题目
一质量为m的质点以与地的仰角theta =(30)^circ 的初速度theta =(30)^circ 从地面抛出,若忽略空气阻力,求质点落地时相对抛射时的动量增量。
一质量为m的质点以与地的仰角
的初速度
从地面抛出,若忽略空气阻力,求质点落地时相对抛射时的动量增量。
题目解答
答案
物体运动轨迹为抛物线,根据抛物线的对称性可知,落地时速度与地面夹角为
,与初速度方向夹角为
根据机械能守恒,可知,落地时速度大小
;

所以动量的增量
,根据几何关系,可知动量的增量大小为
,方向竖直向下;
解析
本题考查抛体运动中动量的变化,核心在于理解矢量运算和抛物线的对称性。关键点如下:
- 抛物线的对称性:落地速度方向与初速度方向关于水平轴对称,仰角变为俯角,大小相等。
- 机械能守恒:忽略空气阻力时,抛体运动中速度大小保持不变。
- 动量增量的矢量性:需通过速度矢量差计算,重点分析竖直方向的分量变化。
步骤1:确定落地时速度的方向和大小
- 对称性:初速度仰角为$30^\circ$,落地时速度俯角也为$30^\circ$。
- 机械能守恒:速度大小与初速度相等,即$v = v_0 = 10a$。
步骤2:分解初、末速度的竖直分量
- 初速度竖直分量:$v_{0y} = v_0 \sin 30^\circ = \frac{v_0}{2}$(向上)。
- 末速度竖直分量:$v_y = -v \sin 30^\circ = -\frac{v_0}{2}$(向下)。
步骤3:计算动量增量的竖直分量
- 动量增量:$\Delta p_y = m v_y - m v_{0y} = m \left(-\frac{v_0}{2}\right) - m \left(\frac{v_0}{2}\right) = -m v_0$。
- 水平分量:速度大小不变且方向水平,动量增量为$0$。
步骤4:结论
动量增量的大小为$|\Delta p| = m v_0$,方向竖直向下。