系统动量守恒定律-系统动量守恒定律的条件

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动量守恒定律公式 动量守恒定律公式是什么

1、数学表达式:

(1)p=p′即系统相互作用开始时的总动量等于相互作用结束时(或某一中间状态时)的总动量。

(2)Δp=0即系统的总动量的变化为零.若所研究的系统由两个物体组成,则可表述为:(等式两边均为矢量和)。

(3)Δp1=-Δp2。

2、即若系统由两个物体组成,则两个物体的动量变化大小相等,方向相反,此处要注意动量变化的矢量性.在两物体相互作用的过程中,也可能两物体的动量都增大,也可能都减小,但其矢量和不变。

3、动量定理:p= 反映了力对时间的累积效应,是力在时间上的积累。为矢量方程式,既有大小又有方向。

4、动能定理: 反映了力对空间的累积效应,是力在空间上的积累。为标量方程式,只有大小没有方向。

什么是系统的动量守恒定律

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,这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。不仅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,无论内力是什么性质的力,只要满足守恒条件,动量守恒定律总是适用的。

动量守恒定律的公式是什么?

动量守定律内容是高考热点,学生掌握其内容实质有时不到位,使在应用时总感到困难或出错.要准确地理解动量守恒定律内容,应该要把握其八性,即条件性、普适性、任意性、矢量性、独立性、近似性、同时性、一致性.

动量守恒定律内容是:一个系统不受外力或者所受合外力之和为零,这个系统的总动量保持不变.

表达式为:m1v1 + m2v2 +……+ mnvn =m1 v1′+ m2 v2′+……+ mn vn′

一:条件性,普适性

任何物理定律都有其适用条件和适用范围,这是我们学习定律时的一个重要方面.对于动量守恒定律,其适用条件是:系统合外力为零或不受外力(在此要明确内力与外力区别);其适用范围是:小到微观粒子,大到天体,不论是什么性质的相互作用力,即使对相互作用力的情况还了解得不太清楚,还有速度大到光速都适用,可以用“宏观低速,微观高速”来概括其适用范围即普遍适用.(有些人认为既然是普遍适用,也就不存在适用范围,这是错误的.)

二、任意性

“这个系统总动保持不变”由于我们应用时常常利用几个确定状态,使一些同学们理解具有一定的片面性,认为就是这几状态保持不变,其实在满足条件下任意时刻的总动量(大小、方向)是不变的.应用时常常确定某状态或稳定后的状态,有时应用其判断动量不守恒是一个很好的方法.

如图所示.在光滑的水平面上有木块A和B,质量分别为mA、mB它们的上表面粗糙,今有一小铁块C以初速度V0沿两木块上表面擦过,C铁块的质量为mC,最后C铁块滑离了B,(1)C滑上A时的A、B、C的总动量?(2)在C滑到A的中点时C的速度为VC1,A的速度为VA1求此时A、B、C的总动量(3)若C滑离A时A的速度为VA2,C的速度为VC2,求C滑离A时,A、B、C的总动量?(4)C滑到B的中点时C的速度为VC3 B的速度为VB3求此时A、B、C的总动量?(5)C滑离B时C的速度为VC4而B的速度为VB4求C滑离B时.(6)以上五个时刻对A、B、C三物块构成的系统来说其总动量是否相同?(7)当C滑到A或B中的任何位置时A、B、C的总动量是否会变化?

分析与(1)在C则滑上A时,A、B由于惯性其速度仍然为0.所以此时系统的总动量为p1=mCV0(2)在C滑到A的中点时,A受到C的摩擦力向前加速,由于B在A的前面使A、B间相互挤压而没有发生相对运动具有相同速度即此时VB1=VA1,所以此时系统的总动量为p2= mA VA1+mBVB1 +mCVC1(3)在C滑离A时,B与A接触无相互挤压具有相同的速度即VB2=VA2,所以此时系统的总动量为p2=mAVA2+mBVB2+mCVC2(4)C滑离A后A受到的合外力为零,由牛顿第一定律可知此后A做匀速直线运动,速度大小为VA2.所以此时A、B、C的总动量为p3=mAVA2+mBVB3+mCVC3(5)C滑离B时A的速度仍为VA2所以此时A、B、C的总动量为p4=mAVA2+mBVB4+mCVC4(6)以上五个时刻对A、B、C三物块构成的系统来说其总动量相同,因为系统所受合外力为零.(7)当C滑到A或B中的任何位置时A、B、C的总动量是不变化的,因为此过程中系统所受合外力为零.

三、矢量性

因为总动量是系统中各物体动量的矢量和,所以这是一个矢量方程,只要系统所受合外力为零,无论是直线上,平面、空间中动量都不变的,不过在高中阶段要求在同一直线上的动量守恒定律的应用,故掌握同一直线上的矢量运算方法是正确应用动量守恒定律解题的基础.

四、独立性

有时系统所受的合外力不为零,即动量不守恒,但系统在某方向上合外力为零(特别是互相垂直的两方向一方向合力为零,另一方向上合力不为零),则系统就该方向上动量保持不变.动量守恒定律的独立性的成立基于力的独立性这一基础.所示,一质量为M的小车以v1速度在光滑的水平面上运动,一质量m为速度为v2的物体,以俯角为的方向落到车上并陷于车中的砂内,此后车速度变为多少?

分析与小球和车子组成的系统在陷入车中的过程中(因小球在竖直方向上做减速运动)外力不为零,但系统水平方向合外力为零,所以系统水平方向量守恒.取车子运动方向为正方向,因为车子与小球组成的系统水平方向动量守,所以有:mv2cosθ+M v1=(M+m) v

解得:

五、近似性

近似性是高中阶段定量计算应用较多的情况,近似性是源于系统相互作用时间短,相互作用时内力大,合外力虽不为零但仍可以应用动量守恒定律解题,这是因为这样应用结果产生的误差是极小的,而给我们计算带来了巨大的简化.下面加于证明, 设系统有两个物体m1、m2相互作用 设m2 对m1的作用力为F21,作用时间为t1,设m1 对m2的作用力为F12,作用时间为t2,m1受到除F21外的其它力的合力为F1 ,m2受到除F12外的其它力的合力为F2,且F21 F1和F12 F2 ,对在m1、m2相互作用过程中应用动量定理 对m1应用动量定理:(F21 + F1 )t1=m1 v1′-m1v1 ⑴ 对m2应用动量定理:(F12 + F2 )t2=m2 v2′-m2v2 ⑵ 在⑴⑵的左边(F21 + F1 )t1,(F12 + F2 )t2,由于F21F1和F12 F2,由平行四边形定则可知F1和F2可以不计即可近似地转化为:

F21 t1=m1 v1′-m1v1 (3)

F12 t2=m2 v2′-m2v2 (4)

由牛顿第三定律可知:F21=-F12 ;t1=t2 即 F21 t1=t2=-F12t2 (5) 由(3)(4)(5)式得: m1 v1′-m1v1=m2 v2′-m2v2 由此得到: m1v1+m2v2 =m1 v1′+m2 v2′ (6)

(6)式说明这种情况下尽管F1 与F2合力(即系统所受的合外力)不为零总动量保持不变,这就是近似性.

在碰撞现象和爆炸现象中其系统内的物体间的相互作用力巨大且作用时间短满足近似性要求,故遇到碰撞和爆炸现象时都可以应用动量守恒定律解题,而不用判断动量守恒条件是否成立.

六、同时性,一致性

由动量守恒定律表达式为:

m1v1 + m2v2 ……+ mnvn = m1 v1′+ m2 v2′ ……+ mn vn′

等式左边有n个速度,右边也有n个速度,其间还有n个质量,由于质量不变性(除高速运动物体外),而速度具有相对性:即物体的运动总是相对某一参考系来说的,对不同的参考系同一物体的运动速度会不同,所以要正确应用动量守量定律,这2n个速度必须是相对同一参考系,即为一致性.左边n个速度必须是同一时刻,右边n个速度也必须是与左边时刻不同的同一时刻,这就是同时性,在应用动量守恒定律解题时同时必然要考查,属基本要求.而一致性的要求较高,在高考中不做要求.一般地在考查动量守恒定律的一致性时对同时性的理解也提高了要求.

动量守恒定律原理

如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子;既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体,它是一个实验规律,也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(等式两边均为矢量和)

动量守恒定律

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,这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出,而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出。

动量守恒定律

动力学的普遍定理之一。动量定理的内容为:物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量(用字母I表示),即力与力作用时间的乘积,数学表达式为FΔt=mΔv。公式中的冲量为所有外力的冲量的矢量和。动量定理是一个由实验观测总结的规律,也可由牛顿第二定律和运动学公式推导出来,其物理实质也与牛顿第二定律相同,这也意味着它仅能在经典力学范围内适用。

而与动量定理相关的定律——动量守恒定律,大到接近光速的高速,小到分子原子的尺度,它依然成立。动量守恒定律的定义为:如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变。由此可见,动量定理和动量守恒定律是两个不同的概念,不能混为一谈。

1.动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,是一个实验规律,也可用牛顿第三定律结合动量定理推导出来。

2.相互间有作用力的物体系称为系统,系统内的物体可以是两个、三个或者更多,解决实际问题时要根据需要和求解问题的方便程度,合理地选择系统。


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