专题3 含弹簧的碰撞模型（课件）【上好课】2024-2025学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第一册）

第一章：专题3 含弹簧的碰撞模型 高中物理选择性必修第一册 主讲老师: 陈庆威 目录 CONTENT 高中物理选择性必修第一册 模型建构 题型突破 模型建构 第一部分 高中物理选择性必修第一册 v1 m1 m2 一、模型建构 一端带有轻弹簧的物块m2静止在光滑水平面上。 模型及特点 01. 二、模型特点 1.系统动量守恒。 2.系统机械能守恒。 ①弹簧处于最长(最短)时两物体速度相等，弹性势能最大，系统动能最小。 ②弹簧恢复原长时，弹性势能为零，系统动能最大。 高中物理选择性必修第一册 关键突破 02. 1.两小球速度相同时(相当于完全非弹性碰撞)，弹簧最短，弹性势能最大 动量守恒：m1v0＝(m1＋m2)v 能量守恒：m1v02＝(m1＋m2)v2＋Epm 2.弹簧恢复原长时(相当于完全弹性碰撞) 动量守恒：m1v0＝m1v1＋m2v2  能量守恒：m1v02＝m1v12＋m2v22 恢复原长时，v1＝v0，v2＝v0； v1 m1 m2 题型突破 第二部分 例题1 【参考答案】D 高中物理选择性必修第一册 如图所示，光滑水平地面上的P、Q两物体质量均为m，P以速度v向右运动，Q静止且左端固定一轻弹簧。当弹簧被压缩至最短时（　　） A．P的动量为0 B．Q的动量达到最大值 C．P、Q系统总动量小于mv D．弹簧储存的弹性势能为 情境1:动碰静（基础） 01. 解析 例题解析 02. 高中物理选择性必修第一册 A．当弹簧被压缩至最短时，两物体速度相同，P、Q系统所受外力为零，因此整个过程中动量守恒所以P的动量为,故A错误；B．弹簧压缩至最短后，Q的速度将继续变大，当弹簧恢复原长时，Q的动量达到最大值，故B错误；C．P、Q系统动量守恒，总动量为,故C错误；D．根据动量守恒和能量守恒，解得,故D正确。故选D。 例题2 【参考答案】BC 高中物理选择性必修第一册 （多选）如图甲所示，一个轻弹簧的两端与质量分别为m1和m2的两物块A、B相连接并静止在光滑的水平地面上，现使A以3m/s的速度向B运动压缩弹簧，速度时间图像如图乙，则有（　　） A．在t1、t3时刻两物块达到共同速度1m/s，且弹簧都处于压缩状态 B．从t3到t4时刻弹簧由伸长状态恢复原长 C．两物块的质量之比为m1:m2=1:2 D．从t3到t4时刻两物块动量变化量相同 情境2:动碰静（图像） 03. 解析 例题解析 04. 高中物理选择性必修第一册 AB．在t1、t3时刻两物块达到共同速度1m/s，在t1时刻弹簧处于压缩状态，在t3时刻弹簧处于拉伸状态，从t3到t4时刻弹簧由伸长状态恢复原长，恢复到初始状态，选项A错误，B正确；C．在t2时刻弹簧处于原长状态，则在0~t2时间内，根据动量守恒和能量守恒关系可知 其中v0=3m/s，v1=-1m/s，v2=2m/s解得两物块的质量之比为m1:m2=1:2，选项C正确；D．从t3到t4时刻A的动量增加2kg∙m/s，B的动量减小2kg∙m/s，则两物块动量变化量不相同，选项D错误。故选BC。 例题3 情境3:不在同一直线上 05. 【参考答案】D 高中物理选择性必修第一册 如图所示，水平光滑轨道宽度和轻弹簧自然长度均为d，两小球质量分别为m1、m2，m1>m2，m2的左边有一固定挡板。由图示位置静止释放m1、m2，当m1与m2相距最近时m1的速度为v1，则在以后的运动过程中（　　） A．m1的最小速度是0 B．m1的最大速度是 C．m2的最小速度是v1 D．m2的最大速度是 解析 例题解析 06. 高中物理选择性必修第一册 由题意结合题图可知，当m1与m2相距最近时，m2的速度为0，此后，m1在前，做减速运动，m2在后，做加速运动，当再次相距最近时，m1减速结束，m2加速结束，因此此时m1速度最小，m2速度最大，在此过程中系统动量和机械能均守恒m1v1=m1v1′＋m2v2m1v12=m1v1′2＋m2v22，解得v1′=v1，v2=v1 则m1的最小速度是，m2的最大速度是，选项D正确，ABC错误。故选D。 例题4 情境4:竖直方向碰撞 07. 【参考答案】C 高中物理选择性必修第一册 质量为的钢板与直立轻弹簧的上端连接，弹簧下端固定在地上，钢板处于 平衡状态。一质量也为的物块从钢板正上方高为的处自由落下，打在 钢板上并与钢板一起向下运动后到达最低点，已知重力加速度为，空 气阻力不计。下列说法正确的是（    ） A．物块和钢板一起运动到最低点过程物块的机械能守恒 B．从物块下落到一起运动到最低点的过程物块、钢板和弹簧组成的系统机械能守恒 C．物块和钢板一起运动到最低点过程中弹簧弹性势能的增加量为 D．物块和钢板一起运动到最低点过程中弹簧弹性势能的增加量为 解析 例题解析 08. 高中物理选择性必修第一册 A．物块和钢板一起运动到最低点过程，钢板对物块的弹力做负功，则物块的机械能减少，故A错误； B．由于物块与钢板碰撞过程存在机械能损失，则从物块下落到一起运动到最低点的过程物块、钢板和弹簧组成的系统机械能不守恒，故B错误； CD．物块下落过程，做自由落体运动，则有物块与钢板碰撞过程，根据动量守恒可得解得物块和钢板一起运动到最低点过程中，根据能量守恒可得 可得弹簧弹性势能的增加量为故C正确，D错误。故选C。 例题5 情境5:三物块碰撞 09. 【参考答案】BD 高中物理选择性必修第一册 （多选）如图甲所示，质量分别为，的滑块A、B放在光滑的水平面上，之间用一质量可忽略不计的弹簧连接，滑块B紧靠在竖直的墙壁上．现有一质量为的滑块C以的速度沿水平面向右运动，从0时刻开始计时，2s末与滑块A碰撞且粘在一起，0~6s内，滑块C的速度—时间图像如图乙所示，则下列说法正确的是（    ） A．滑块C的质量 B．全过程整个系统损失的机械能为9J C．2~6s内，墙壁对滑块B的冲量大小为6N·s D．整个过程中滑块B的最大动能为9J 解析 例题解析 10. 高中物理选择性必修第一册 A．由题图乙知，滑块C与滑块A碰前瞬间速度为，碰后瞬间整体速度为，滑块C与滑块A碰撞过程动量守恒，以滑块C的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得解得故A错误； B．全过程系统中只有C与A碰撞时有机械能损失，则有故B正确；C．2s时A和C的速度大小为，6s时A和C的速度大小为，2~6s内墙给B的冲量等于AC的动量变化量，故有 故C错误； 解析 例题解析 11. 高中物理选择性必修第一册 D．当AC和B向左运动且弹簧再次恢复原长时滑块B的速度最大，根据系统动量守恒和机械能守恒可得 解得 故滑块B的最大动能为故D正确。故选BD。 例题6 情境6:图像 12. 【参考答案】ABD 高中物理选择性必修第一册 【2021湖南卷T8】如图（a），质量分别为mA、mB的A、B两物体用轻弹簧连接构成一个系统，外力作用在A上，系统静止在光滑水平面上（B靠墙面），此时弹簧形变量为。撤去外力并开始计时，A、B两物体运动的图像如图（b）所示，表示0到时间内的图线与坐标轴所围面积大小，、分别表示到时间内A、B的图线与坐标轴所围面积大小。A在时刻的速度为。下列说法正确的是（　　） A．0到时间内，墙对B的冲量等于mAv0 B． mA > mB C．B运动后，弹簧的最大形变量等于 D． 解析 例题解析 13. 高中物理选择性必修第一册 A．由于在0 ~ t1时间内，物体B静止，则对B受力分析有F墙 = F弹 则墙对B的冲量大小等于弹簧对B的冲量大小，而弹簧既作用于B也作用于A，则可将研究对象转为A，撤去F后A只受弹力作用，则根据动量定理有I = mAv0（方向向右），则墙对B的冲量与弹簧对A的冲量大小相等、方向相同，A正确； B．由a—t图可知t1后弹簧被拉伸，在t2时刻弹簧的拉伸量达到最大，根据牛顿第二定律有F弹 = mAaA= mBaB，由图可知aB > aA，则mB < mA，B正确； 解析 例题解析 14. 高中物理选择性必修第一册 C．由图可得，t1时刻B开始运动，此时A速度为v0，之后AB动量守恒，AB和弹簧整个系统能量守恒，则可得AB整体的动能不等于0，即弹簧的弹性势能会转化为AB系统的动能，弹簧的形变量小于x，C错误； D．由a—t图可知t1后B脱离墙壁，且弹簧被拉伸，在t1~t2时间内AB组成的系统动量守恒，且在t2时刻弹簧的拉伸量达到最大，A、B共速，由a—t图像的面积为，在t2时刻AB的速度分别为，A、B共速，则D正确。故选ABD。 THANKS cqw (c) - $$