动能定理动量定理的区别与联系
动量定理和动能定理虽然都是从牛顿第二定律推导出
来的,但在解决力学中某些问题时,这两个定理比牛顿第二定律更能体现出优越性。我们先看一看它们共同之处:1.两个定理都不用考虑中间过程,只考虑始末状态。动量定理只考虑始末状态的动量,动能定理只考虑始末状态的动能。过程中的速度加速度变化不予考虑。
肖涵结婚例1 质量为m的小球以初速度v o在水平面上向右运动,小球与水平面间动摩擦因数为μ,小球碰到右侧固定挡板后被弹回,假设在碰撞过程中没有能量损失,求小球在水平面上运动的总路程S。
解:分析:小球来回与挡板碰撞运动方向不断改变,速度大小也不断改变,运用牛顿第二定律显然不好解出,而用动能定理就比较方便了,小球受三个力作用:重力mg,支持力F,摩擦力f,全过程只有摩擦力做负功,所以有–μmg S=0-1/2mv o2  S=mv o2/2μmg =v o2/2μg
2.两个定理不仅适用于恒力,也适用于变力。
例2 物块A和B用轻绳相连悬在轻弹簧下端静止不动,连接A,B的绳子被烧断后,A上升到某位置速度大小为V,这时B下落的速度大小为μ,已知A, B质量分别为m和M,在you ll just never know
这段时间内,弹簧的弹力对物块A的冲量是多少?
解析弹簧的弹力为变力,设弹力对物体A的冲量为I 取向上为正方向,根据动量定理:
对物块A:I–mgt=mu-0 ①
对物块B:–Mgt=–Mμ-0 ②
解得:I =mv+mu
3.两个定理不仅适用于直线运动,也适用于曲线运动。
例3 如图,质量为1kg的物体从轨
心悸刘亦菲道A点由静止下滑,轨道B是弯曲的,A
点高出B点0.8m,物体到达B点的速度为我会爱你坚持到最后>九眼桥桥震门
2m/s.求物体在AB轨道上克服摩擦力所
做的功。
解析本题中物体在轨道上受到的
摩擦力是大小方向不断变化的,不适合用牛顿第二定律求解,但用动能定理就方便了mgh-W=1/2mv2-0 得W=6J
4.两个定理都主要解决“不守恒”问题,动量定理主要解决动量不守恒问题,动能定理主要解决机械能不守恒问题。
例4 一列火车总质量为M,在牵引力作用下以加速
度a由静止开始沿直线运动经过时间t,其中的一质量为m节厢脱钩,再经过时间t2脱钩车厢停止运动(设阻力与质量成正比,且牵引力不变)求此时火车的速度。
解析把脱钩的车厢和前面火车看成一个系统,这个系统有加速度a,合外力不为零,动量不守恒,车厢脱钩前后系统合外力没变,只是它们之间内力没有了,所以根据动量定理:F合(t l+t2)=(M–m) V一0
V=Ma(t1+t2)/M-m
以上是两个定理的共同点,这两个定理也有不同之处,其区别如下:
1.动量定理表达式I=mv2一mv1,是矢量式
动能定理表达式W=1/2mv22- 1/2 mv12是标量式
2.动量定理反映了冲量是动量变化的原因,而动能定理反映了外力做功是物体动能变化的原因。
3.动量定理对单个物体及由几个物体组成的系统都可以直接运用,根据牛顿第三定律,系统的内力总是大小相等方向相反,同时产生,同时消失,成对出现的,所以一对内力的合冲量总为零,即内力不会引起系统动量的变
化因而内力的冲量不予考虑。
动能定理一般对单个物体运用,一般不直接用于有相互作用的几个物体组成的系统,因为系统的内力显然成对出现,但它们分别作用于不同物体上,而这些物体位移大小并不总是相同的,因而作用力,反作用力做功的和也就不为零,系统动能变化不仅与系统外力做功有关,也与系统内力做功有关,所以对系统而言,公式W=1/2mv22- 1/2 mv12中的W应为内力和外力所做的总功。实际上,动能定理与机械能守恒定律是相互印证的,动能定理可以看成是机械能是否守恒的判断根据,把W看成外力所做的功w外和内力所做的功w内,又把w内分为保守内力所做的功w保和外保守内力所做的功w非,则动能定理可写成w外十w保+w非二E k2–E k1①而保守力做功等物体势能减小即W保=Ep1 -Ep2②将②代人①整理得:W外+W非=(E k2+E p2)–(E k1+E P1)③,③式的含义为:外力和非保守内力是否做功是机械能是否守恒的条件,外力和非保守力做的功之和为正,系统机械能增加外力和非保守内力做的功之和为负值。系统机械能减小。总之:动力学中求速度的问题理论上既可用动量定理也可用
动能定理,那么什么条件下用动量定理,什么情况又用动能定理呢?一般说:涉及到“时间”的用动量定理,涉及到“位移”的用动能定理。胡夏星光大道全集
黑龙江省海林市高级中学
梁永