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动量守恒定律的公式是:m1v1+m2v2=m1v3+m2v41.
动量:p=mv{p:动量(kg/s),m:质量(kg),v:速度(m/s),方向与速度方向相同}
2.冲量:I=Ft
{I:冲量(N??s),F:恒力(N),t:力的作用时间(s),方向由F决定}
3.动量定理:I=Δp
或Ft=mvt–mvo
{Δp:动量变化Δp=mvt–mvo,是矢量式}
4.动量守恒定律:p前总=p后总或p=p’
或
m1v1+m2v2=m1v1??+m2v2??
5.弹性碰撞:Δp=0;ΔEk=0
{即系统的动量和动能均守恒}
6.非弹性碰撞Δp=0;ΔEK<0{ΔEK:系统总动能变化量}7.完全非弹性碰撞Δp=0;ΔEK=ΔEKm
{碰后连在一起成一整体动能损失最大
8.物体m1以v1初速度与静止的物体m2发生弹性正碰:
v1??=(m1-m2)v1/(m1+m2)
v2??=2m1v1/(m1+m2)
9.推论-----等质量弹性正碰时二者交换速度(动能守恒、动量守恒)
10.子弹m水平速度vo射入静止置于水平光滑地面的长木块M,并嵌入其中一起运动时的机械能损失E损=mvo2/2-(M+m)vt2/2=fs相对
{v<sub>t</sub>:共同速度,f:阻力,s相对子弹相对长木块的位移}
注:(1)正碰又叫对心碰撞,速度方向在它们“中心”的连线上;
(2)以上表达式除动能外均为矢量运算,在一维情况下可取正方向化为代数运算;
(3)系统动量守恒的条件:合外力为零或系统不受外力,则系统动量守恒(碰撞问题、爆炸问题、反冲问题等);
(4)碰撞过程(时间极短,发生碰撞的物体构成的系统)视为动量守恒,原子核衰变时动量守恒;
(5)爆炸过程视为动量守恒,这时化学能转化为动能,动能增加;(6)其它相关内容:反冲运动、火箭、航天技术的发展和宇宙航行〔见教材〕。希望我的回答能够帮助您,还望采纳。
动量:p=mv{p:动量(kg/s),m:质量(kg),v:速度(m/s),方向与速度方向相同}
2.冲量:I=Ft
{I:冲量(N??s),F:恒力(N),t:力的作用时间(s),方向由F决定}
3.动量定理:I=Δp
或Ft=mvt–mvo
{Δp:动量变化Δp=mvt–mvo,是矢量式}
4.动量守恒定律:p前总=p后总或p=p’
或
m1v1+m2v2=m1v1??+m2v2??
5.弹性碰撞:Δp=0;ΔEk=0
{即系统的动量和动能均守恒}
6.非弹性碰撞Δp=0;ΔEK<0{ΔEK:系统总动能变化量}7.完全非弹性碰撞Δp=0;ΔEK=ΔEKm
{碰后连在一起成一整体动能损失最大
8.物体m1以v1初速度与静止的物体m2发生弹性正碰:
v1??=(m1-m2)v1/(m1+m2)
v2??=2m1v1/(m1+m2)
9.推论-----等质量弹性正碰时二者交换速度(动能守恒、动量守恒)
10.子弹m水平速度vo射入静止置于水平光滑地面的长木块M,并嵌入其中一起运动时的机械能损失E损=mvo2/2-(M+m)vt2/2=fs相对
{v<sub>t</sub>:共同速度,f:阻力,s相对子弹相对长木块的位移}
注:(1)正碰又叫对心碰撞,速度方向在它们“中心”的连线上;
(2)以上表达式除动能外均为矢量运算,在一维情况下可取正方向化为代数运算;
(3)系统动量守恒的条件:合外力为零或系统不受外力,则系统动量守恒(碰撞问题、爆炸问题、反冲问题等);
(4)碰撞过程(时间极短,发生碰撞的物体构成的系统)视为动量守恒,原子核衰变时动量守恒;
(5)爆炸过程视为动量守恒,这时化学能转化为动能,动能增加;(6)其它相关内容:反冲运动、火箭、航天技术的发展和宇宙航行〔见教材〕。希望我的回答能够帮助您,还望采纳。
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“两人如何跳出,车速都会相等”,由以下计算可证明此结论是正确的。
初始车速为零,动量守恒:
两人同时跳:0=m1.v+m2.v+M.v1 ,(1)
两人先后跳:设m1跳下后,车上(M+m2)的速度为v'2
m1先跳: 0=m1.v+(M+m2)v'2 ,(2)
m2再跳:(M+m2)v'2=m2.v+Mv2 ,(3)
由(1)式,v1=-(m1+m2))v/M
(2)(3)式联立解得 :v2=-(m1+m2))v/M
*负号表示 v1和v2方向与v相反
可见: v1=v2
初始车速为零,动量守恒:
两人同时跳:0=m1.v+m2.v+M.v1 ,(1)
两人先后跳:设m1跳下后,车上(M+m2)的速度为v'2
m1先跳: 0=m1.v+(M+m2)v'2 ,(2)
m2再跳:(M+m2)v'2=m2.v+Mv2 ,(3)
由(1)式,v1=-(m1+m2))v/M
(2)(3)式联立解得 :v2=-(m1+m2))v/M
*负号表示 v1和v2方向与v相反
可见: v1=v2
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没有什么更简单的方法了啊,就i是系统的总动量相同,无论两个人同时跳车,还是不是同时跳车,两个人跳完车的瞬间的动量与车的动量之和都等于跳车之前系统的总动量。
设跳车之前系统的总动量为P,人跳车后瞬间相对于地面的速度为v,车的是质量为M,因此有:
m1v+m2v+Mv1=P
m1v+m2v+Mv2=P
必然有v1=v2.
设跳车之前系统的总动量为P,人跳车后瞬间相对于地面的速度为v,车的是质量为M,因此有:
m1v+m2v+Mv1=P
m1v+m2v+Mv2=P
必然有v1=v2.
追问
第二种跳车是两个过程,怎么可以并为一个过程
来自:求助得到的回答
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因为同时跳和先后跳,两人的总动量变化是相同的,
所以车的动量变化也相同。
所以车的动量变化也相同。
追问
为什么同时跳和先后跳,两人的总动量变化是相同的
追答
就像先给你1元,再给你5元,
和一次给你1元和5元是一样的,
都是给你了6元。
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2021-12-21
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本文字数:2508 字
阅读时间:5分钟
动量和能量的知识是高中物理中的重点内容和主干知识,动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒和功能关系的综合应用是历年来高考物理命题的重点、热点。
动量和能量思想是贯穿整个物理学的基本思想,应用动量和能量的观点求解的问题,历来是高考命题的热点,而且命题方式多样,题型全,分量重,是很多同学普遍感到棘手的难点之一。本文将指导同学们研究整合高中力学的主干知识和解题的方法,特别是动量和能量知识的综合应用。
重难点剖析
① 如图1所示,独立理清两条线:一是力的时间积累——冲量——动量定理——动量守恒;二是力的空间移位积累——功——动能定理——机械能守恒——能的转化与守恒.把握这两条主线的结合:系统。即两个或两个以上物体组成相互作用的物体系统。动量和能量的综合问题通常是以物体系统为研究对象的。
② 解题时要抓特征扣条件,认真分析研究对象的过程特征,若只有重力、系统内弹力做功就看是否要应用机械能守恒定律;若涉及其他力做功,要考虑能否应用动能定理或能的转化关系建立方程;若过程满足合外力为零,或者内力远大于外力,判断是否要应用动量守恒;若合外力不为零,或冲量涉及瞬时作用状态,则应该考虑应用动量定理还是牛顿定律。
③ 应注意分析过程的转折点,如运动规律中的碰撞、爆炸等相互作用,它是不同物理过程的交汇点,也是物理量的联系点,一般涉及能量变化过程,例如碰撞中动能可能不变,也可能有动能损失,而爆炸时系统动能会增加。
常见模型、情景与过程
一、一动一静的碰撞模型
1.同一直线上的弹性碰撞
弹性碰撞是动量和动能都守恒的碰撞
这两个根应该根据物理情景取舍。两个刚性小球间的弹性碰撞(见图2所示)的结果只取解(1);这个方程组的解应该记住才能提高解题速度。
两个刚性小球间的弹性碰撞(见图1所示)的讨论:
①若m1=m2,则v1’=v2’,速度交换;
②若m1<m2,则v1’<0主动球反弹, v2’>0被动球向前;
若m1<
③m1>m2,则v1’>0主动球继续向前, v2’>0被动球向前;
若m1>>m2,则v1’≈v1主动球速度几乎不变,v2’≈2v1被动球几乎以2倍速向前;
2.完全非弹性碰撞
完全非弹性碰撞是所有碰撞种类中,动能损失最大的情况
完全非弹性碰撞过程中损失的动能大小是一定的,只与两个物体的质量比有关,与转化的方式无关。这个损失的动能在不同的问题中可以转化为不同的能量,如:系统增加的内能、焦耳热、气体的内能、弹簧的弹性势能、重力势能、两个点电荷间的电势能、原子的能级跃迁等。
3.一般碰撞
该方程组如果v’1和v’2都未知,则有三个未知数,没有定解,但可以证明:0≤ΔE≤ΔEmax.即,
二、滑块小车及子弹打木块模型
子弹打木块模型、滑块小车模型是比较类似的,以滑块小车模型为例。如图3所示:
质量为M的小车置于光滑的水平面上,质量为m的滑块以初速度v0滑上摩擦因数为μ的小车表面,小车足够长,最后滑块和小车以v共共速前进。我们可以列出方程:
这方程组显然与完全非弹性碰撞相似,方程的解完全相同:
这一过程中损失的动能比例是一定的,与μ和S相无直接关系。
以下是一些关于能量转化的重要结论(注意图3中的位移关系):
3.摩擦力对滑块做功:
4.摩擦力对小车做功:
5.整个过程中产生的热量(损失的动能):
我们经常用到这个结论:Q=fs相,它表明了动能转化为内能的方式和转化关系。例如传送带问题中,物体与传送带间产生的热量:Q=fs相对滑动的路程,这一能量关系有些同学会觉得较为复杂,图4可以帮助分析、记忆。
三、圆弧轨道模型及人船模型
情景1.如图5所示质量为M的光滑圆弧轨道置于光滑水平面上,质量为m的质点由轨道上h处滑到轨道的底端,求轨道和质点分别获得的速度。
由于水平动量守恒:mv=Mu
质点的势能转化为两个物体的动能:
由这两个方程显然可以很容易地求出速度u和v来。
情景2.如图6a所示,质点m以速度v0滑上质量为M的原来静止的光滑圆弧轨道,达到的最高点高度为h,(图6b所示)则有:
水平方向上动量守恒:
整体机械能守恒:
仿照完全非弹性碰撞结论,有:
情景3.当滑块在上面又滑回来时(图6c所示),设速度大小分别为v1和v2则:
这与弹性碰撞的解是一样的。
要注意(a)(b)(c)三个图中,M的位置是逐渐向左移动的,m对M的压力一直对M做正功,M的速度也越来越大。
四、一动一静的弹簧模型
如图8所示为质量相同的双振子在一个周期内的运动情景,由于不受外力的作用,共有的质心在水平方向上作匀速运动. 在弹簧原长(弹性势能为零,动能守恒)的两个瞬间,相当于弹性碰撞的情况,出现“速度交换”现象,分别是前述弹性碰撞方程组的解(1)或解(2)的结果;最长和最短瞬间都是两个物体共速的时候,是弹性势能最大、动能损失最大的时刻,相当于完全非弹性碰撞。
该模型的讨论较为复杂,应该利用弹簧的特殊点(原长、最短、最长)对全过程进行分段,耐心地利用动量和能量关系逐段分析,从而得到清晰的运动图景
典型例题
【例1】两个球A、B在光滑的水平面上沿同一直线,同一方向运动,mA=1kg,mB=2kg,vA=6m/s,vB=2m/s,当A球追上球B并发生正碰后,两球A、B速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正)()
A.v’A=5m/s,v’B= 2.5m/s
B.v’A =2m/s,v’B= 4m/s
C.v’A =-4m/s,v’B= 7m/s
D.v’A = 7m/s,v’B= 1.5m/s
解析:判断球A、B碰撞后的速度可能值有三种途径:
(1)情景的可能性 碰撞完成后,被碰小球B的速度一定比原来的速度大,因此D选项一定是错的;碰后如果两个小球分开并且同向运动,则后面的A球的速度一定要小于前面的B球的速度,因此A选项一定是错的;
(2)碰撞前后的动量守恒 B、C选项都可能是对的
(3)机械碰撞后的动能一定不会大于碰撞前的动能,即
由此可得C项错误。所以,正确的选项是B。
【例2】一质量为m静止在光滑水平面上的物体B,其上有一与水平面相切的光滑弧形轨道,如图9所示,现有质量也为m的滑块A,以水平速度v0向B滑去,若不计一切摩擦和碰撞的机械能损失,则下列说法正确的有()
A. 若A不能翻过B的最高点,那么A、B分离后一定是A静止,B以速度v0向右运动;
B. 若A能翻过B的最高点,且能沿B的右侧面下滑,那么A、B分离后一定是B静止,A以速度v0向右运动;
C.若A恰好能翻过B的最高点,且沿B的右侧面下滑,那么B获得的最大的动能为
D.若A恰好能翻过B的最高点,则当A在B的最高点时,B的动能为
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动量和能量的知识是高中物理中的重点内容和主干知识,动量定理、动能定理、动量守恒定律、机械能守恒和功能关系的综合应用是历年来高考物理命题的重点、热点。
动量和能量思想是贯穿整个物理学的基本思想,应用动量和能量的观点求解的问题,历来是高考命题的热点,而且命题方式多样,题型全,分量重,是很多同学普遍感到棘手的难点之一。本文将指导同学们研究整合高中力学的主干知识和解题的方法,特别是动量和能量知识的综合应用。
重难点剖析
① 如图1所示,独立理清两条线:一是力的时间积累——冲量——动量定理——动量守恒;二是力的空间移位积累——功——动能定理——机械能守恒——能的转化与守恒.把握这两条主线的结合:系统。即两个或两个以上物体组成相互作用的物体系统。动量和能量的综合问题通常是以物体系统为研究对象的。
② 解题时要抓特征扣条件,认真分析研究对象的过程特征,若只有重力、系统内弹力做功就看是否要应用机械能守恒定律;若涉及其他力做功,要考虑能否应用动能定理或能的转化关系建立方程;若过程满足合外力为零,或者内力远大于外力,判断是否要应用动量守恒;若合外力不为零,或冲量涉及瞬时作用状态,则应该考虑应用动量定理还是牛顿定律。
③ 应注意分析过程的转折点,如运动规律中的碰撞、爆炸等相互作用,它是不同物理过程的交汇点,也是物理量的联系点,一般涉及能量变化过程,例如碰撞中动能可能不变,也可能有动能损失,而爆炸时系统动能会增加。
常见模型、情景与过程
一、一动一静的碰撞模型
1.同一直线上的弹性碰撞
弹性碰撞是动量和动能都守恒的碰撞
这两个根应该根据物理情景取舍。两个刚性小球间的弹性碰撞(见图2所示)的结果只取解(1);这个方程组的解应该记住才能提高解题速度。
两个刚性小球间的弹性碰撞(见图1所示)的讨论:
①若m1=m2,则v1’=v2’,速度交换;
②若m1<m2,则v1’<0主动球反弹, v2’>0被动球向前;
若m1<
③m1>m2,则v1’>0主动球继续向前, v2’>0被动球向前;
若m1>>m2,则v1’≈v1主动球速度几乎不变,v2’≈2v1被动球几乎以2倍速向前;
2.完全非弹性碰撞
完全非弹性碰撞是所有碰撞种类中,动能损失最大的情况
完全非弹性碰撞过程中损失的动能大小是一定的,只与两个物体的质量比有关,与转化的方式无关。这个损失的动能在不同的问题中可以转化为不同的能量,如:系统增加的内能、焦耳热、气体的内能、弹簧的弹性势能、重力势能、两个点电荷间的电势能、原子的能级跃迁等。
3.一般碰撞
该方程组如果v’1和v’2都未知,则有三个未知数,没有定解,但可以证明:0≤ΔE≤ΔEmax.即,
二、滑块小车及子弹打木块模型
子弹打木块模型、滑块小车模型是比较类似的,以滑块小车模型为例。如图3所示:
质量为M的小车置于光滑的水平面上,质量为m的滑块以初速度v0滑上摩擦因数为μ的小车表面,小车足够长,最后滑块和小车以v共共速前进。我们可以列出方程:
这方程组显然与完全非弹性碰撞相似,方程的解完全相同:
这一过程中损失的动能比例是一定的,与μ和S相无直接关系。
以下是一些关于能量转化的重要结论(注意图3中的位移关系):
3.摩擦力对滑块做功:
4.摩擦力对小车做功:
5.整个过程中产生的热量(损失的动能):
我们经常用到这个结论:Q=fs相,它表明了动能转化为内能的方式和转化关系。例如传送带问题中,物体与传送带间产生的热量:Q=fs相对滑动的路程,这一能量关系有些同学会觉得较为复杂,图4可以帮助分析、记忆。
三、圆弧轨道模型及人船模型
情景1.如图5所示质量为M的光滑圆弧轨道置于光滑水平面上,质量为m的质点由轨道上h处滑到轨道的底端,求轨道和质点分别获得的速度。
由于水平动量守恒:mv=Mu
质点的势能转化为两个物体的动能:
由这两个方程显然可以很容易地求出速度u和v来。
情景2.如图6a所示,质点m以速度v0滑上质量为M的原来静止的光滑圆弧轨道,达到的最高点高度为h,(图6b所示)则有:
水平方向上动量守恒:
整体机械能守恒:
仿照完全非弹性碰撞结论,有:
情景3.当滑块在上面又滑回来时(图6c所示),设速度大小分别为v1和v2则:
这与弹性碰撞的解是一样的。
要注意(a)(b)(c)三个图中,M的位置是逐渐向左移动的,m对M的压力一直对M做正功,M的速度也越来越大。
四、一动一静的弹簧模型
如图8所示为质量相同的双振子在一个周期内的运动情景,由于不受外力的作用,共有的质心在水平方向上作匀速运动. 在弹簧原长(弹性势能为零,动能守恒)的两个瞬间,相当于弹性碰撞的情况,出现“速度交换”现象,分别是前述弹性碰撞方程组的解(1)或解(2)的结果;最长和最短瞬间都是两个物体共速的时候,是弹性势能最大、动能损失最大的时刻,相当于完全非弹性碰撞。
该模型的讨论较为复杂,应该利用弹簧的特殊点(原长、最短、最长)对全过程进行分段,耐心地利用动量和能量关系逐段分析,从而得到清晰的运动图景
典型例题
【例1】两个球A、B在光滑的水平面上沿同一直线,同一方向运动,mA=1kg,mB=2kg,vA=6m/s,vB=2m/s,当A球追上球B并发生正碰后,两球A、B速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正)()
A.v’A=5m/s,v’B= 2.5m/s
B.v’A =2m/s,v’B= 4m/s
C.v’A =-4m/s,v’B= 7m/s
D.v’A = 7m/s,v’B= 1.5m/s
解析:判断球A、B碰撞后的速度可能值有三种途径:
(1)情景的可能性 碰撞完成后,被碰小球B的速度一定比原来的速度大,因此D选项一定是错的;碰后如果两个小球分开并且同向运动,则后面的A球的速度一定要小于前面的B球的速度,因此A选项一定是错的;
(2)碰撞前后的动量守恒 B、C选项都可能是对的
(3)机械碰撞后的动能一定不会大于碰撞前的动能,即
由此可得C项错误。所以,正确的选项是B。
【例2】一质量为m静止在光滑水平面上的物体B,其上有一与水平面相切的光滑弧形轨道,如图9所示,现有质量也为m的滑块A,以水平速度v0向B滑去,若不计一切摩擦和碰撞的机械能损失,则下列说法正确的有()
A. 若A不能翻过B的最高点,那么A、B分离后一定是A静止,B以速度v0向右运动;
B. 若A能翻过B的最高点,且能沿B的右侧面下滑,那么A、B分离后一定是B静止,A以速度v0向右运动;
C.若A恰好能翻过B的最高点,且沿B的右侧面下滑,那么B获得的最大的动能为
D.若A恰好能翻过B的最高点,则当A在B的最高点时,B的动能为
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