动量定理应用中应注意的问题_动量定理论文

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运用动量定理I[,合](物体所受合外力的冲量等于该物体动量的增量)解题时,要特别注意以下几个问题。

一、要注意正负号的使用。

动量是矢量,动量的增量也是矢量,若规定某方向为正方向,则已知的矢量与该方向相同的取正值,与该方向相反的取负值,待求矢量直接代入表示它的字母,若求得的结果为正值,则待求矢量的方向与规定的正方向相同,若求得的结果为负值,则待求矢量的方向与规定的正方向相反。

例1 物块A和B用轻绳相连后悬在轻弹簧下端静止不动,如图1(a)所示;连接A和B的绳子被烧断后,A上升到某一位置时速度的大小为v,这时B的下落速度的大小为u,如图1(b)所示。已知A和B的质量分别为m[,A]和m[,b],求从甲状态到乙状态的过程中,弹簧的弹力作用于物块A的冲量。

解:规定竖直向下的方向为正方向,对物体B应用动量定理,有:

二、应用动量定理解下落物体与地面(或桌面)碰撞的习题时,一般情况下不能忘记考虑重力的冲量(除非题目指明或暗示碰撞过程中可忽略物体所受重力的冲量)。

例2 质量为m=2kg的球从离桌面h1高处自由落到桌面,与桌面第一次碰撞后最多能竖直面跳到离桌面h[,2]=0.1m高处,若不计空气阻力,球与桌面第一次碰撞的时间为△t=0.3s,求在这0.3s内桌面对球的平均作用力。

解:以向上的方向为正方向,球第一次刚接触桌面时的速度

本题所求的桌面对球的平均作用力大小为47.6N,方向向上。

本题中,若不考虑重力的冲量mg△t,则将得到=28N。显然,若不考虑重力的冲量,则求得的结果误差较大。

三、解匀速圆周运动习题,不能用向心力的大小乘以时间得这段时间内合外力的冲量。

例3 一轻线系住质量为m的小球在光滑的水平桌面上作速率为v、半径为γ的匀速圆周运动(轻线与桌面平行),求小球在转过半周的时间内,所受合外力冲量的大小。

解:有些人这样求合外力的冲量:

小球所受的合外力提供小球作匀速圆周运动所需的向心力,题中所求的:

上述解答是错误的,原因是使小球作匀速圆周运动的合外力的大小虽然不变,但是方向在变,在半周期内向心力对时间的平均值不等于mv[,2]/r(若要直接求此平均值,则要用高等数学知识)。

对于此题,我们可用动量定量I[,合]的大小:

I[,合]=△p=mv-m(-v)=2mv

四、求平抛运动过程中物体动量的增量的大小时,不能用该过程的末动量大小减去该过程初动量的大小。

例4 一质量为m的物体以初速度v[,0]作平抛运动(不计空气阻力),在该物体从被抛出到在空中下降竖直高度h的过程中,该物体动量增量的大小。

解:常见的错解是:

由机械能守恒定律,可得:

上述解答错在何处呢?是错在求动量的增量时,把不在同一直线上的两矢量(末动量和初动量)的大小直接相减。

由图2可知:

这种解法虽然正确,但是有些读者难以理解。

我们变换一下思路,本题中,物体仅受重力作用(合外力是恒力——大小、方向皆不变的力),欲求物体动量的增量,由动量定理,我们可求该物体所受合外力的冲量。

△p=I[,合]=mg△t

注意到平抛运动在坚直方向的分运动是自由落体运动:

的方向与重力方向相同,即竖直向下。

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