内容正文:
第六章 动量守恒定律
微专题21 动量和能量在力学中的五类模型(2)
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第六章 动量守恒定律
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微点 “子弹打木块”模型和“滑块-滑板”模型
模型
图示
水平地面光滑 水平地面光滑
规律
方法
(1)动量规律:若系统所受外力的矢量和为零,则系统动量守恒
(2)能量规律:系统机械能不守恒,摩擦力与两者相对位移的乘积等于系统减少的机械能,当两者的速度相等时,系统机械能损失最大
(3)相对运动特点:当两者的速度相等时木块(滑板)的速度最大,两者的相对位移也最大
(2021·河南洛阳模拟)如图所示,在光滑水平面上有一块长为L的木板B,其上表面粗糙,在其左端有一个光滑的 eq \f(1,4) 圆弧槽C与长木板接触但不连接,圆弧槽的下端与木板的上表面相平,B、C静止在水平面上,现有很小的滑块A(可视为质点)以初速度v0从右端滑上B,并以 eq \f(v0,2) 的速度滑离B,恰好能到达C的最高点.A、B、C的质量均为m,重力加速度为g求:
(1)滑块A与木板B上表面间的动摩擦因数μ;
(2) eq \f(1,4) 圆弧槽C的半径R;
(3)滑块A滑离圆弧槽C时C的速度.
[审题指导] 巧选系统,快捷解答:
(1)求滑块A与木板B上表面间的动摩擦因数时,选择A、B、C组成的系统,研究A在B上滑动的过程,利用动量守恒定律求速度,利用能量守恒定律求动摩擦因数;
(2)求圆弧槽的半径时,选择A和C组成的系统,仍然利用动量守恒定律求速度,利用能量守恒定律求圆弧槽的半径;
(3)求A滑离C时C的速度,选择A和C组成的系统,从A滑上C开始到A滑离C的过程中,利用动量守恒定律、机械能守恒定律列式求解.
答案:(1)eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) eq \f(5v,16gL)
(2)eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) eq \f(v,64g)
(3) eq \f(v0,2) ,方向水平向左
解析:(1)对A、B、C整体,设A刚离开B时,B和C的共同速度为vB,从A滑上B到A刚离开B的过程中动量守恒,有
mv0=m eq \f(v0,2) +2mvB,
解得vB= eq \f(v0,4) ,
由能量守恒定律有
μmgL= eq \f(1,2) mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) - eq \f(1,2) m eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v0,2))) 2 - eq \f(1,2) ·2mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(B)) ,
解得μ=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) eq \f(5v,16gL)
.
(2)设A到达C的最高点时A和C的共同速度为vC,从A滑上C到A到达C的最高点的过程中,研究A和C组成的系统,在水平方向上由动量守恒定律有
m eq \f(v0,2) +mvB=2mvC,
解得vC= eq \f(3,8) v0,
由于在此过程中A和C组成的系统机械能守恒,有
mgR= eq \f(1,2) m eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v0,2)))
eq \s\up12(2) + eq \f(1,2) mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(B)) - eq \f(1,2) ·2mv eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(C)) ,
解得R=eq \o\al(\s\up1(2),\s\do1(0)) eq \f(v,64g)
.
(3)研究A、C组成的系统,从A滑上C到A滑离C的过程中,系统在水平方向上动量守恒,有
m eq \f(v0,2) +mvB=mvA1+mvC1,
式中vA1和vC1分别为A滑离C时A和C的速度,
此过程中A和C组成的系统机械能守恒,有
eq \f(1,2) m eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v0,2)))
eq \s\up12(2) +