北京高中物理 丨動量丨動量守恒定律的推導(dǎo)與條件
各位同學(xué)大家好,歡迎來到十點(diǎn)課堂,跟勇哥學(xué)物理,今天距離高考第66天,我們說一說動量守恒定律的推導(dǎo)以及條件。
(一)碰撞滿足兩個守恒
大家都知道,所有碰撞類的問題都要滿足兩個守恒定律,
一個是動量守恒定律,另一個是能量守恒定律。
就像我們筆記當(dāng)中所畫出來的:
質(zhì)量分別為m1、m2的兩個物體在光滑的水平面上,a以一定的速度v1撞向速度v2的b小球,
兩個小球發(fā)生碰撞,這類問題要滿足兩個守恒,那今天我們就來說一說動量守恒定律,它的推導(dǎo)過程。
動量守恒定律指的是:碰撞之前的總動量等于碰撞之后的總動量,
它的表達(dá)式是:m1v1+m2v2 = m1v1′+m2v2′
這是動量守恒定律的表達(dá)式,
(二)推導(dǎo)動量守恒定律
動量守恒定律的推導(dǎo)過程呢?
先假設(shè)ab碰撞的時間極短,作用時間為Δt,ab之間相互碰撞,產(chǎn)生的相互作用力為F,
設(shè)定一個正方向,我們一般是原方向(向右)正方向,由動量定理就可以推出守恒定律來。
動量守恒定律適用于ab所組成的系統(tǒng),而動量定理適用于單個物體,
所以我們對a、b分別進(jìn)行研究,
動量定理是指:合外力的沖量等于動量的改變,所以
對a得到:-FΔt= m1v1′-m1v1,這是對a物體由動量定理列出式子,
對b得到:FΔt=m2v2′-m2v2,因?yàn)閎受到的撞擊力是向右的,沖量為正的。
我們把1式和2式相加,左邊相加等于0,右邊相加等于m1v1′-m1v1+m2v2′-m2v2,
移項(xiàng)整理一下,就可以得到,m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′;
就是碰之前的總動量加在一起等于碰撞之后的動量加在一起,這就是動量守恒定律它的推導(dǎo)過程。
(三)動量守恒的條件
再來說一下動量守恒定律的條件,有三個:
第一是指系統(tǒng)不受力或者所受到的合外力為零,動量守恒,
第二是在某一方向上系統(tǒng)所受到的合外力為零,那在這一方向上動量是守恒的,
第三是內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力的情況下,動量守恒
這三種情況都可以使用動量守恒,那具體的呢?
我們有一個典型的例題,勇哥給畫出來了,大家看一下這個例題。
在光滑的水平地面上,有a、b兩個物塊,之間用輕彈簧連接,a靠在墻壁上,用力F向左推b,使兩個物體之間的彈簧處于壓縮的狀態(tài)并靜止,現(xiàn)在若突然撤去力F,則下列說法正確的是?
這個問題問我們哪種情況下動量守恒,哪種情況下機(jī)械能守恒,大家看一下abcd4個選項(xiàng)。
我們來分析一下這個題目,如果突然撤去力F,
當(dāng)木塊a離開墻壁之前,a和墻壁之間是有作用力的,a物體受到墻壁向右的壓力作用,這種情況下,系統(tǒng)(a、b和彈簧組成的系統(tǒng))所受到的合外力不為零,所以動量是不守恒的。
在木塊a離開墻壁之前,雖然墻壁對a物體有壓力,但是a物體是不動的,所以壓力是不做功的,只有彈簧彈力做功,機(jī)械能是守恒的,所以選項(xiàng)B是正確的;
當(dāng)木塊a離開墻壁之后,系統(tǒng)放到光滑的水平面上,所受的合外力為零,也沒有墻壁的壓力了,所以系統(tǒng)的合外力為零,這個過程動量守恒,機(jī)械能也守恒。選項(xiàng)C是正確的。
這個題目選擇BC,這是一個很好的有關(guān)動量守恒定律的條件的例題,大家把這個題目理解一下。
我們今天的分享就到這里,接下來分享的碰撞類的結(jié)論,在做題當(dāng)中尤為重要,希望大家后兩節(jié)課更加仔細(xì)的聽好。
今天就到這里,咱們明天見。
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