题目
作用在质量为10kg的物体上的力为 F=(t+1)N, 式中t的单位是s,若物体起始状态是静止的,则4s 后,这物体的动量大小是:A. 14kg m/sB. 16kg m/sC. 12kg m/sD. 18kg m/s
作用在质量为10kg的物体上的力为 F=(t+1)N, 式中t的单位是s,若物体起始状态是静止的,则4s 后,这物体的动量大小是:
A. 14kg m/s
B. 16kg m/s
C. 12kg m/s
D. 18kg m/s
题目解答
答案
C. 12kg m/s
解析
考查要点:本题主要考查动量定理的应用,特别是变力作用下的冲量计算。
解题核心思路:利用动量定理,将变力的冲量转化为时间积分求解,结合物体初始静止的条件,直接得出最终动量。
破题关键点:
- 识别变力特征:力随时间变化,无法直接用$I=Ft$计算,需用积分法。
- 正确建立积分表达式:对$F(t)=t+1$在时间区间$[0,4]$秒内积分,得到总冲量。
- 初始条件应用:物体初始静止,初动量为$0$,最终动量等于冲量。
根据动量定理,物体所受合外力的冲量等于动量的变化,即:
$\Delta p = \int_{0}^{t} F(t') \, dt'$
已知$F(t) = t + 1$,质量$m=10\ \text{kg}$,初始速度$v_0=0$。
计算冲量:
$\begin{aligned}\int_{0}^{4} (t + 1) \, dt &= \left[ \frac{1}{2}t^2 + t \right]_{0}^{4} \\&= \left( \frac{1}{2} \cdot 4^2 + 4 \right) - \left( 0 + 0 \right) \\&= 8 + 4 = 12\ \text{N·s}\end{aligned}$
动量变化:
由于初始动量$p_0 = 0$,最终动量$p = \Delta p = 12\ \text{kg·m/s}$。