题目
A.-|||-B质量为m的质点,以不变速率v沿图中正三角形ABC的水平光滑轨道运动,质点越过A角时,轨道作用于质点的冲量的大小为( ) A. mv B. sqrt(2)mv C. sqrt(3)mv D. 2mv
质量为m的质点,以不变速率v沿图中正三角形ABC的水平光滑轨道运动,质点越过A角时,轨道作用于质点的冲量的大小为( )- A. mv
- B. $\sqrt{2}$mv
- C. $\sqrt{3}$mv
- D. 2mv
题目解答
答案
解:由图可知,质点在B点的初速度方向沿AB方向上,在B点末速度的方向水平向右,由于速度是矢量,所以速度的变化如图,由几何关系可知大小为:$△v=\sqrt{3}v$根据动量定理,合外力的冲量等于质点的动量变化,则:
I=m△v
联立得:I=m△v=$\sqrt{3}$mv.故C正确,ABD错误
故选:C。
解析
考查要点:本题主要考查动量定理的应用,以及速度方向变化引起的动量变化计算。关键在于理解质点在转弯时速度方向改变导致的动量矢量变化。
解题核心思路:
- 明确速度方向变化:质点沿正三角形轨道运动,转弯时速度方向改变,速率保持不变。
- 计算动量变化:利用矢量减法(余弦定理)求出动量变化的大小。
- 应用动量定理:轨道的冲量等于质点动量的变化。
破题关键点:
- 正三角形内角与转弯角度:质点在顶点转弯时,速度方向改变的角度为120°(外角)。
- 动量变化的矢量计算:速率不变时,动量变化仅由速度方向改变引起。
质点以不变速率$v$沿正三角形轨道运动,经过顶点A时,速度方向由沿AB边变为沿AC边,方向改变角度为$120^\circ$。根据动量定理,轨道对质点的冲量等于质点动量的变化:
步骤1:确定速度方向变化
- 初速度$\vec{v}_1$方向沿AB边,末速度$\vec{v}_2$方向沿AC边,夹角$\theta = 120^\circ$。
步骤2:计算动量变化
动量变化为矢量差:
$\Delta \vec{p} = m\vec{v}_2 - m\vec{v}_1$
利用余弦定理计算大小:
$|\Delta \vec{p}| = \sqrt{(mv)^2 + (mv)^2 - 2(mv)(mv)\cos 120^\circ}$
代入$\cos 120^\circ = -\frac{1}{2}$:
$|\Delta \vec{p}| = \sqrt{2m^2v^2 + m^2v^2} = \sqrt{3}mv$
步骤3:应用动量定理
轨道的冲量$I$等于动量变化:
$I = |\Delta \vec{p}| = \sqrt{3}mv$