本章优化总结
动量守恒定律的应用——人船模型
“人船模型”,不仅是动量守恒问题中典型的物理模型,也是最重要的力学综合模型之一.对“人船模型”及其典型变形的研究,将直接影响着力学过程的发生、发展和变化,也将直接影响着力学过程的分析思路.通过类比和等效方法,可以使许多动量守恒问题的分析思路和解答步骤变得极为简捷.
(1)符合“人船模型”的条件:相互作用的物体原来都静止,且满足动量守恒条件.
(2)“人船模型”的特点:“人”动“船”动,“人”停“船”停,“人”快“船”快,“人”慢“船”慢,“人”上“船”下,“人”左“船”右.
在光滑的水平面上有一辆小车,车的两端各站着一人,如图所示,三者原来皆静止,当他俩同向而行时,小车向哪个方向运动?
[思路点拨] 小船的运动方向取决于两人的动量,抓住人、车系统的总动量为零这一条件.
[解析] 选两人和小车为一系统,在水平方向上动量守恒.设左边的人质量为m1,运动速度为v1;右边的人质量为m2,运动速度为v2;小车的质量为m3,运动速度为v3,取水平向右为正方向,则由动量守恒定律得m1v1+m3v3-m2v2=0解得v3=.
讨论:①若m2v2>m1v1,则v3>0,小车向右运动;
②若m2v2<m1v1,则v3<0,小车向左运动;
③若m2v2=m1v1,则v3=0,小车不动.
[答案] 见解析
符合“人船模型”的条件是系统原来静止且动量守恒或某一方向动量守恒.常见的“人船模型”有:
(1)人在船上或车上由一端走至另一端(不计船或车的阻力)
(2)物体沿光滑斜面下滑(不计斜面受地面的阻力)
(3)物体从光滑曲面的一端滑至另一端(不计曲面受地面的阻力)
多个物体组成的系统动量守恒及临界条件的应用
1.对于两个以上的物体组成的系统,由于物体较多,相互作用的情况也不尽相同,作用过程较为复杂,虽然仍可对初、末状态建立动量守恒的关系式,但因未知条件过多而无法求解.这时往往要根据作用过程中的不同阶段,建立多个动量守恒的方程,或将系统内的物体按相互作用的关系分成几个小系统,分别建立动量守恒方程.
求解这类问题时应注意:
(1)正确分析作用过程中各物体状态的变化情况,建立运动模型.
(2)分清作用过程中的不同阶段,并找出联系各阶段的状态量.
(3)合理选取研究对象,既要符合动量守恒的条件,又要方便解题.