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动量定理中的流体类“柱状模型”问题
2020-06-30 | 阅:  转:  |  分享 
  
教学目标理解动量定理和动量守恒定律适普性解释生活有关现象建立物理模型知识回顾一、动量定义:物体的质量和速度的乘积。动量是状态量,与时刻或位置
相对应表达式:p=mv。单位:kg·m/s。标矢性:动量是矢量,其方向和速度方向相同。二、动量定理1.冲量(1)定义:力和力的作用
时间的乘积。冲量是过程量,与时间或过程相对应(2)表达式:I=Ft。(3)单位:N·s。(4)标矢性:冲量是矢量,恒力冲量的方向与
力的方向相同。知识回顾知识回顾2.动量定理(1)内容:物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量。“力”指的是合
外力(2)表达式:Ft=mv′-mv。知识诊断×1.动量越大的物体,其速度越大。()2.物体的动量越大,其惯性也越大。(
)3.物体所受合力不变,则动量也不改变。()4.物体沿水平面运动时,重力不做功,其冲量为零。()5.物体所受合外力的冲量的
方向与物体末动量的方向相同。()6.物体所受合外力的冲量方向与物体动量变化的方向是一致的。()××××√考点精讲通常液体流
、气体流等被广义地视为“流体”,质量具有连续性,通常已知密度ρ流体及其特点微元研究建立方程建立“柱状模型”选取一段柱形流体作用时间
Δt内的一段柱形流体的长度为Δl,质量为Δm=ρSvΔt高考真题[例1](2016·全国卷Ⅰ)某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱
将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出;玩具底部为平板
(面积略大于S);水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为ρ,重力
加速度大小为g。求:(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量;(2)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度。ρv0SFMMghSv0
Δt(1)设Δt时间内,从喷口喷出的水的体积为ΔV,质量为Δm,则Δm=ρΔV ①ΔV=v0SΔt ②由①②式得,单位时间内从喷口
喷出的水的质量为(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h,水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v。对于Δt时间内喷出的水
,由能量守恒得在h高度处,Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为Δp=(Δm)v ⑤设水对玩具的作用力的大小为
F,根据动量定理有FΔt=Δp ⑥由于玩具在空中悬停,由力的平衡条件得联立③④⑤⑥⑦式得 ⑧F=Mg ⑦小试牛刀(2019·合肥
模拟)将质量为500g的杯子放在台秤上,一个水龙头以每秒700g水的流量注入杯中。注至10s末时,台秤的读数为78.5N,
则注入杯中水流的速度是多大?小试牛刀解答:以在很短时间Δt内,落在杯中的水柱Δm为研究对象,水柱受向下的重力Δmg和向上的作用力F
。设向上的方向为正,由动量定理得:(F-Δmg)Δt=0-(-Δmv)因Δm很小,Δmg可忽略不计,并且ΔmΔt=0.7kg/s
F=ΔmΔtv=0.7v(N)台秤的读数G读=(m杯+m水)g+F78.5=(0.5+0.7×10)×10+0.7v解得v=5
m/s。答案:5m/s课堂小结对于流体及微粒的动量连续发生变化这类问题,关键是应用微元法正确选取研究对象,即选取很短时间Δt内动
量发生变化的那部分物质作为研究对象,建立“柱状模型”:研究对象分布在以S为截面积、长为vΔt的柱体内,质量为Δm=ρSvΔt,分析它在Δt时间内动量的变化情况,再根据动量定理求出有关的物理量。及时复习
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(本文系琼林阁教育首藏)