高二物理中的冲量和动量相关的概念包括:
冲量。冲量是力对时间的累积效应,是物体动量变化的原因。冲量是一个矢量,其方向与受力的方向相同。常用公式I=Ft计算。
动量。动量是一个物理量,表示物体的运动状态,其大小等于物体的质量与速度的乘积。动量也是一个矢量,其方向与速度的方向相同。常用公式p=mv计算。
此外,与冲量和动量相关的概念还包括动量定理,以及由动量定理推导出来的关于冲量的两个重要公式:力的冲量与动量的变化。这些概念在力学中具有非常重要的地位。
题目:一个质量为5kg的物体,在水平地面上受到一个大小为20N、方向与地面成30度角斜向下的推力作用,物体在水平地面上移动了2m的距离,物体与地面间的滑动摩擦系数为0.4。
在这个过程中,物体的动量变化了多少?
解答:
首先,我们需要根据题意列出物体在这个过程中的受力情况。物体受到重力、推力(斜向下)和摩擦力(水平方向)。
推力在竖直方向的分量为:$F_{推}\sin{30^{\circ} = 20 \times \frac{1}{2} = 10N}$
摩擦力在水平方向的分量为:$f_{水} = \mu F_{摩} = 0.4 \times (20 - 10) = 4N$
由于物体在水平地面上移动了2m的距离,所以合外力的冲量为:$I = \Delta p = \Delta mv = m\Delta v_{水}$
其中,$\Delta v_{水}$为物体在水平方向上的速度变化。根据运动学公式,$\Delta v_{水} = \sqrt{2ax}$,其中a为加速度,x为位移。在这个问题中,加速度为:$a = \frac{F_{摩} - f_{水}}{m} = \frac{20 - 4}{5} = 3m/s^{2}$
所以,$\Delta v_{水} = \sqrt{2 \times 3 \times 2} = \sqrt{12}$
因此,物体的动量变化为:$\Delta p = mv = 5 \times \sqrt{12} = 10\sqrt{3}$ kg·m/s
所以,这个物体在受到推力作用后,其动量变化了大约10倍的根号3 kg·m/s。