、可视为质点的物体,以 v0=6.0m/s 的初速度沿斜面上滑。
高中物理动量守恒定律试题(有答案和解析)含解析一、高考物理精讲专题动量守恒定律1.如图所示,质量为M=1kg 上表面为一段圆弧的大滑块放在水平面上,圆弧面的最底端刚好与水平面相切于水平面上的B 点,B 点左侧水平面粗糙、右侧水平面光滑,质量为m=0.5kg 的小物块放在水平而上的A 点,现给小物块一个向右的水平初速度v 0=4m/s ,小物块刚好能滑到圆弧面上最高点C 点,已知圆弧所对的圆心角为53°,A 、B 两点间的距离为L=1m ,小物块与水平面间的动摩擦因数为μ=0.2,重力加速度为g=10m/s 2.求: (1)圆弧所对圆的半径R ;(2)若AB 间水平面光滑,将大滑块固定,小物块仍以v 0=4m/s 的初速度向右运动,则小物块从C 点抛出后,经多长时间落地?【答案】(1)1m (2)428225t s = 【解析】 【分析】根据动能定理得小物块在B 点时的速度大小;物块从B 点滑到圆弧面上最高点C 点的过程,小物块与大滑块组成的系统水平方向动量守恒,根据动量守恒和系统机械能守恒求出圆弧所对圆的半径;,根据机械能守恒求出物块冲上圆弧面的速度,物块从C 抛出后,根据运动的合成与分解求落地时间; 【详解】解:(1)设小物块在B 点时的速度大小为1v ,根据动能定理得:22011122mgL mv mv μ=- 设小物块在B 点时的速度大小为2v ,物块从B 点滑到圆弧面上最高点C 点的过程,小物块与大滑块组成的系统水平方向动量守恒,根据动量守恒则有:12()mv m M v =+ 根据系统机械能守恒有:2201211()(cos53)22mv m M v mg R R =++- 联立解得:1R m =(2)若整个水平面光滑,物块以0v 的速度冲上圆弧面,根据机械能守恒有:2200311(cos53)22mv mv mg R R =+- 解得:322/v m s =物块从C 抛出后,在竖直方向的分速度为:38sin 532/5y v v m s =︒= 这时离体面的高度为:cos530.4h R R m =-︒=212y h v t gt -=-解得:4282t s +=2.如图所示,质量为M =2kg 的小车静止在光滑的水平地面上,其AB 部分为半径R =0.3m的光滑14圆孤,BC 部分水平粗糙,BC 长为L =0.6m 。
物理动量定理专项含解析一、高考物理精讲专题动量定理1.2022年将在我国举办第二十四届冬奥会,跳台滑雪是其中最具观赏性的项目之一.某滑道示意图如下,长直助滑道AB 与弯曲滑道BC 平滑衔接,滑道BC 高h =10 m ,C 是半径R =20 m 圆弧的最低点,质量m =60 kg 的运动员从A 处由静止开始匀加速下滑,加速度a =4.5 m/s 2,到达B 点时速度v B =30 m/s .取重力加速度g =10 m/s 2. (1)求长直助滑道AB 的长度L ;(2)求运动员在AB 段所受合外力的冲量的I 大小;(3)若不计BC 段的阻力,画出运动员经过C 点时的受力图,并求其所受支持力F N 的大小.【答案】(1)100m (2)1800N s ⋅(3)3 900 N 【解析】(1)已知AB 段的初末速度,则利用运动学公式可以求解斜面的长度,即2202v v aL -=可解得:221002v v L m a-==(2)根据动量定理可知合外力的冲量等于动量的该变量所以01800B I mv N s =-=⋅(3)小球在最低点的受力如图所示由牛顿第二定律可得:2Cv N mg m R-= 从B 运动到C 由动能定理可知:221122C B mgh mv mv =-解得;3900N N =故本题答案是:(1)100L m = (2)1800I N s =⋅ (3)3900N N =点睛:本题考查了动能定理和圆周运动,会利用动能定理求解最低点的速度,并利用牛顿第二定律求解最低点受到的支持力大小.2.如图1所示,水平面内的直角坐标系的第一象限有磁场分布,方向垂直于水平面向下,磁感应强度沿y 轴方向没有变化,与横坐标x 的关系如图2所示,图线是双曲线(坐标是渐近线);顶角θ=53°的光滑金属长导轨MON 固定在水平面内,ON 与x 轴重合,一根与ON 垂直的长导体棒在水平向右的外力作用下沿导轨MON 向右滑动,导体棒在滑动过程中始终保持与导轨良好接触,已知t =0时,导体棒位于顶角O 处;导体棒的质量为m =4kg ;OM 、ON 接触处O 点的接触电阻为R =0.5Ω,其余电阻不计,回路电动势E 与时间t 的关系如图3所示,图线是过原点的直线,求:(1)t =2s 时流过导体棒的电流强度的大小; (2)在1~2s 时间内导体棒所受安培力的冲量大小;(3)导体棒滑动过程中水平外力F (单位:N )与横坐标x (单位:m )的关系式. 【答案】(1)8A (2)8N s ⋅(3)32639F x =+【解析】 【分析】 【详解】(1)根据E-t 图象中的图线是过原点的直线特点,可得到t =2s 时金属棒产生的感应电动势为4V E =由欧姆定律得24A 8A 0.5E I R === (2)由图2可知,1(T m)x B =⋅ 由图3可知,E 与时间成正比,有E =2t (V )4EI t R== 因θ=53°,可知任意t 时刻回路中导体棒有效切割长度43x L =又由F BIL =安所以163F t 安=即安培力跟时间成正比所以在1~2s 时间内导体棒所受安培力的平均值163233N 8N2F +==故8N s I F t =∆=⋅安(3)因为43vE BLv Bx ==⋅所以1.5(m/s)v t =可知导体棒的运动时匀加速直线运动,加速度21.5m/s a =又212x at =,联立解得6F =+【名师点睛】本题的关键首先要正确理解两个图象的数学意义,运用数学知识写出电流与时间的关系,要掌握牛顿运动定律、闭合电路殴姆定律,安培力公式、感应电动势公式.3.如图甲所示,平面直角坐标系中,0≤x ≤l 、0≤y ≤2l 的矩形区域中存在交变匀强磁场,规定磁场垂直于纸面向里的方向为正方向,其变化规律如图乙所示,其中B 0和T 0均未知。
⾼中物理总复习--动量定理含解析⾼中物理总复习--动量定理含解析⼀、⾼考物理精讲专题动量定理1.质量为m 的⼩球,从沙坑上⽅⾃由下落,经过时间t 1到达沙坑表⾯,⼜经过时间t 2停在沙坑⾥.求:⑴沙对⼩球的平均阻⼒F ;⑵⼩球在沙坑⾥下落过程所受的总冲量I .【答案】(1)122()mg t t t (2)1mgt 【解析】试题分析:设刚开始下落的位置为A ,刚好接触沙的位置为B ,在沙中到达的最低点为C.⑴在下落的全过程对⼩球⽤动量定理:重⼒作⽤时间为t 1+t 2,⽽阻⼒作⽤时间仅为t 2,以竖直向下为正⽅向,有: mg(t 1+t 2)-Ft 2=0, 解得:⽅向竖直向上⑵仍然在下落的全过程对⼩球⽤动量定理:在t 1时间内只有重⼒的冲量,在t 2时间内只有总冲量(已包括重⼒冲量在内),以竖直向下为正⽅向,有: mgt 1-I=0,∴I=mgt 1⽅向竖直向上考点:冲量定理点评:本题考查了利⽤冲量定理计算物体所受⼒的⽅法.2.如图所⽰,⾜够长的⽊板A 和物块C 置于同⼀光滑⽔平轨道上,物块B 置于A 的左端,A 、B 、C 的质量分别为m 、2m 和3m ,已知A 、B ⼀起以v 0的速度向右运动,滑块C 向左运动,A 、C 碰后连成⼀体,最终A 、B 、C 都静⽌,求:(i )C 与A 碰撞前的速度⼤⼩(ii )A 、C 碰撞过程中C 对A 到冲量的⼤⼩.【答案】(1)C 与A 碰撞前的速度⼤⼩是v 0;(2)A 、C 碰撞过程中C 对A 的冲量的⼤⼩是32mv 0.【解析】【分析】【详解】试题分析:①设C 与A 碰前速度⼤⼩为1v ,以A 碰前速度⽅向为正⽅向,对A 、B 、C 从碰前⾄最终都静⽌程由动量守恒定律得:01(2)3?0m m v mv -+= 解得:10v v =.②设C 与A 碰后共同速度⼤⼩为2v ,对A 、C 在碰撞过程由动量守恒定律得:012 3(3)mv mv m m v =+-在A 、C 碰撞过程中对A 由动量定理得:20CA I mv mv =-解得:032CA I mv =-即A 、C 碰过程中C 对A 的冲量⼤⼩为032mv .⽅向为负.考点:动量守恒定律【名师点睛】本题考查了求⽊板、⽊块速度问题,分析清楚运动过程、正确选择研究对象与运动过程是解题的前提与关键,应⽤动量守恒定律即可正确解题;解题时要注意正⽅向的选择.3.⼀个质量为60千克的蹦床运动员从距离⽔平蹦床⽹⾯上3.2⽶的⾼处⾃由下落,触⽹后沿竖直⽅向蹦回到离⽔平⽹⾯5⽶⾼处.已知运动员与⽹接触的时候为1.2秒。
高中物理专题汇编物理动量定理(一)含解析一、高考物理精讲专题动量定理1.如图所示,一光滑水平轨道上静止一质量为M =3kg 的小球B .一质量为m =1kg 的小球A 以速度v 0=2m/s 向右运动与B 球发生弹性正碰,取重力加速度g =10m/s 2.求:(1)碰撞结束时A 球的速度大小及方向; (2)碰撞过程A 对B 的冲量大小及方向.【答案】(1)-1m/s ,方向水平向左(2)3N·s ,方向水平向右 【解析】【分析】A 与B 球发生弹性正碰,根据动量守恒及能量守恒求出碰撞结束时A 球的速度大小及方向;碰撞过程对B 应用动量定理求出碰撞过程A 对B 的冲量; 解:(1)碰撞过程根据动量守恒及能量守恒得:0A B mv mv Mv =+2220111222A B mv mv Mv =+ 联立可解得:1m/s B v =,1m/s A v =- 负号表示方向水平向左 (2)碰撞过程对B 应用动量定理可得:0B I Mv =- 可解得:3I N s =⋅ 方向水平向右2.如图所示,一个质量为m 的物体,初速度为v 0,在水平合外力F (恒力)的作用下,经过一段时间t 后,速度变为v t 。
(1)请根据上述情境,利用牛顿第二定律推导动量定理,并写出动量定理表达式中等号两边物理量的物理意义。
(2)快递公司用密封性好、充满气体的塑料袋包裹易碎品,如图所示。
请运用所学物理知识分析说明这样做的道理。
【答案】详情见解析 【解析】 【详解】(1)根据牛顿第二定律F ma =,加速度定义0i v v a t-=解得 0=-i Ft mv mv即动量定理, Ft 表示物体所受合力的冲量,mv t -mv 0表示物体动量的变化 (2)快递物品在运送途中难免出现磕碰现象,根据动量定理0=-i Ft mv mv在动量变化相等的情况下,作用时间越长,作用力越小。
充满气体的塑料袋富有弹性,在碰撞时,容易发生形变,延缓作用过程,延长作用时间,减小作用力,从而能更好的保护快递物品。
高中物理动量定理常见题型及答题技巧及练习题(含答案)含解析一、高考物理精讲专题动量定理1.蹦床运动是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。
一个质量为60kg 的运动员,从离水平网面3.2m 高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回离水平网面5.0m 高处。
已知运动员与网接触的时间为1.2s ,若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力来处理,求此力的大小和方向。
(g 取10m/s 2)【答案】1.5×103N ;方向向上【解析】【详解】设运动员从h 1处下落,刚触网的速度为1128m /s v gh ==运动员反弹到达高度h 2,,网时速度为22210m /s v gh ==在接触网的过程中,运动员受到向上的弹力F 和向下的重力mg ,设向上方向为正,由动量定理有()21()F mg t mv mv -=--得F =1.5×103N方向向上2.如图所示,光滑水平面上有一轻质弹簧,弹簧左端固定在墙壁上,滑块A 以v 0=12 m/s 的水平速度撞上静止的滑块B 并粘在一起向左运动,与弹簧作用后原速率弹回,已知A 、B 的质量分别为m 1=0.5 kg 、m 2=1.5 kg 。
求:①A 与B 撞击结束时的速度大小v ;②在整个过程中,弹簧对A 、B 系统的冲量大小I 。
【答案】①3m/s ; ②12N •s【解析】【详解】①A 、B 碰撞过程系统动量守恒,以向左为正方向由动量守恒定律得m 1v 0=(m 1+m 2)v代入数据解得v =3m/s②以向左为正方向,A 、B 与弹簧作用过程由动量定理得I =(m 1+m 2)(-v )-(m 1+m 2)v代入数据解得I =-12N •s负号表示冲量方向向右。
3.如图所示,在倾角θ=37°的足够长的固定光滑斜面的底端,有一质量m =1.0kg 、可视为质点的物体,以v 0=6.0m/s 的初速度沿斜面上滑。
动量和动量定理的应用知识点一——冲量(I)要点诠释:1.定义:力F和作用时间的乘积,叫做力的冲量。
2.公式:3.单位:4.方向:冲量是矢量,方向是由力F的方向决定。
5.注意:①冲量是过程量,求冲量时一定要明确是哪一个力在哪一段时间内的冲量。
②用公式求冲量,该力只能是恒力,无论是力的方向还是大小发生变化时,都不能用直接求出1.推导:设一个质量为的物体,初速度为,在合力F的作用下,经过一段时间,速度变为则物体的加速度由牛顿第二定律可得,即(为末动量,P为初动量)2.动量定理:物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。
3.公式:或4.注意事项:①动量定理的表达式是矢量式,在应用时要注意规定正方向;②式中F是指包含重力在内的合外力,可以是恒力也可以是变力。
当合外力是变力时,F应该是合外力在这段时间内的平均值;③研究对象是单个物体或者系统;④不仅适用于宏观物体的低速运动,也适用与微观物体的高速运动。
5.应用:在动量变化一定的条件下,力的作用时间越短,得到的作用力就越大,因此在需要增大作用力时,可尽量缩短作用时间,如打击、碰撞等由于作用时间短,作用力都较大,如冲压工件;在动量变化一定的条件下,力的作用时间越长,得到的作用力就越小,因此在需要减小作用力时,可尽量延长作用时间,如利用海绵或弹簧的缓冲作用来延长作用时间,从而减小作用力,再如安全气囊等。
规律方法指导1.动量定理和牛顿第二定律的比较(1)动量定理反映的是力在时间上的积累效应的规律,而牛顿第二定律反映的是力的瞬时效应的规律(2)由动量定理得到的,可以理解为牛顿第二定律的另一种表达形式,即:物体所受的合外力等于物体动量的变化率。
(3)在解决碰撞、打击类问题时,由于力的变化规律较复杂,用动量定理处理这类问题更有其优越性。
4.应用动量定理解题的步骤①选取研究对象;②确定所研究的物理过程及其始末状态;③分析研究对象在所研究的物理过程中的受力情况;④规定正方向,根据动量定理列式;⑤解方程,统一单位,求得结果。
经典例题透析类型一——对基本概念的理解1.关于冲量,下列说法中正确的是()A.冲量是物体动量变化的原因B.作用在静止的物体上力的冲量一定为零C.动量越大的物体受到的冲量越大D.冲量的方向就是物体合力的方向思路点拨:此题考察的主要是对概念的理解解析:力作用一段时间便有了冲量,而力作用一段时间后物体的运动状态发生了变化,物体的动量也发生了变化,因此说冲量使物体的动量发生了变化,A对;只要有力作用在物体上,经历一段时间,这个力便有了冲量,与物体处于什么状态无关,B错误;物体所受冲量大小与动量大小无关,C错误;冲量是一个过程量,只有在某一过程中力的方向不变时,冲量的方向才与力的方向相同,故D错误。
答案:A【变式】关于冲量和动量,下列说法中错误的是()A.冲量是反映力和作用时间积累效果的物理量B.冲量是描述运动状态的物理量C.冲量是物体动量变化的原因D.冲量的方向与动量的方向一致答案:BD点拨:冲量是过程量;冲量的方向与动量变化的方向一致。
故BD错误。
类型二——用动量定理解释两类现象2.玻璃杯从同一高度自由落下,落到硬水泥地板上易碎,而落到松软的地毯上不易碎。
这是为什么?解释:玻璃杯易碎与否取决于落地时与地面间相互作用力的大小。
由动量定理可知,此作用力的大小又与地面作用时的动量变化和作用时间有关。
因为杯子是从同一高度落下,故动量变化相同。
但杯子与地毯的作用时间远比杯子与水泥地面的作用时间长,所以地毯对杯子的作用力远比水泥地面对杯子的作用力小。
所以玻璃杯从同一高度自由落下,落到硬水泥地板上易碎,而落到松软的地毯上不易碎。
3. 如图,把重物压在纸带上,用一水平力缓缓拉动纸带,重物跟着一起运动,若迅速拉动纸带,纸带将会从重物下面抽出,解释这些现象的正确说法是()A.在缓慢拉动纸带时,重物和纸带间的摩擦力大B.在迅速拉动时,纸带给重物的摩擦力小C.在缓慢拉动时,纸带给重物的冲量大D.在迅速拉动时,纸带给重物的冲量小解析:在缓慢拉动时,两物体之间的作用力是静摩擦力,在迅速拉动时,它们之间的作用力是滑动摩擦力。
由于通常认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力。
所以一般情况是:缓拉摩擦力小;快拉摩擦力大,故AB都错;缓拉纸带时,摩擦力虽小些,但作用时间很长,故重物获得的冲量可以很大,所以能把重物带动。
快拉时摩擦力虽大些,但作用时间很短,故冲量小,所以动量改变也小,因此,CD正确。
总结升华:用动量定理解释现象一般可分为两类:一类是物体的动量变化一定,力的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小。
另一类是作用力一定,力的作用时间越长,动量变化越大;力的作用时间越短,动量变化越小。
分析问题时,要搞清楚哪个量一定,哪个量变化。
【变式1】有些运动鞋底有空气软垫,请用动量定理解释空气软垫的功能。
解析:由动量定理可知,在动量变化相同的情况下,时间越长,需要的作用力越小。
因此运动鞋底部的空气软垫有延长作用时间,从而减小冲击力的功能。
【变式2】机动车在高速公路上行驶,车速越大时,与同车道前车保持的距离也越大。
请用动量定理解释这样做的理由。
解析:由动量定理可知,作用力相同的情况下,动量变化越大,需要的时间越长。
因此,车速越大时,与同车道前车保持的距离也要越大。
类型三——动量定理的基本应用4. 质量为1T的汽车,在恒定的牵引力作用下,经过2s的时间速度由5m/s提高到8m/s,如果汽车所受到的阻力为车重的0.01,求汽车的牵引力?思路点拨:此题中已知力的作用时间来求力可考虑用动量定理较为方便。
解析:⑴物体动量的增量△P=Pˊ-P=103×8-103×5=3×103kg·m/s。
⑵根据动量定理可知:答案:汽车所受到的牵引力为1598N。
总结升华:本题也是可以应用牛顿第二定律,但在已知力的作用时间的情况下,应用动量定理比较简便。
【变式】一个质量5kg的物体以4m/s的速度向右运动,在一恒力作用下,经过0.2s其速度变为8m/s向左运动。
求物体所受到的作用力。
解析:规定初速度的方向即向右为正方向,根据动量定理可知:负号表示作用力的方向向左。
答案:物体所受到的作用力为300N,方向向左。
类型四——求平均作用力5. 汽锤质量,从1.2m 高处自由落下,汽锤与地面相碰时间为,碰后汽锤速度为零,不计空气阻力。
求汽锤与地面相碰时,地面受到的平均作用力。
思路点拨:本题是动量定理的实际应用,分清速度变化是问题的关键。
解析:选择汽锤为研究对象,设汽锤落地是速度为,则有汽锤与地面相碰时,受力如图所示,选取向上为正方向,由动量定理得根据牛顿第三定律可知,地面受到的平均作用力大小为3498N,方向竖直向下。
答案:平均作用力大小为3498N,方向竖直向下。
总结升华:动量定理是合力的冲量;动量定理是矢量式。
在解决这类竖直方向的打击问题中,重力是否能忽略,取决于与的大小,只有时,才可忽略,当然不忽略一定是正确的。
【变式1】蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。
一个质量为的运动员,从离水平网面高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回离水平网面高处。
已知运动员与网接触的时间为。
若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小。
(g 取)解析:运动员刚接触网时速度大小:,方向向下;刚离开网时速度大小:,方向向上。
运动员与网接触的过程,设网对运动员的作用力为F,对运动员由动量定理有:取向上为正方向,则解得:方向向上。
答案:N【变式2】质量为60kg的建筑工人,不慎从高空跌下,由于弹性安全带的保障,使他悬挂起来,已知弹性安全带缓冲时间为1.2s,安全带长为5m,则安全带所受的平均作用力。
(g取)解:对人在全过程中(从开始跌下到安全停止),由动量定理得:mg(t1+t2)-Ft2=0t1==s=1st2=1.2s∴F==N=1100N根据牛顿第三定律可知,安全带所受的平均作用力为1100N。
点评:此题也可用上面的方法分两个阶段分别研究,无论是分过程的解法还是全过程的解法,一定要注意力与时间的对应以及始末状态的确定。
类型五——用动量定理求变力的冲量6. 如图所示,将一轻弹簧悬于O点,下端和物体A相连,物体A下面用细线连接物体B,A、B质量分别为M、m,若将细线剪断,待B的速度为v时,A的速度为V,方向向下,求该过程中弹簧弹力的冲量。
思路点拨:求变力的冲量,不能用Ft 直接求解,可借助动量定理,由动量的变化量间接求出。
解析:剪断细线后,B向下做自由落体运动,A向上运动。
对A:取向上方向为正,由动量定理得I弹-Mgt=-MV-O∴I弹=Mgt-MV……………①对B:由自由落体运动知识………………………②由①、②解得:=M(v-V)类型六——用动量定理解决变质量问题7. 一艘帆船在静水中由风力推动做匀速直线运动。
设帆面的面积为S,风速为v1,船速为v2(v2<v1),空气的密度为,则帆船在匀速前进时帆面受到的平均风力大小为多少?思路点拨:此题需求平均风力大小,需用动量定理来解决。
解析:取如图所示的柱体内的空气为研究对象。
这部分空气经过时间后速度由v1变为v2,故其质量。
取船前进方向为正方向,对这部分气体,设风力为F,由动量定理有解得总结升华:对于流体运动问题,如水流、风等,在运用动量定理求解时,我们常隔离出一定形状的部分流体作为研究对象,然后对其列式计算。
【变式】宇宙飞船以的速度进入分布均匀的宇宙微粒尘区,飞船每前进要与个微粒相碰。
假如每一微粒的质量,与飞船相碰后附在飞船上。
为了使飞船的速度保持不变,飞船的牵引力应为多大。
答案:类型七——动量定理在系统中的应用8. 滑块A和B(质量分别为m A和m B)用轻细线连接在一起后放在水平桌面上,水平恒力F作用在B上,使A、B一起由静止开始沿水平桌面滑动,如图。
已知滑块A、B与水平面的滑动摩擦因数均为,在力F作用时间t后,A、B间连线突然断开,此后力F仍作用于B。
试求:滑块A刚好停住时,滑块B的速度多大?思路点拨:在已知力的作用时间的情况下,可考虑应用动量定理求解比较简便。
解析:取滑块A、B构成的系统为研究对象。
设F作用时间t后线突然断开,此时A、B的共同速度为v,根据动量定理,有解得在线断开后,滑块A经时间tˊ停止,根据动量定理有由此得设A停止时,B的速度为v B。
对于A、B系统,从力F开始作用至A停止的全过程,根据动量定理有将tˊ代入此式可求得B滑块的速度为总结升华:尽管系统内各物体的运动情况不同,但各物体所受的冲量之和仍等于各物体总动量的变化量。
应用这个处理方法能使一些繁杂的运动问题求解更简便。
【变式】质量为M的金属块和质量为m的木块通过细线连在一起,从静止开始以加速度a 在水中下沉。