4.1學習提要
一、目標要求
1.掌握動量、衝量概念。會計算變力的衝量、利用動量的增量求衝量。
2.掌握質點的動量定理,並能運用它解決質點在平麵內運動的力學問題。
3.理解質點組動量定理,並能用它分析、解決少數質點組成的係統在平麵內運動的簡單力學問題。
4.掌握動量守恒定律及其適用條件,熟悉運用動量守恒定律解決力學問題的一般方法並能與牛頓運動定律、功能規律綜合:解決簡單係統的力學問題,如碰撞。
5.了解質心概念,質心運動定律及火箭飛行的基本原理。
二、重點難點
1.重點內容
動量和衝量概念及其計算,動量定理和動量守動定律的意義及其應用。
2.難點內容
動量變化的矢量性與衝量矢量性的關係,運用動量規律以及牛頓運動定律、功能規律等解決綜合性力學問題的基本思路和方法。
三、學習提示
1.加速度源於外力的作用,功是力對空間積累作用並由此引起機械能的變化,衝量是力對時間積累作用帶來的是動量的變化。如果你將力的瞬時作用,持續作用所產生的這些物理效應進行歸納整理,那末你對質點力學的基本內容就會作為有機的整體去認識,得到的是係統的知識,不會感到錯雜零亂。
2.衝量和動量都是矢量,因此運用這些概念解題時,要有建立坐標係的習慣,而這點是中學學習中的薄弱點。正負號問題所困擾。
3.動量定理和動量守恒定律是主要內容;動能定理和機械能守恒定律是上一章的主要內容。你在認真閱讀本書對這四條重要概念所作注釋的基礎上,應該比較出它們的物理內容表述、表達式和適應條件的差異,以及運用它們解決力學問題的基本步驟、方法要領等方麵的異同。
4.至此,屬於工科大學物理範疇的質點力學內容已基本學過,這就要求綜合運用物理力學知識解決問題的能力有所提高。解決綜合性物理題,便是這種能力的一種培養。而這種綜合運用知識能力的養成,基礎是對各部分物理概念的正確理解和熟練掌握(如,運動學、牛頓運動定律、功能及動量等),關鍵是對所求問題的物理過程及每個過程所遵從的物體規律能否作出準確的分析。
4.2概念釋疑
【動量】物體運動的一種量度。它等於物體的質量與其速度之積。
由於質量是標量,故動量與速度一樣也具有矢量性、瞬時性和相對性。但是動量的變化比速度的變化更具有反映物體運動狀態變化本質特性。若與相同的力作用於質量不同的兩個都處於靜止狀態的物體,如作用時間相等,則質量小的末速度大,質量大的末速度小。然而,這兩個物體的動量變化都是相同的。
【衝置】描寫力對時間積累作用過程的物理量,其效果是引起物體動量的變化。
當恒力作用時,衝量等於恒力與作用時間之積,方向與恒力方向一致;當變力作用時,衝量等於力函數對作用時間的積分,其方向不是瞬時力的方向,而是與動量的變化方向一致;當幾個力作用時,合力的衝量等於這幾個力衝量的矢量和。
【衝力】是一種作用於物體的時間短、量值大、變化快的合外力,而不是一種獨立於重力、彈力,摩擦力之外的力。如,兩物體間的碰撞、敲打、錘擊時的相互作用力,即屬衝力。連於衝力控特點而難於對其實現計算,故有時以“平均衝力”的定義式。
【動置定理】作用於質點(或質點係)的合外力的衝量,等於該質點(或質點係)動量的增量。該定理反映了力對時間積累作用的物理規律。
學習該定理應明確
1.該定理不僅反映了力的衝量和物體的動量增量的數值等,而且表示了衝量方向與動量增量方向一致。說明了動量的改變是由合外力和作用時間兩個因素決定的。合外力越大,作用時間越長,積累效應就愈明顯,引起動量的改變量就愈大。
2.動量定理與牛頓第二定律:史實上,定理早於牛頓第二定律,一般教材中是從牛頓定律導出動量定理,二者都反映物體在外力作用下運動狀態的變化規律。但是,它們反映的物理內容並不相同:牛頓第二定律反映了力的瞬時作用下動量對時間的變化率的規律,動量定理反映了力的持續作用下動量對變化大小及變化方向的規律;運用牛頓第二定律解決力學問題時一般要涉及力隨時間變化的細微過程,而動量定理則把過程量的衝量,和狀態量的動量聯係在一起。因而,用動量定理解決力學問題時,可借助始末態的動量而避開細微過程來處理。這對解決打擊、爆炸等一類碰撞問題極為方便。
3.動量定理和動能定理:對兩條定理除了看到二者都是把過程量和狀態量(衝量和動量、功和動能)聯係在一起以及在表達形式上具有“對稱性”以外,還應明確它們的差異:動量定理聯係的是兩個矢量衝量和動量,動能定理聯係的是兩個標量功和動能;前者反映的是力的時間的過程量,描寫的是力對時間的積累效應,後者反映的是力的空間過程量,描寫的是力對空間的積累效應。