题目
在下列四种运动中, 任何相等的时间内物体动量的变化都相同的运动是A. 匀速率圆周运动B. 抛体运动C. 匀加速圆周运动D. 变加速直线运动
在下列四种运动中, 任何相等的时间内物体动量的变化都相同的运动是
A. 匀速率圆周运动
B. 抛体运动
C. 匀加速圆周运动
D. 变加速直线运动
题目解答
答案
B. 抛体运动
解析
本题考查动量定理以及不同运动中物体所受合外力的特点。解题的关键在于明确动量的变化量等于合外力的冲量,即$\Delta\vec{p}=\vec{F}_{合}\Delta t$,然后分析每种运动中物体所受合外力是否恒定,若合外力恒定,则在任何相等时间内物体动量的变化都相同。
选项A:匀速率圆周运动
- 物体做匀速率圆周运动时,速度大小不变,但速度方向时刻在改变。
- 根据牛顿第二定律$\vec{F}_{合}=m\vec{a}$,物体所受合外力提供向心力,向心力$\vec{F}_{向}=m\frac{v^{2}}{r}$,其方向始终指向圆心。
- 由于合外力方向不断变化,根据$\Delta\vec{p}=\vec{F}_{合}\Delta t$,在相等时间$\Delta t$内,合外力的冲量方向不同,所以动量的变化量$\Delta\vec{p}$方向不同,故A选项错误。
选项B:抛体运动
- 抛体运动是指将物体以一定的初速度向空中抛出,仅在重力作用下的运动。
- 物体所受合外力为重力$\vec{F}_{合}=m\vec{g}$,重力是恒力,大小和方向都不变。
- 根据动量定理$\Delta\vec{p}=\vec{F}_{合}\Delta t$,在任何相等的时间$\Delta t$内,合外力$\vec{F}_{合}=m\vec{g}$恒定,所以动量的变化量$\Delta\vec{p}=m\vec{g}\Delta t$也恒定,即动量的变化都相同,故B选项正确。
选项C:匀加速圆周运动
- 物体做匀加速圆周运动时,速度大小和方向都在改变。
- 物体所受合外力不仅有指向圆心的向心力$\vec{F}_{向}=m\frac{v^{2}}{r}$,还有沿切线方向的切向力$\vec{F}_{切}=ma_{切}$,合外力$\vec{F}_{合}=\vec{F}_{向}+\vec{F}_{切}$。
- 由于向心力方向始终指向圆心,切向力方向沿切线方向,合外力的大小和方向都在不断变化,根据$\Delta\vec{p}=\vec{F}_{合}\Delta t$,在相等时间$\Delta t$内,合外力的冲量不同,所以动量的变化量$\Delta\vec{p}$不同,故C选项错误。
选项D:变加速直线运动
- 变加速直线运动中,物体的加速度是变化的。
- 根据牛顿第二定律$\vec{F}_{合}=m\vec{a}$,加速度$\vec{a}$变化,则合外力$\vec{F}_{合}$也变化。
- 由动量定理$\Delta\vec{p}=\vec{F}_{合}\Delta t$可知,在相等时间$\Delta t$内,合外力$\vec{F}_{合}$变化,所以动量的变化量$\Delta\vec{p}$不同,故D选项错误。