第十五章 动 量
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第1单元 动量 冲量 动量定理
一、动量和冲量
1.动量——物体的质量和速度的乘积叫做动量:p=mv
⑴动量是描述物体运动状态的一个状态量,它与时刻相对应。
⑵动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。
⑶动量的相对性:由于物体的速度与参考系的选取有关,所以物体的动量也与参考系选取有关,因而动量具有相对性。题中没有特别说明的,一般取地面或相对地面静止的物体为参考系。
(4)研究一条直线上的动量要选择正方向
2.动量的变化:
由于动量为矢量,则求解动量的变化时,其运算遵循平行四边形定则。
A、若初末动量在同一直线上,则在选定正方向的前提下,可化矢量运算为代数运算。
B、若初末动量不在同一直线上,则运算遵循平行四边形定则。
【例1】一个质量为m=40g的乒乓球自高处落下,以速度=1m/s碰地,竖直向上弹回,碰撞时间极短,离地的速率为=0.5m/s。求在碰撞过程中,乒乓球动量变化为多少?
取竖直向下为正方向,乒乓球的初动量为:
乒乓球的末动量为:
乒乓球动量的变化为:
=
负号表示的方向与所取的正方向相反,即竖直向上。
2.冲量——力和力的作用时间的乘积叫做冲量:I=Ft
⑴冲量是描述力的时间积累效应的物理量,是过程量,它与时间相对应。
⑵冲量是矢量,它的方向由力的方向决定。如果力的方向在作用时间内保持不变,那么冲量的方向就和力的方向相同。如果力的方向在不断变化,如绳子拉物体做圆周运动,则绳的拉力在时间t内的冲量,就不能说是力的方向就是冲量的方向。对于方向不断变化的力的冲量,其方向可以通过动量变化的方向间接得出。
⑶高中阶段只要求会用I=Ft计算恒力的冲量。
⑷冲量和功不同。恒力在一段时间内可能不作功,但一定有冲量。
(5)必须清楚某个冲量是哪个力的冲量
(6)求合外力冲量的两种方法
A、求合外力,再求合外力的冲量 B、先求各个力的冲量,再求矢量和
【例2】 质量为m的小球由高为H的光滑固定斜面顶端无初速滑到底端过程中,重力、弹力、合力的冲量各是多大?
解析:力的作用时间都是,力的大小依次是mg、mgcosα和mgsinα,所以它们的冲量依次是:
点评:特别要注意,该过程中弹力虽然不做功,但对物体有冲量。
二、动量定理
1.动量定理——物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。既I=Δp
⑴动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。这里所说的冲量是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)。
⑵动量定理给出了冲量(过程量)和动量变化(状态量)间的互求关系。
⑶现代物理学把力定义为物体动量的变化率:(牛顿第二定律的动量形式)。动量定理和牛顿第二定律的联系与区别
①、 形式可以相互转化
②、动量的变化率,表示动量变化的快慢
③、牛顿定律适用宏观低速,而动量定理适用于宏观微观高速低速
④、都是以地面为参考系
⑷动量定理表达式是矢量式。在一维情况下,各个矢量以同一个规定的方向为正。
(5)如果是变力,那么F表示平均值
(6)对比于动能定理
I = F t = m v 2 - m v 1
W = F s = m v 22 - m v 21