动量定理有效处理变量、瞬时及连续作用问题
2020-11-13湖北王宝生
教学考试(高考物理) 2020年2期
湖北 王宝生
动量定理和动量守恒定律是物理学的重要规律,2017年高考《考试大纲》将选修3-5的内容调整为必考,在随后几年高考、大型联考等考试中动量定理和动量守恒定律就成了一个新热点,并且题型不再拘泥于过去传统的一维水平碰撞、反弹等经典题型,涌现出很多新题型。这其中一个很重要的原因就是动量定理涉及力,而整个高中知识点几乎都和力有关,这样结合后知识间衔接点就非常多,个人认为更多的新题型将大量涌现。
二轮复习要从基础知识出发,逐步深化和拓展应用能力。对于动量定理,可以在用动量定理处理变量、瞬时及连续作用问题上做文章。
一、处理变质量问题
对于研究对象为“变质量”的“连续”的流体(如水流、空气流等)问题,现以水流为例做探讨。这类问题一般要假设一段时间Δt内流出的水柱,其长度可表述为vΔt,水柱横截面积为S,就可得出水柱体积V=SvΔt,进而得到水柱质量Δm=ρV=ρSvΔt,再对质量为Δm的水柱应用动量定理求解。
【例1】(2016年全国卷Ⅰ)某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出;玩具底部为平板(面积略大于S);水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力,已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g。求:
(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量;
(2)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度。……
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