本试题 “如图所示,放在水平面上的小车上表面水平,AB是半径为R的光滑圆弧轨道,下端B的切线水平且与平板车上表面平齐,车的质量为m0。现有一质量为m的小滑块,从轨道...” 主要考查您对牛顿运动定律的应用
功
动量守恒定律的应用
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功:
1、功的定义:力和作用在力的方向上通过的位移的乘积。是描述力对空间积累效应的物理量,是过程量。
2、功的两个必要因素:作用在物体上的力;物体在力的方向上发生的位移。
3、功的定义式:W=Fscosα,其中F是恒力,s是作用点的位移,α是力与位移间的夹角(功的单位焦耳,简称焦,符号J)。
4、功的计算
①恒力的功可根据W=FScosα进行计算,本公式只适用于恒力做功;
②根据W=P·t,计算一段时间内平均做功;
③利用动能定理计算力的功,特别是变力所做的功;
④根据功是能量转化的量度反过来可求功。
力做功情况的判定方法:
一个力对物体做不做功,是做正功还是做负功,判断的方法是:
(1)看力与位移之间的夹角,或者看力与速度之间的夹角:为锐角时,力对物体做正功;为钝角时,力对物体做负功;为直角时,力对物体不做功。
(2)看物体间是否有能量转化:若有能量转化,则必定有力做功。此方法常用于相连的物体做曲线运动的情况。
变力做功的求法:
公式只适用于求恒力做功,即做功过程中F的大小、方向始终不变。而实际问题中变力做功是常见的,如何解答变力做功问题是学习中的一个难点。不能机械地套用这一公式,必须根据有关物理规律通过变换或转化来求解。
1.用求变力做功如果物体受到的力方向不变,且大小随位移均匀变化,可用求变力F所做的功。其平均值大小 为,其中F1是物体初态时受到的力的值,F2是物体末态时受到的力的值。如在求弹簧弹力所做的功时,再如题目中假定木桩、钉子等所受阻力与击入深度成正比的情况下,都可以用此法求解。
2.用微元法(或分段法)求变力做功变力做功时,可将整个过程分为几个微小的阶段,使力在每个阶段内不变,求出每个阶段内外力所做的功,然后再求和。当力的大小不变而方向始终与运动方向间的夹角恒定时,变力所做的功形:其中s是路程。
3.用等效法求变力做功若某一变力做的功等效于某一恒力做的功,则可以应用公式来求。这样,变力做功问题就转化为了恒力做功问题。
4.用图像法求变力做功存F—l图像中,图线与两坐标轴所围“面积”的代数和表示F做的功,“面积”有正负,在l轴上方的“面积”为正,在l轴下方的“面积”为负。
5.应用动能定理求变力做功
如果我们所研究的问题中有多个力做功,其中只有一个力是变力,其余的都是恒力,而且这些恒力所做的功比较容易计算,研究对象本身的动能变化量也比较容易计算时,用动能定理就可以求出这个变力所做的功。
6.利用功能关系求变力做功
在变力做功的过程中,当有重力势能、弹性势能以及其他形式的能量参与转化时,可以考虑用功能关系求解。因为做功的过程就是能量转化的过程,并且转化过程中能量守恒。
7.利用W=Pt求变力做功
这是一种等效代换的观点,用W=Pt计算功时,必须满足变力的功率是恒定的。若功率P是变化的,则需用计算,其中当P随时间均匀变化时,。
从“六性”把握动量守恒定律的应用方法:
1.条件性
动量守恒定律的成立是有条件的,只有当系统满足动量守恒的条件时才能利用方程式进行计算。
2.矢量性
动量守恒方程是一个矢量方程。对于作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题,应选取统一的正方向,凡是与选取正方向相同的动量为正,相反为负。若方向未知,可设为与正方向相同列动量守恒方程,通过解得结果的正负,判定未知量的方向。
3.参考系的同一性速度
具有相对性,公式中的均应对同一参考系而言,一般均取对地的速度。
4.状态的同一性
相互作用前的总动量,这个“前”是指相互作用前的某一时刻,所以均是此时刻的瞬时速度,同理 应是相互作用后的某一时刻的瞬时速度。
5.整体性
动量守恒定律是针对一个物体系统而言的,具有系统的整体性。
6.普适性
它不仅适用于两个物体所组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅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。
临界与极值问题的解法:
在动量守恒定律的应用中,常常会遇到相互作用的两物体相距最近、避免相碰和物体开始反向运动等临界问题。分析临界问题的关键是寻找临界状态,临界状态的出现是有条件的,这种条件就是临界条件。临界条件往往表现为某个(或某些)物理量的特定取值。在与动量相关的临界问题中,临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系,这些特定关系的判断是求解这类问题的关键。
“人船模型”的解题规律:
“人船模型”是动量守恒定律的拓展应用,它把速度和质量的关系推广到质量和位移的关系,这样给我们提供了一种解题思路和解决问题的方法。人船问题的适用条件是:两个物体组成的系统(当有多个物体组成系统时,可以先转化为两个物体组成的系统)动量守恒,系统的合动量为零。
这种模型中涉及两种题型,一种题型是求解某物体在相互作用过程中通过的位移,此题型中需根据动量守恒、位移关系得到两个关系求解,如在图中,人从船头走到船尾时由动量守恒可得:
再由图中几何关系有
可得人船的位移分别为
另一种题型是求某一时刻物体的速度,这种题型是先要由动量守恒求得两物体的一个速度关系,再由能量守恒得到两物体的另一个速度关系,从而求得物体的瞬时速度(或与瞬时速度相关的物理量)。
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