「EJU物理」解題思路之動量守恆

2020-12-04 日本名校通

接下來為同學們講解的內容,相對前半部分會更難一些。因為可以大部分都會綜合其他內容一起出題。就拿單振動來說,單振動的形式各種各樣,有以浮力為復原力的單振動,也有以摩擦力為復原力的單振動,甚至以萬有引力(在地球內部)的單振動。所以想要完美的解答這類問題,就需要同學們有紮實的基礎。但看似形式千奇百怪,但也萬變不離其宗。就讓我們用實際問題去感受一下。今天我們重點講一下動量守恆。

(1)動量守恆☆☆☆:

基本公式:

簡單來說就是兩物體在碰撞前後的動量之和保持不變。力積的大小等於前後動量的變化量。

力積,顧名思義就是一定大小的力在某時間段內積累的量,這部分量改變物體的動量。舉個簡單的例子,從高處掉落的物體,落在硬硬的地板上和落在軟軟的地毯上結果完全不同。這是因為在相同的動量下,動量發生改變的時間長短不同,根據公式,力的大小F也不同,時間越長,所受的力越小。對物體產生的效果就不同。看似很簡單,具體的又有哪些表現呢?來一起從下面的題目感受一下。

①:一顆質量為m[kg]的子彈,以速度v射入一個邊長為L[m] 質量為M[kg]正方形的木塊。

問題1:

固定木塊,此時子彈並未穿透木塊,而是在木塊L/3的地方停住,求:子彈受到來自木塊的力積大小,反作用力大小。若要貫穿木塊,需要的速度是v的多少倍

問題2:解除木塊的固定,並讓子彈以上題所求出的速度射入木塊,此時,子彈並未貫穿木塊,而是木塊一起在光滑的水平面上前進。求:子彈停在木塊的哪個位置?此時木塊與子彈的速度是多少?

這是一道很經典的問題,掌握這題能很好的加深對知識點的運用和理解。

首先我來看第一問,問題問的是子彈受到的力積大小。子彈的速度變化大小為

那麼根據公式可求出力積大小

接下來是求反作用力的大小。但是,我們並不知道時間的大小。那麼該怎麼辦呢?我們來看看題目還給了什麼條件:子彈停在了木塊L/3處。噢~原來如此,知道了變化前後的速度大小,也知道距離,基礎紮實的同學應該都想到了這個公式

運用這個公式可以求出加速度a的大小,然後在根據運動方程式

求出作用力大小。

然後就是問若貫穿木塊所需要的速度大小。這個問題換個問法就是,當S=L時,所需要的速度大小是多少。這個就簡單了,直接套公式就可以了:

所以是

若是基礎不紮實,公式不熟練的同學,就很難想到

這個公式,差距就會在這裡體現。做題的時間就會覺得時間不夠。

接下來讓我們看看第二問。這裡一個子彈並沒有貫穿木塊,而是與木塊一起運動,這裡的隱藏條件就是此時的木塊速度與子彈速度一樣,我們設為V2。所以根據公式

然後重點來了,問子彈停留在木塊的哪個位置。做出了上面那道題的同學肯定會說用

這個公式,沒錯確實是用這個公式,但是,這裡木塊跟著子彈一起運動,所以木塊給予子彈的反作用力也與上面那道題有所不同。那麼應該怎麼辦呢?這裡登場的就是能量守恆公式了。上一篇有說過能量守恆運用的範圍很廣,熟練運用它,能在各領域大展身手。這裡的能量守恆方程式為

希望同學們記住一點,動量守恆與能量守恆的區別:在彈性碰撞下,碰撞前後的物體的動能與動量守恆,在非彈性碰撞下,動量守恆,動能不守恆。既然動能不守恆,那肯定是轉化成了其他能量。在這道題裡是摩擦產生的熱能。但是這裡有兩個未知數f和S。怎麼辦?請同學們別忘了上面那個公式噢:

將這兩個公式①,②代入能量守恆公式,就可以求出

通過這道題,我們就可以看得出,雖然是關於動量守恆的題目,但是也大量運用到前面的基礎知識,所以紮實的基礎是勝負的關鍵。

上面這道題運用到了大量其他知識,對動量守恆涉及的不多,那麼讓我們來感受一下其他類型的題目。

如圖所示,質量 m的小球A和質量2m的小球分別往不同方向以不同的速度移動。兩球在o點碰撞。碰撞之後兩球連為一體運動。問,連成一體之後的速度大小以及方向。

這是一道比較簡單,但是也很經典的題目。在這種二次元的題目動量守恆題目中,最重要的一點是:y軸方向動量守恆,x軸方向動量守恆。也就是說,要對y軸和x軸分別進行計算。

之後就是簡單的速度合成了。運用勾股定理就可以求出答案。什麼?你不會?那麼你基礎需要好好惡補一下了。這道題的拓展運用就是下面這道題。

質量m的小球A以速度V0撞向質量M的小球B。兩球發生彈性碰撞。之後兩球運動狀態如圖所示。求,v和V的大小。只能用m,M,V0來表示。且當m=M時,求θ大小。

乍的一看,咦?明明是水平碰撞,為什麼突然就往斜方向飛呢?y軸怎麼辦?別急。按照公式來就行。如上面那道題所說,分別先列出y軸和x軸的動量守恆公式

公式是列出來了,可是,光靠這兩個公式求不出來呀。在仔細看看題目,看有沒有發現什麼重要條件?沒錯,就是彈性碰撞。這意味著什麼?上面我們提到過的。在彈性碰撞下,碰撞前後的物體的動能與動量守恆。所以可以列出公式:

將①代入可得:

然後一鼓作氣,在按照題目條件把代入②,可得

所以

怎麼樣?看似複雜的題目,只要列出公式,按照給出的條件就可以很簡單的做出來。EJU強調的就是基礎。所以這類的題目必須要好好掌握和理解。

總結一下:①列出各方向的動量守恆公式。②根據條件,確認是彈性碰撞還是非彈性碰撞,列出能量守恆公式。根據情況,運用其他基礎公式。

那麼我們下期[慣性]再見。

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