第一章动量守恒定律
第1节动量
例.一个质量为0.1kg的钢球,以6m/s的速度水平向右运动,碰到坚硬的墙壁后弹回,沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动(图1.1-3)。碰撞前后钢球的动量变化了多少?
1.解答以下三个问题,总结动量与动能概念的不同。 (1)质量为2kg的物体,速度由3m/s增大为6m/s,它的动量和动能各增大为原来的几倍? (2)质量为2kg的物体,速度由向东的3m/s变为向西的3m/s,它的动量和动能是否发生变化?如果发生变化,变化量各是多少?
(3)A物体质量是2kg,速度是3m/s,方向向东;B物体质量是3kg,速度是4m/s,方向向西。它们动量的矢量和是多少?它们的动能之和是多少?
2.一个质量为2kg的物体在合力F的作用下从静止开始沿直线运动。F随时间t变化的图像如图1.1-5所示。
(1)t=2s时物体的动量大小是多少? (2)t=3s时物体的动量大小是多少?
第2节动量定理
例.一个质量为0.18kg的垒球,以25m/s的水平速度飞向球棒,被球棒击打后,反向水平飞回,速度的大小为45m/s(图1.2-4)。若球棒与垒球的作用时间为0.002s,球棒对垒球的平均作用力是多大?
1.如图1.2-6,一物体静止在水平地面上,受到与水平方向成θ角的恒定拉力F作用时间t后,物体仍保持静止。现有以下看法: A.物体所受拉力F的冲量方向水平向右 B.物体所受拉力F的冲量大小是Ftcosθ C.物体所受摩擦力的冲量大小为0 D.物体所受合力的冲量大小为0
你认为这些看法正确吗?请简述你的理由。
2.体操运动员在落地时总要屈腿(图1.2-7),这是为什么?
3.如图1.2-8,用0.5kg的铁锤钉钉子,打击前铁锤的速度为4m/s。打击后铁锤的速度变为0,设打击时间为0.01s。
(1)不计铁锤所受的重力,铁锤钉钉子的平均作用力是多大? (2)考虑铁锤所受的重力,铁锤钉钉子的平均作用力是多大?
(3)你分析一下,在计算铁锤钉钉子的平均作用力时,在什么情况下可以不计铁锤所受的重力。
4.一个质量为10kg的物体,以10m/s的速度做直线运动,受到一个反向的作用力F,经过4s,速度变为反向2m/s。这个力是多大?
5.一个质量为60kg的蹦床运动员,从离水平网面3.2m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为0.8s,g取10m/s2。 (1)求运动员与网接触的这段时间内动量的变化量。 (2)求网对运动员的平均作用力大小。 (3)求从自由下落开始到蹦回离水平网面5.0m高处这一过程中运动员所受重力的冲量、弹力的冲量。
6.曾经有一则新闻报道,一名4岁儿童从3层高的楼房掉下来,被一名见义勇为的青年接住。请你估算一下,儿童受到的合力的冲量是多大?设儿童与青年之间的相互作用时间为0.1s,则儿童受到的合力的平均值有多大?
第3节动量守恒定律
例.如图1.3-3,在列车编组站里,一辆质量为1.8×104kg的货车在平直轨道上以2m/s的速度
运动,碰上一辆质量为2.2×104kg的静止的货车,它们碰撞后结合在一起继续运动。求货车碰撞后运动的速度。
例.一枚在空中飞行的火箭质量为m,在某时刻的速度为v,方向水平,燃料即将耗尽。此时,火箭突然炸裂成两块(图1.3-4),其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去,速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。
1.甲、乙两人静止在光滑的冰面上,甲推乙后,两人向相反方向滑去(图1.3-5)。在甲推乙之前,两人的总动量为0;甲推乙后,两人都有了动量,总动量还等于0吗?已知甲的质量为45kg,乙的质量为50kg,甲的速率与乙的速率之比是多大?
2.在光滑水平面上,A、B两个物体在同一直线上沿同一方向运动,A的质量是5kg,速度是9m/s,B的质量是2kg,速度是6m/s。A从后面追上B,它们相互作用一段时间后,B的速度增大为10m/s,方向不变,这时A的速度是多大?方向如何?
3.质量是10g的子弹,以300m/s的速度射入质量是24g、静止在光滑水平桌面上的木块。(1)如果子弹留在木块中,木块运动的速度是多大?(2)如果子弹把木块打穿,子弹穿过后的速度为100m/s,这时木块的速度又是多大?
4.某机车以0.4m/s的速度驶向停在铁轨上的7节车厢,与它们对接。机车与第一节车厢相碰后,它们连在一起具有一个共同的速度,紧接着又与第二节车厢相碰,就这样,直至碰上最后一节车厢。设机车和车厢的质量都相等,求:与最后一节车厢碰撞后车厢的速度。铁轨的摩擦忽略不计。
5.甲、乙两个物体沿同一直线相向运动,甲物体的速度是6m/s,乙物体的速度是2m/s。碰撞后两物体都沿各自原方向的反方向运动,速度都是4m/s。求甲、乙两物体的质量之比。
6.细线下吊着一个质量为m1的静止沙袋,沙袋到细线上端悬挂点的距离为l。一颗质量为m的子弹水平射入沙袋并留在沙袋中,随沙袋一起摆动。已知沙袋摆动时摆线的最大偏角是θ,求子弹射入沙袋前的速度。