题目
一个力F作用在质量为1.0kg的质点上,使之沿x轴运动,已知在此力作用下质点的运动学方程为x=3t-4(t)^2+(t)^3(SI)。在0到4s的时间间隔内,力F的冲量大小I=_____。
一个力F作用在质量为$1.0kg$的质点上,使之沿x轴运动,已知在此力作用下质点的运动学方程为$x=3t-4{t}^{2}+{t}^{3}(SI)$。在0到4s的时间间隔内,力F的冲量大小$I=$_____。
题目解答
答案
【解析】
运动方程两边对时间t求导,得到$v=3-8t+3{t}^{2}(SI)$
则:$v(0)=3m/s$ $v(4)=19m/s$
故:$I=triangle (mv)=mtriangle v=16Ncdot s$
故答案为:$16Ncdot s$
解析
考查要点:本题主要考查动量定理的应用,即通过物体运动学方程求解冲量。关键在于理解冲量等于动量的变化,而动量的变化可通过初、末速度的差计算。
解题核心思路:
- 由运动学方程求速度:对位移关于时间的函数求导得到速度函数。
- 计算初、末速度:代入时间 $t=0$ 和 $t=4$ 秒,得到初速度和末速度。
- 应用动量定理:利用 $\Delta p = m \Delta v$ 直接求冲量,无需直接计算力。
破题关键点:
- 正确求导:确保对位移函数求导得到速度函数无误。
- 明确冲量与动量变化的关系:避免混淆冲量与功或其他物理量。
-
求速度函数
对位移函数 $x(t) = 3t - 4t^2 + t^3$ 求导,得速度函数:
$v(t) = \frac{\mathrm{d}x}{\mathrm{d}t} = 3 - 8t + 3t^2.$ -
计算初、末速度
- 初速度:当 $t=0$ 时,
$v(0) = 3 - 8 \cdot 0 + 3 \cdot 0^2 = 3 \, \text{m/s}.$ - 末速度:当 $t=4$ 秒时,
$v(4) = 3 - 8 \cdot 4 + 3 \cdot 4^2 = 3 - 32 + 48 = 19 \, \text{m/s}.$
- 初速度:当 $t=0$ 时,
-
计算动量变化
质量 $m = 1.0 \, \text{kg}$,动量变化为:
$\Delta p = m \Delta v = 1.0 \cdot (19 - 3) = 16 \, \text{N·s}.$
根据动量定理,冲量 $I = \Delta p = 16 \, \text{N·s}$。