模型划分
本模型主要处理关于动量守恒定理的理解与应用技巧以及与能量守恒相结合的通常情况,不涉及具体的碰撞、子弹打铁块及人船模型等。
模型破解
1.动量守恒定理内容
一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个推论称作动量守恒定理。
2.动量守恒定理表达式
(1)守恒角度:作用过程中系统在任一时刻动量均相等p=p′
(2)变化的角度:作用前后系统的总动量变化为零Δp=0
(3)转移角度:系统内A物体动量的增量等于B物体动量的降低量即两个物体的动量变化大小相等动量守恒定律,方向相反
Δp1=-Δp2
此处要注意动量变化的矢量性.在两物体互相作用的过程中,也可能两物体的动量都减小,也可能都减少,但其矢量和不变。
3.动量守恒定理的理解(1)条件性
动量守恒定理是自然界最普遍、最基本的规律之一。除了适用于宏观物体的低速运动,也适用与微观物体的高速运动。小到微观粒子,大到宇宙天体,无论内力是哪些性质的力,只要满足守恒条件,动量守恒定理总是适用的。应用动量守恒定理解题时可从三种情况进行判断:
(i).系统不受外力或则所受合外力为零;
(ii).系统所受合外力似乎不为零,但系统的内力远小于外力时,如碰撞、爆炸等现象中,系统的动量可看成近似守恒;
(iii).系统总的来看不符合以上条件的任意一条,则系统的总动量不守恒。并且若系统在某一方向上符合以上条件的任意一条,则系统在该方向上动量守恒。
例1.如图所示,质量分别为m和2m的A、B两个铁块间用轻弹簧相连,置于光滑水平面上,A靠紧竖直墙.用水平力F将B向左压,使弹簧被压缩一定厚度,静止后弹簧存储的弹性势能为E.这时忽然撤掉F,关于A、B和弹簧组成的系统,下述说法正确的是()
A.撤掉F后,系统动量守恒,机械能守恒
B.撤掉F后,A离开竖直墙前,系统动量不守恒,机械能守恒
C.撤掉F后,A离开竖直墙后,弹簧的弹性势能最大值为E
D.撤掉F后,A离开竖直墙后,弹簧的弹性势能最大值为E/3
(2)矢量性
动量是矢量。动量守恒定理的等式是一个矢量多项式。在一维情况下,一般规定正方向后,能确定方向的数学量一律将方向表示为“+”或“-”,化学量中只代入大小:不能确定方向的数学量可以用字母表示,若估算结果为“+”,则说明其方向与规定的正方向相同,若估算结果为“-”,则说明其方向与规定的正方向相反。
例4.如图所示,质量为mB=2kg的铁块B静止在光滑水平面上。一质量为mA=1kg的铁块A以某一初速率v0=5m/s沿水平方向往右运动,与B碰撞后都往右运动。铁块B与挡板碰撞后立刻回调(设铁块B与挡板碰撞过程无机械能损失)。后来铁块B与A发生二次碰撞动量守恒定律,碰后A、B同向运动,速率大小分别为1.2m/s、0.9m/s。求第一次铁块A、B碰撞过程中A对B的冲量大小和方向。
(3)相对性
物体的动量与参考系的选择有关。一般,取地面为参考系,因而,作用前后的速率都必须相对于地面。
(4)瞬时性
动量是一个瞬时量,动量守恒定理指的是系统任刹那间的动量和恒定。为此,列举的动量守恒定理表达式m1v1+m2v2+…=m1v1ˊ+m2v2ˊ+…,其中v1,v2…都是作用前同一时刻的瞬时速率,v1ˊ,v2ˊ都是作用后同一时刻的瞬时速率。只要系统满足动量守恒定理的条件,在互相作用过程的任何一个顿时,系统的总动量都守恒。在具体问题中,可依据任何两个顿时系统内各物体的动量,列举动量守恒表达式。
例5.质量M的小船尾部有一质量m的人,人和船以v往前行驶.人以相对于船的水平速率u向后跳出后,船速为多大?(5)普适性
它除了适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;除了适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统。
例.如图所示,铁块A的质量mA=1kg,足够长的木板B的质量mB=4kg,质量为mC=4kg的铁块C放在木板B的右端,已知水平地面光滑,B、C之间有磨擦.现使A以v0=12m/s的初速率往右运动,与B碰撞后以4m/s速度弹回,求随后的运动过程中
①木板B的最大速度;
②木块C的最大速度.
4.动量守恒定理的通常解题步骤
①确定研究对象(系统),进行受力剖析:
②确定研究过程,进行运动剖析;
③判断系统在所研究的过程中是否满足动量守恒定理创立的条件;
④规定某个方向为正方向,剖析初末状态系统的动量;
⑤根据动量守恒定理构建多项式,并求出结果。
5.动量守恒与能量守恒的结合
在动量与能量结合的问题中,常见的情形有:一是借助在某一过程中动量或某一方向的动量守恒,同时借助此过程中系统的能量守恒列多项式求解;二是多阶段过程中,整个过程中动量并不守恒,只在某个阶段中或某个瞬时动量守恒,可借助动量守恒列多项式,而在其它阶段借助能量守恒列方程,再联立求解。
西城红庙