高中物理用动量定理定性分析及解释现象 高中物理带电粒子在组合场或复合场中的运动解析

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高中物理用动量定理定性分析及解释现象 高中物理带电粒子在组合场或复合场中的运动解析

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高中物理用动量定理定性分析及解释现象
用动量定理进行定性(半定量)分析、解释现象,是动量定理应用的一个重要方面,该类试题一般分为两类:
一.?物体的动量变化量一定,由知:越长,F就越小;越短,F就越大
例1.
一个杂技演员平躺在钉板上,腹部放一块大条石,另一个人用大铁锤猛击大条石,结果大条石裂开而人却安然无恙。用动量定理解释该现象。
解析:条石不论大小,其结构都是相同的,设条石能承受的最大作用力为,质量为,铁锤质量为m。取铁锤为研究对象,锤打击条石前瞬间速度大小设为v,反弹速度大小设为,如图(1)所示,设向上为正方向,为锤与条石的接触时间,根据动量定理得:所以
当很小时,F(打击力)很大,若F>F0,则条石裂开。
图(1)
则对条石下的人来说,原来所受压力为,条石裂开时人所受压力为:,为人腹缓冲时间。
由牛顿第三定律可知:条石的大小等于,但由于条石放在人腹部上,软接触,缓冲时间很长,所以并不大,故人可以安然无恙。
杂技演员成功表演的关键,一是条石的质量足够大,二是锤打击的时间足够短。解决该问题的关键则是分清研究对象。
二.
作用力一定,此时力的作用时间越长,动量变化量就越大;作用时间越短,动量变化量就越小。
例2.
如图(2)所示,玻璃杯上放一硬纸板,纸板上再放一物体。用一水平力缓慢拉纸板,物体随纸板一起运动,若迅速拉出纸板,物体掉在水杯里。这是因为(????)
A.?缓慢拉动纸板时,物体和纸板间的摩擦力大
B.?缓慢拉动纸板时,物体受到的冲量小
C.?迅速拉动纸板时,物体受到的摩擦力大
D.?迅速拉动纸板时,物体受到的冲量小
图(2)
解析:缓慢拉动纸板时,物体受到的摩擦力为静摩擦力,迅速拉动纸板时,物体受到的摩擦力为滑动摩擦力。若认为最大静摩擦力和滑动摩擦力相等,则缓慢拉动纸板时,受到的摩擦力小于或等于迅速拉动纸板时受到的摩擦力,故A、C错误;迅速拉动纸板时,物体与纸板间的作用时间短,所以物体受到的冲量小,故正确答案为D。
用动量定理解释现象时,关键是分析清楚作用力、时间及动量变化量的情况。
高中物理带电粒子在组合场或复合场中的运动解析
带电粒子在组合场或复合场(包括重力场、电场、磁场)中的运动,往往涉及到力学、电场、磁场等知识内容和解题方法及各种能力,综合性强。下面谈谈这类问题的分析方法。
1.?组合场或复合场
组合场是指电场与磁场同时存在,但各位于一定的区域内,并不互相重叠的情况。
复合场通常是指电场与磁场在某一区域同时并存或电场、磁场和重力场并存在于某一区域的情况。
2.?动力学观点
由于微粒在复合场中运动时,受力情况比较复杂,因此,进行受力分析时,要全面、细致。其中的关键是洛伦兹力随着微粒运动状态而变化,而洛伦兹力的变化反过来又会导致运动状态的变化。因此,进行受力分析时一定要与运动状态、运动过程紧密结合起来。
3.?能量与动量观点
要时刻把握住洛伦兹力对运动的带电微粒不做功,然而却能改变微粒的速度和动量即改变微粒的运动状态这一关键点。
典型例题
例1.?如图1所示,一倾角为的足够长的绝缘光滑的斜面置于磁感应强度为B的匀强磁场中,一质量为m、带电荷量为-q的小物块自斜面顶端由静止释放,则当小物块在斜面上滑行,经多长时间、多长距离离开斜面?
解析:由于重力的下滑分力的作用,小物块将沿斜面加速下滑,随着速度v从零开始增加,也不断增大,但的方向垂直于斜面向上,与物块的运动方向垂直,因此,虽然为变力,但由于有斜面支持力的约束,直至离开斜面之前,物块在垂直于斜面方向所受合外力始终为零,而沿斜面方向的合外力等于,故物块做初速度为零的匀加速直线运动。
当时,物块将离开斜面,即

所以

例2.若将例中的光滑斜面改为粗糙斜面(其他条件不变),并知物块与斜面间的动摩擦因数为,物块沿斜面下滑距离L而离开斜面,求整个过程中物块克服摩擦力所做的功。
解析:虽然只是将光滑斜面改为粗糙斜面,但物块的运动状态却发生了质的变化,由匀变速直线运动改为非匀变速直线运动。原因在于的变化会导致支持力的变化,进而导致摩擦力的变化,因而物块的a是变量,匀变速运动的规律不再适用。
由离开斜面时,,得:
由动能定理:得
所以

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