动量守恒定律、能量守恒定律和角动量守恒定律已成为现代物理学的三大基本守恒定律。 最初它们是牛顿定律的推论,但后来发现它们的应用范围比牛顿定律要广泛得多,而且它们是比牛顿定律更基本的物理定律。
在高中物理中,动量守恒定律常常与能量或电磁感应结合在一起,并且常常作为压轴题出现。 现在我们来研究一下动量守恒的相关定律和基本定律。
01
动量守恒定律的基本定律
一、动量守恒定律的“六个性质”
(1)系统性:研究对象是由两个或两个以上相互作用的对象组成的系统。 (2)条件:必须满足动量守恒定律的适用条件。 (3)向量性:表达式中的初始动量和最终动量都是向量。 首先,需要选择正方向并区分每个物体的正负初始动量和最终动量。 (4)瞬时性:动量是一个状态量,动量守恒是指每个时刻对应的总动量等于初始时刻的总动量。 (5)相对性:动量守恒定律方程中的动量必须相对于同一惯性参考系。 一般情况下,选择地作为参考系统。 (6)普适性:不仅适用于宏观低速物体组成的系统,也适用于微观高速粒子组成的系统。
2.动量守恒定律的适用条件
(1)前提:存在一个相互作用的对象系统。
(2)理想条件:系统不受外力作用。 (3)实际条件:系统所受的总外力为0。 (4)近似条件:系统中物体之间相互作用的内力远大于系统所受的外力。 (5)方向性条件:如果系统在某一方向满足上述条件,则该方向动量守恒。
3.动量守恒定律的表达式
在由两个相互作用的物体组成的系统中,相互作用之前的动量之和等于相互作用之后的动量之和。
两个相互作用的物体的动量增量相等且方向相反。
系统总动量的增加为零。
4. 利用动量守恒定律解决问题的步骤
02
动量守恒定律的经典场景
1.爆炸现场
(1)爆炸特性:
①内力远大于外力,且过程持续时间很短。 即使系统所受的合外力不为零,合外力的冲量也几乎为零,可以认为是动量守恒。
②还有其他形式的能量可以转化为机械能。
(2)爆炸与碰撞对比:
①爆炸和碰撞问题的共同特点是物体之间的相互作用力突然发生。 相互作用力是变力,作用时间很短,力很大,远大于系统所受的外力,因此可以用动量守恒定律来处理。
②爆炸过程中,其他形式的能量转化为动能动量守恒定律二级结论推导,爆炸后系统的动能会增加。 碰撞过程中,系统的总动能不会增加,一般会减少并转化为内能。
由于爆炸和碰撞问题的动作时间很短,动作过程中物体的位移很小,一般可以忽略不计。 动作过程可以看作是一个理想化的过程(简化),即动作之后动量守恒定律二级结论推导,动作之前时刻的位置仍然是一样的。 以新的动力开始行动。
2. 反冲场景
(1)反冲现象:静止的物体在内力的作用下分裂成两部分。 一部分朝某个方向移动,另一部分不可避免地朝相反方向移动。 反冲运动不依赖于系统的外力,而是内力的结果。 反冲运动遵循动量守恒定律。
(2)特点:一般情况下,物体间的相互作用力(内力)较大,因此系统动量常有以下几种情况:动量守恒、近似动量守恒、某一方向动量守恒。 然而,反冲运动中的机械能通常不守恒。 喷气式飞机、火箭等都是利用反冲运动的例子。
在动量守恒定律的场景中,有一类问题非常常见,也非常令人困惑。 很多学生无法清晰地分析他的场景,找不到解决问题的关键。 星波老师对此有独家总结。 现将其分享出来,希望对同学们有所帮助。
03
人船模型
1、载人模型适用条件
由物体组成的系统所受的净外力为零,动量守恒,系统中的物体原本处于静止状态,净动量为零。 系统的某些部分可以开始朝某个方向移动。
2. 解决问题的技巧
(1) 由于运动过程中动量守恒,两个物体的运动方向相反。
(2)以地面为参考系,绘制物体运动过程的初始状态和最终状态的场景图,并找出两个物体之间的运动关系。
(3) 由于系统处于动量守恒状态,因此两个物体的运动趋势相同,两个物体的运动时间也相同。