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动量守恒问题,如何偷懒和心算

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动量守恒问题,要学会偷懒和心算
最近,有不少同学对于动量问题感觉困惑,有的是属于习惯了动能的模式,不能接受动量;有的是对于碰撞特别是完全弹性碰撞问题的动量机械能双守恒问题感觉特别难计算;有的是对于动量的动碰静后的同速问题(完全非弹性碰撞),不敢大胆动手。
其实,动量问题,应该是高中物理计算最简单的问题,而从概念的理解上,没有与前面的牛顿定理结合联系,必然就当作是一个陌生的概念而无从下手。这里是有一些理解障碍的,但是一旦真明白动量是怎么回事,那么很多问题就将变得非常简单,你就会发现:动量多简单啊,计算多轻松呀,盼望着盼望着,高考啊,再多来几个动量题吧。。。
第一部分,从概念上来理解动量,其实一点也不陌生。。。


1楼2017-01-09 18:54回复
    好啦,废话不说多了,首先,动量概念与动能概念,其实都是由运动学及牛顿定律推出的,而由于在任何微小时间或位移空间都符合,所以无论什么样的过程,都满足动量或者能量的有关关系。简单说,动能是力对于物体的空间效果,而动量是力对于物体的时间效果。所以在处理具体问题上,动量的思考方式和动能是类似的。
    其次,动量其实比动能更简单,由于对于能量的划分比较细,导致机械能、非机械能等各种能量,于是在物体的相互作用中,就有着机械能的是否损耗的问题,需要我们仔细辨别和计算;而动量,则根本不需要考虑有任何损耗!不论是否消耗机械能,只要没有外来动量,系统总动量都不受任何影响。


    2楼2017-01-09 18:54
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      第2部分,有关动量守恒问题的计算的简化:
      一、两小球碰撞模型(动量、机械能双守恒情况)
      这个模型,估计稍微学习了动量的同学都会列方程组:就是一个动量守恒方程,再加一个机械能守恒的方程,联立求解。
      但是,方程好列,这可是一个二元二次方程组,对于中学生来说,如果没有掌握一定技巧,仅仅依靠代入换元法的话,那么没有一个小时以上,是人力解不出来的。
      所谓技巧,其实就是平方后再移项,再进行方程加减,上边附的物理另说15已经讲过了,大叔就不再说了。
      计算结果嘛,往往有不少同学想背下来,也行,但是,这种模型,基本上是不会考的。所以意义也不大。而最可能考试遇见的,往往是上述模型简化后的动碰静型。


      3楼2017-01-09 18:54
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        1、动碰静模型1(双守恒):
        虽说比动碰动简化了不少,但是也会有人觉得代入换元神马的计算麻烦。大叔就是一个——因为大叔喜欢心算大题啊,不方便心算的,大叔都会想法子偷懒的。。。
        于是,大叔的方法是这样的:
        首先要介绍一个新的概念——恢复系数=碰后相对速度/碰前相对速度,这是衡量弹性碰撞程度的标志,高中同学呢,只要知道完全弹性碰撞的恢复系数=1就可以了。也就是:
        碰前接近相对速度=碰后分离相对速度。
        其次,我们从前面的模型中知道了一个很简单的结论:大碰小,跟着走,小碰大,被弹回,等质量碰,速度交换。


        4楼2017-01-09 18:55
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          第三,动量守恒的本质,就是两者相互交换等大反向的冲量,既然彼此给予冲量等大,那么对于其中任意一方——速度的改变,与其质量反比。
          好了上述三点,都是最简单的,一看就明白怎么回事了。那么开始说如何心算动量守恒问题:
          既然是m1以初速Vo去碰静止的m2的动碰静模型,那么设碰后m1、m2速度大小分别是V1、V2。
          先看清楚谁的质量大,假如这里是m1<m2,那么根据上述第2原则,m1被弹回掉头,所以:
          第一、碰前接近相对速度=碰后分离相对速度:Vo=V1+V2。
          第2、速度的改变,与其质量反比:(V1+Vo)/V2=m2/m1。
          很简单,直接把第一个式子代入第2个式子,其简单程度,心算足够了。。。
          假如是m1>m2呢,那么根据上述第2原则,m1追着m2继续前进:
          1)Vo=V2-V1
          2)(Vo-V1)/V2= m2/m1。
          同样是简单的心算问题。。。


          5楼2017-01-09 18:55
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            质量如果相等,就简单到不用计算了,速度直接交换。。。。
            所以,对于常见的动碰静的模型,也就心算的事,如果是要求正规步骤的大题,大叔的做法是写出规范的二元二次方程组,然后不去解它,再用心算法求出最后答案写上去OK。如果是不要求过程的小题,直接写答案就好。
            注意:心算法则,是以绝对值计算的,没有矢量的方向性,所以要求自己判断速度的方向来确定加减关系(其实很简单)。不要弄混了哦。。。


            6楼2017-01-09 18:55
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              2、动碰静模型2(最后同速)
              m1以初速Vo去碰静止的m2,最后两者同速——动碰静模型2,这个类型,也是最常见的,包括小球碰小球的粘连、滑块滑上滑板最后同速、物块碰带弹簧的物块而把弹簧压缩到最短的过程等。。。它是动能损耗最大的形式。所以其动能不守恒。动量守恒。
              标准的做法还是解方程组。。。大叔又一次教大家如何偷懒——表告诉你的老师哦:
              由于推导很简单,大叔直接上结论:
              如果两者质量和是m1的n倍,则碰后同速是Vo的1/n,动能是原来的1/n,损失动能是原来的1-1/n。——不用什么动量动能计算,直接写就是啦。
              有了上述结论,要再计算什么摩擦力损耗相关的物理量,都只需要最简单的一步。。。
              还是那句话,心算就足够了。。。


              7楼2017-01-09 18:55
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                3、回归运动学来解决同时涉及能量动量的问题
                很多同学觉得,动量能量就比运动学思路一定简单和高级,那也不一定哦。
                其实运动学才是动量和能量的综合,在同时涉及到动量和能量的问题中,没准运动学还比动量能量更简单:
                例如:
                如图,长L质量m的小车停在光滑的水平地面上,有一质量为m的小滑块从光滑曲面上离车顶高度差h处由静止下滑,离开曲面后水平向右滑到小车上,最终物块滑离小车。已知物块与小车间μ=4h/9L。
                求:1)物块滑离小车时的速度V1;
                2)物块滑离小车时,小车向右运动的距离X。


                8楼2017-01-09 18:55
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                  1)如果是普通思路,就是动量和能量的二元二次方程组:
                  m√(2gh)=mV1+mV2
                  mgh=mV1V1/2+mV2V2/2+μmgL
                  解这个方程组是需要时间的,除非你数学娴熟。。。大叔就不喜欢解难解的数学。
                  其实,在同时涉及到动量和能量的时候,咱们退回去,用它们的祖宗——牛顿运动学,
                  往往比较容易,因为,动量和能量的关系本来就是由运动学推导出的两个方向,运动学当然是他们的综合。。。
                  既然是运动学,那么第一就应该想到能够一眼看穿本质的VT图象:


                  9楼2017-01-09 18:56
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                    那么中间那个黄色梯形区域面积就是L。其他参数都在图上标注。
                    所以:
                    V2/μg=t1=L/V1;
                    V2=√(2gh)-V1,代入就是一个V1的一元二次简单方程,解就可以得到V1=2√(2gh)/3(由于V1必须大于V2,则另一个根舍去)。
                    这个计算,比通常算法容易多。
                    2)那么由上,由图象,x=L/4(用图象割补的几何思路直接可以得到,不需要计算)
                    补充一句:图象法思路,是运动学的最有效工具,它可以让你非常清晰地看清楚问题的关键,也能让你利用初中几何知识极简单地解决高中物理问题。
                    其实,大叔本意是希望不要一看见题就硬搬书上的公式,那样太机械僵化了,没有一点艺术物理的美感。物理是有艺术的科学,不是千篇一律的硬上公式,再用繁杂的数学来解方程。把物理硬生生做成数学,那就不是美丽愉快的物理了。。。
                    由于高中对于碰撞问题以及可以当作碰撞的相互作用问题,只要求涉及完全弹性和完全非弹性的碰后粘连两类,而目前已经几乎不要求动碰动的复杂计算,所以上述技巧,几乎就是够欺负题了。。。一道大题,看题就可以直接出答案,题会哭晕的。。。
                    有时候,刷题不是为了在上边消耗时间,而是为了虐题秒杀的感觉
                    今天下午忙完手上的事,思维跳跃临时想起写了这么几个字,不知道是否有用,欢迎大家讨论。
                    具体的动量内容,在大叔的物理另说-15中说的很详细了,有兴趣的话可以顺便过去看一眼哦。。


                    10楼2017-01-09 18:56
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                      IP属地:湖南来自Android客户端11楼2017-01-10 07:10
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                        来自iPhone客户端12楼2017-01-11 08:55
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                          13楼2019-04-12 16:06
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                            提供一下解这两个方程的方法,不会的朋友可以看一下(没有针对楼主的意思,交流学习嘛


                            来自Android客户端14楼2020-04-07 22:21
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