动量守恒定律适用于任何物体间的相互作用,它在系统中具体表现为,系统初始状态的总动量等于系统末了状态的总动量,其计算方式遵循适量代数原则。那么,如何正确的运用动量守恒定律去解决问题呢?大家先不妨看一个例题吧!
在一个光滑的水平面上,一个人站在平板车上以速度Vo向右前进,已知人的质量为m,平板车的质量为M。在某一瞬间,当人以相对与平板车的速度μ向左跳下时,求此时的车速有多大?
我们知道,人在平板车上起跳的瞬间,平板车对人的弹力为系统的内力,在整个系统中,由于地面是光滑的,故而系统不受外力的作用,所以,运用动量守恒定律就能解决这个问题。关键在于,动量守恒定律该如何用呢?请看几种学生常见的错误分析与解答吧!
第一:对系统内部的物体认识不足
此同学的解题过程如下,他首先假设人跳车后的车速为V,其动量为MV。根据动量守恒定律,则有(M+m)Vo=MV,解得V=(M+m)Vo/M。此同学的解题方法是典型的对系统认识不足,认为人一旦跳出车后,人就与车没有构成一个系统,故而这是一种常见的不会用动量守恒定律解题的形式之一。
第二:对动量的矢量性认识不足
另一个同学的解题过程如下,他也是首先假设人跳车后的车速为V,其车的动量的为MV,人的动量为m(μ+V),更具动量守恒定律则有(M+m)Vo=MV+(μ+V)m,解得V=Vo-mμ/M+m。此同学也许觉得麻烦,他简单的运用了动量守恒定律来解决此问题,从而急忙忙的将数值带入其中来求速度。所以,不考虑动量矢量性的动量守恒定律所求出的值往往是错误的。
第三:对参照物认识不足
还有一个同学是这样运用动量守恒定律来解答此题的,其过程如下:假设平板车向右的方向为正方向,人在跳出车后,车的动量为MV,人的动量为-mμ,根据动量守恒定律可得(M+m)Vo=MV-mμ,求得V=(m+M)Vo/M+m/Mμ。根据这位同学列出的式子,我们就可以判断出他最先将地面作为了参考物,当人跳车后,他又将车作为了参照物。而在运用动量守恒定律时,其系统的参照物必须为同一个,所以此求解过程也是错误的。
看了前面三位同学的错误解法,大家又没有这样的经历呢?现在,我们来看看这道题的正确解法吧!
首先,我们一定要选取人与车为一个系统,以地面为参照物,以车向右前进的方向为正方向,根据动量守恒定律,则有(M+m)Vo=MV-m(μ-V),解得V=Vo+mμ/M+m。
总结,在运用动量守恒定律解决问题时,我们首先得判断系统受不受外力,或是系统受到的外力远小于系统的内力时,我们可以用动量守恒定律来求解。
其次,对系统内部的组成成分一定要认清除,不能将脱离系统后的物体在运用动量守恒定律后将其抛弃。
再者,运用动量守恒定律时,在物体相互作用前后的参照物一定要是相同的,如果不同,则系统的动量就不守恒。
最后,由于动量是适量,故而,在运用动量守恒定律时,一定要先假设一个正方向,与正方向相同的动量为正,与正方向相反的动量的为负。
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