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A-Level物理备考:复合场和动量定理知识点详解

来源:      浏览:      发布日期:2019-11-07 11:02

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A-level物理是A-level考试中最受欢迎的科目考试之一,A-level物理考试中比较关键的知识点是动能和电能,接下来,锦秋小编就为大家介绍一下A-level物理考试备考中的复合场和动量定理知识点的相关内容,希望对大家有所帮助。

复合场

复合场是指重力场、电场、磁场并存,或其中两场并存。分布方式或同一区域同时存在,或分区域存在。

复合场是物理中力学、电磁学综合问题的高度集中。既体现了运动情况反映受力情况、受力情况决定运动情况的思想,又能考查电磁学中的重点知识,因此,近年来这类题备受青睐。

复合场的出题方式:

复合场可以图文形式直接出题,也可以与各种仪器(质谱仪,回旋加速器,速度选择器等)相结合考查。

一、重力场、电场、磁场分区域存在(例如质谱仪,回旋加速器)

此种出题方式要求熟练掌握平抛运动、类平抛运动、圆周运动的基本公式及解决方式。

重力场:平抛运动

电场:1.加速场:动能定理2.偏转场:类平抛运动或动能定理

磁场:圆周运动

二、重力场、电场、磁场同区域存在(例如速度选择器)

带电粒子在复合场做什么运动取决于带电粒子所受合力及初速度,因此,把带电粒子的运动情况和受力情况结合起来分析是解决此类问题的关键。

(一)若带电粒子在复合场中做匀速直线运动时应根据平衡条件解题,例如速度选择器。则有Eq=qVB

(二)当带电粒子在复合场中做圆周运动时,

则有Eq=mgqVB=mv2/R

(2009年天津10题)如图所示,直角坐标系xOy位于竖直平面内,在水平的x轴下方存在匀强磁场和匀强电场,磁场的磁感应为B,方向垂直xOy平面向里,电场线平行于y轴。一质量为m、电荷量为q的带正电的小球,从y轴上的A点水平向右抛出,经x轴上的M点进入电场和磁场,恰能做匀速圆周运动,从x轴上的N点第一次离开电场和磁场,MN之间的距离为L,小球过M点时的速度方向与x轴的方向夹角为θ。不计空气阻力,重力加速度为g。

(1)电场强度E的大小和方向;

(2)小球从A点抛出时初速度v0的大小;

(3)A点到x轴的高度h。

解析:本题考查平抛运动和带电小球在复合场中的运动。小球先做平抛再做圆周运动

(1)小球在电场、磁场中恰能做匀速圆周运动,说明电场力和重力平衡(恒力不能充当圆周运动的向心力),有Eq=mg得E=mg/q

重力的方向竖直向下,电场力方向只能向上,由于小球带正电,所以电场强度方向竖直向上。

(2)小球做匀速圆周运动,O′为圆心,MN为弦长,O′为M点速度垂线与MN中垂线的交点。设半径为R,由几何关系知L/2R=sinθ

小球做匀速圆周运动的向心力由洛仑兹力提供向心力,设小球做圆周运动的速率为v,有qVB=mV2/R由速度的合成与分解知

V0/V=cosθ

得V0=qBL/2mtanθ

(3)设小球到M点时的竖直分速度为Vy,它与水平分速度的关系为

Vy=V0×tanθ

由匀变速直线运动规律

V2=2gh

得h=q2B2L2/8gm2

(三)当带电粒子在复合场中做非匀变速曲线运动时,应用动能定理或能量守恒解决。

动量定理

动量定理是力对时间的积累效应,使物体的动量发生改变,适用的范围很广,它的研究对象可以是单个物体,也可以是物体系;它不仅适用于恒力情形,而且也适用于变力情形,尤其在解决作用时间短、作用力大小随时间变化的打击、碰撞等问题时,动量定理要比牛顿定律方便得多。

一、 用动量定理解释生活中的现象

例1:竖立放置的粉笔压在纸条的一端.要想把纸条从粉笔下抽出,又要保证粉笔不倒,应该缓缓、小心地将纸条抽出,还是快速将纸条抽出?说明理由。

[解析] 纸条从粉笔下抽出,粉笔受到纸条对它的滑动摩擦力μmg作用,方向沿着纸条抽出的方向.不论纸条是快速抽出,还是缓缓抽出,粉笔在水平方向受到的摩擦力的大小不变.在纸条抽出过程中,粉笔受到摩擦力的作用时间用t表示,粉笔受到摩擦力的冲量为μmgt,粉笔原来静止,初动量为零,粉笔的末动量用mv表示.根据动量定理有:μmgt=mv。

如果缓慢抽出纸条,纸条对粉笔的作用时间比较长,粉笔受到纸条对它摩擦力的冲量就比较大,粉笔动量的改变也比较大,粉笔的底端就获得了一定的速度.由于惯性,粉笔上端还没有来得及运动,粉笔就倒了。

如果在极短的时间内把纸条抽出,纸条对粉笔的摩擦力冲量极小,粉笔的动量几乎不变.粉笔的动量改变得极小,粉笔几乎不动,粉笔也不会倒下。

二、 用动量定理解曲线运动问题

例 2:以速度v0 水平抛出一个质量为1 kg的物体,若在抛出后5 s未落地且未与其它物体相碰,求它在5 s内的动量的变化.(g=10 m/s2)。

[解析] 此题若求出末动量,再求它与初动量的矢量差,则极为繁琐.由于平抛出去的物体只受重力且为恒力,故所求动量的变化等于重力的冲量.则

Δp=Ft=mgt=1×10×5=50 kg·m / s。

[点评] ① 运用Δp=mv-mv0求Δp时,初、末速度必须在同一直线上,若不在同一直线,需考虑运用矢量法则或动量定理Δp=Ft求解Δp.②用I=F·t求冲量,F必须是恒力,若F是变力,需用动量定理I=Δp求解I。

三、 用动量定理解决打击、碰撞问题

打击、碰撞过程中的相互作用力,一般不是恒力,用动量定理可只讨论初、末状态的动量和作用力的冲量,不必讨论每一瞬时力的大小和加速度大小问题。

例3:蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目.一个质量为60 kg的运动员,从离水平网面3.2 m高处自由落下,触网后沿竖直方向蹦回到离水平网面1.8 m高处.已知运动员与网接触的时间为1.4 s.试求网对运动员的平均冲击力.(取g=10 m/s2)

[解析] 将运动员看成质量为m的质点,从高h1处下落,刚接触网时速度方向向下,大小 。

弹跳后到达的高度为h2,刚离网时速度方向向上,大小,

接触过程中运动员受到向下的重力mg和网对其向上的弹力F.选取竖直向上为正方向。

代入数值得: F=1.2×103 N。

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