第一节 冲量和动量
冲量相等时物体的运动情况
例1如果物体在任何相等的时间内受到的冲量都相同,那么这个物体的运动( ).
A、可能是匀变速运动
B、可能是匀速圆周运动
C、可能是匀变速曲线运动
D、可能是匀变速直线运动
分析与解:冲量是力与时间的乘积,在任何相等的时间内冲量都相同,也就是物体受到的力恒定不变,所以物体做匀变速运动,其轨迹可以是直线的也可以是曲线的.答案为A、C、D.
下落物体的重力冲量
例2 一个质量为5kg的物体从离地面80m的高处自由下落,不计空气阻力,在下落这段时间内,物体受到的重力冲量的大小是( ).
A.200N·s B.150N·s C.100N·s D.250N·s
分析与解:根据冲量的定义 在这个过程中重力的大小是一个定值,只需求出这个过程所用的时间即可.
答案:C.
冲量公式的简单应用
例3 一匹马通过不计质量的绳子拉着货车从甲地到乙地,在这段时间内,下列说法中正确的是:( ).
A、马拉车的冲量大于车拉马的冲量
B、车拉马的冲量大于马拉车的冲量
C、两者互施的冲量大小相等
D、无法比较冲量大小
分析与解:在这个过程中,马对车的拉力,与车对马的拉力是一对作用力与反作用力,大小总是相等的,根据冲量的定义,时间也相同,所以冲量的大小是相等的.
答案:C.
关于动量的矢量计算
例4 质量为5kg的小球以5m/s的速度竖直落到地板上,随后以3m/s的速度反向弹回,若取竖直向下的方向为正方向,则小球动量的变化为( )
A.10kg·m/s B.-10kg·m/s
C.40kg·m/s D.-40kg·m/s
分析与解:动量的变化是末动量减去初动量,规定了竖直向下为正.
初动量 kg·m/s
末动量 kg·m/s
动量的变化 kg·m/s
答案:D.
关于抛体运动物体的重力冲量
例5 质量为5kg的小球,从距地面高为20m处水平抛出,初速度为10m/s,从抛出到落地过程中,重力的冲量是( ).
A.60N·s B.80N·s C.100N·s D.120N·s
分析与解:在这个过程中,小球所受重力恒定不变,只需求出这个过程的时间即可
答案:C.
动量大小与速度的关系
例6 质量为60kg以1m/s速度步行的人和以800m/s速度飞行的质量为0.01kg的子弹,哪个动量大?
解:人
子弹
即:人的动量大.
课本例题分析与设疑
例7 一个质量是0.1kg的钢球,以6 m/s的速度水平向右运动,碰到一个坚硬的障碍物后被弹回,沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动(如图).碰撞前后钢球的动量有没有变化?变化了多少?
分析:动量是矢量,它的大小和(或)方向发生了变化,动量就发生了变化,碰撞前后虽然钢球速度大小没有变化,都是6m/s,但速度的方向发生了变化,动量的方向与速度的方向相同,动量的方向也发生了变化,所以钢球的动量发生了变化.
解:取水平向右的方向为正方向,碰撞前钢球的速度 m/s,碰撞前钢球的动量为:
碰撞后钢球的速度 m/s,碰撞后钢球的动量为
碰撞前后钢球动量的变化为
动量的变化 也是矢量,求得的数值为负值,表示 的方向与所取的正方向相反, 的方向水平向左。
结论:碰撞前后物体仍在同一条直线上运动,可先设一个正方向,末动量 和初动量p可据此用正、负值表示,则动量的变化 却可用代数方法求出.
设疑:若碰撞前后物体不在同一条直线上运动,那么动量的变化又如何求呢?
课本思考与讨论的分析
例8 思考与讨论:
如图所示,一个质量是0.2kg的钢球,以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上,入射的角度是45°,碰撞后被斜着弹出,弹出的角度也是45°,速度仍为2m/s,你能不能用作图法求出钢球动量变化的大小和方向?
本书虽然不要求作这种计算,但是思考一下这个问题,会帮助你进一步认识动量的矢量性.
分析:(如图)动量是矢量,动量方向与速度方向相同,我们可以用作图法(如图)根据平行四边形定则求动量变化 .
根据 可求得 kg·m/s,方向竖直向上.
结论:碰撞前后物体不在同一条直线上运动,可用作图法,根据平行四边形定则,以p和-p为邻边,作出平行四边形,其对角线长与 大小成正比,方向就是 的方向.