内容正文:
5.解析:人推球过程动量守恒,即0=m2v0-m1v1
对于小球和曲面,根据动量守恒定律和机械能守恒定律,有
m2v0=-m2v2+m3v3
1
2m2v
2
0=
1
2m2v
2
2+
1
2m3v
2
3
解得v2=
m3-m2
m3+m2
v0
若小孩将小球推出后还能再接到小球,则有v2>v1
解得m3>
42
19kg.
答案:见解析
章末归纳提升
能力强化
[例1] D [A.因安全气囊充气后,受力面积增大,故减小了
司机单位面积的受力大小,故 A错误;B.有无安全气囊司机
初动量和末动量均相同,所以动量的改变量也相同,故 B错
误;C.因有安全气囊的存在,司机和安全气囊接触后会有一
部分动能转化为气体的内能,不能全部转化成汽车的动能,
故 C错误;D.因为安全气囊充气后面积增大,司机的受力面
积也增大,在司机挤压气囊作用过程中由于气囊的缓冲,故
增加了作用时间,故 D正确.故选 D.]
强化训练
1.B [以飞船为参照物,选择和飞船横截面积相等的圆柱内
的尘埃进行研究.则该圆柱内的尘埃相对于飞船以速度v做
匀速直线运动,在t时间内,长度为x=vt,横截面积为S、体
积为V=vtS的尘埃柱碰到飞船上,尘埃柱内尘埃颗粒数目
为 N=nvtS,尘埃总质量为 M=Nm=mnvtS,根据动量定
理,Ft=Mv,联立解得F=nmv2S,选项B正确.]
[例2] BC [设运动员和物块的质量分别为m、m0,规定运动员
运动的方向为正方向,运动员开始时静止,第1次将物块推出
后,运动员和物块的速度大小分别为v1、v0,则根据动量守
恒定律0=mv1-m0v0,解得v1=
m0
mv0
,物块与弹性挡板撞
击后,运动方向与运动员同向,当运动员再次推出物块 mv1
+m0v0=mv2-m0v0,解得v2=
3m0
mv0
,第3次推出后mv2+
m0v0=mv3-m0v0,解得v3=
5m0
mv0
,依次类推,第8次推出
后,运动员的速度大小为v8=
15m0
m v0
,根据题意可知v8=
15m0
m
v0>5m/s,解得 m<60kg,第7次运动员的速度一定小于
5m/s,则v7=
13m0
m v0<5m
/s,解得m>52kg.综上所述,运动
员的质量满足52kg<m<60kg,A、D错误,B、C正确.故选
B、C.]
强化训练
2.解析:设乙船上的人抛出货物的最小速度大小为vmin,抛出
货物后乙船的速度为v1,甲船上的人接到货物后甲船的速
度为v2,由动量守恒定律得
12mv0=11mv1-mvmin, ①
10m×2v0-mvmin=11mv2, ②
为避免两船相撞应满足v1=v2, ③
联立①②③式得vmin=4v0.
答案:4v0
[例3] A [由vGt图像可知,碰前甲、乙的速度分别为v甲 =
5m/s,v乙 =1m/s;碰后甲、乙的速度分别为v′甲 =-1m/s,
v′乙 =2m/s,甲、乙两物块碰撞过程中,由动量守恒得m甲v甲
+m乙v乙 =m甲 v′甲 +m乙v′乙
解得m乙 =6kg,
则损失的机械能为 ΔE= 12m甲v
2
甲 + 12m乙v
2
乙 - 12m甲v
′2
甲 -
1
2m乙v
′2
乙 =3J,故选 A.]
强化训练
3.解析:(1)第1颗子弹射入木块的过程,系统动量守恒,以子
弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得:mv0=(m+
M)v1
系统由O 到C 的运动过程中机械能守恒,由机械能守恒定
律得:
1
2
(m+M)v21=(m+M)gR
由以上两式解得:v0=
m+M
m 2gR.
(2)由动量守恒定律可知,第2、4、6颗子弹射入木块后,木
块的速度为0,第1、3、5颗子弹射入后,木块运动.当第9
颗子弹射入木块时,以子弹初速度方向为正方向,由动量守
恒定律得:mv0=(9m+M)v9
设此后木块沿圆弧上升的最大高度为 H,由机械能守恒得:
1
2
(9m+M)v29=(9m+M)gH
由以上各式可得:H= M+mM+9m( )
2
R.
答案:(1)m+Mm 2gR
(2) M+mM+9m( )
2
R
课堂自测
1.D [物体在水平拉力作用下由静止开始运动到最终静止的
全程,只有拉力F 和摩擦阻力f 做功,故由动能定理有 W1
-W2=0,得W1=W2;由动量定理有I1-I2=0,得I1=I2.
故 D正确,A、B、C错误.]
2.D [A、B两球在水平方向上所受合外力为零,A 球和 B球
碰撞的过程中动量守恒,碰撞后 A球反弹,设 A、B两球碰撞
后的速度大小分别为v1、v2,
选 A原来的运动方向为正方向,由动量守恒定律有
mv=-mv1+2mv2 ①
分析①式可知v2>
v
2 ②
A、B两球碰撞过程能量可能有损失,由能量关系有
1
2mv
2≥12mv
2
1+
1
2×2mv
2
2 ③
①③两式联立得v2≤
2
3v ④
由②④两式可得v2<v2≤
2
3v
符合条件的只有06v,所以选项 D正确,A、B、C错误.]
3.解析:(1)铁 球 自 由 下 落 10m 所 用 的 时 间 是t1=
2h
g =
2×10
10 s= 2s
,重 力 的 冲 量IG =mgt1 =0336×10×
2Ns≈475Ns,方向竖直向下.
151
参考答案
(2)设向下为正方向,对铁 球 从 静 止 开 始
运动至停在泥潭中 的 全 过 程 运 用 动 量 定
理得
mg(t1+t2)-Ft2=0
泥潭的阻力F 对铁球的冲量
Ft2=mg(t1+t2)=0336×10×(2+04)Ns≈610Ns,方
向竖直向上.
(3)由Ft2=610Ns得F=1525N.
答案:(1)4.75Ns (2)6.10Ns (3)1525N
4.解析:(1)设滑离时金属小球和滑块的速度分别为v1 和v2,
以水平向右为正方向,
由动量守恒有mv0=mv1+3mv2,
又由于整个运动过程中无机械能损失,有
1
2mv
2
0=
1
2mv
2
1+
1
2×3mv
2
2,解得v1=-
v0
2
,v2=
v0
2.
金属小球的速度是
v0
2
,方向水平向左;滑块的速度是v0
2
,方
向水平向右.
(2)金属小球过A 点时沿轨道方向两者有共同速度v,设金
属小球相对于地面的速度为v′,则由轨道方向动量守恒得
mv0=(m+3m)v,
由机械能守恒定律得1
2mv
2
0=
1
2×3mv
2+12mv′
2,
解得v=v04
,v′= 134 v0.
答案:(1)
v0
2
水平向左
v0
2
水平向右 (2) 134 v0
第二章 第1节
自主预习探新知
基础梳理
知识点一
1.往复运动 2.忽略 忽略 弹簧振子 3.合力为0
知识点二
1.平衡位置 它的振动 右边 左边 2.时间t 平衡位置
知识点三
1.正弦 正弦 2.振动 平衡位置 往复 简谐运动
3.(1)位移随时间 (2)正弦(或余弦)
自我检测
1.(1)× (2)√ (3)√ (4)× (5)√
2.(1)AB [物体在平衡位置附近所做的往复运动是机械振
动,A、B正确.圆周运动和竖直上抛运动不是振动.]
(2)AB [振子离开平衡位置,以O 点为起点,C 点为终点,
位移大小为OC,方向向右,从A 到O 是加速运动.选项 A、B
正确.]
合作探究攻重难
探究1
探究导引
提示:竖直方向和水平方向上的弹簧振子都总是在某一位
置附近做往复性的运动.
[例1] CD [平衡位置是振动系统不振动时,小球(振子)处
于平衡状态时所处的位置,可知此时小球所受的重力大小
与弹簧的弹力大小相等,即 mg=kx,也即小球原来静止的
位置,故选项 D正确,A、B错误;当小球处于平衡位置时,其
加速度为零,速度最大,选项 C正确.]
跟进训练
1.C [位移方向是从平衡位置指向振子所在位置的有 向 线
段,加速度方向总是指向平衡位置,而速度方向要具体看弹
簧振子的运动情况以及正方向的规定,规定向右为正方向,
A→O 或O→B 速度为负,O→A 和B→O 速度为正,所以本
题正确选项为 C.]
探究2
探究导引
提示:(1)木板不动时,记录振子运动的轨迹是一条直线.
(2)匀速拉动木板时,振子的空间位移就能均匀地反映在木
板上,从而得到振子的位移—时间图像,其形状是正弦(或余
弦)曲线.
[例2] A
选项 分析 判断
A
结合甲、乙两图可以知道T
4
时刻振
子的位移为正值且最大,振子位于
N 点,x0 的大小等于L
√
B
0~T4
时间内位移为正值,且逐渐
增大,振子由O 向N 运动
×
C
T
4~
T
2
时间内位移为正值,且逐渐
减小,振子由 N 向O 运动
×
D
0~T2
时间内振子先沿正方向运动
到正的最大位移处,再沿负方向运
动到位移为零处,T
2~T
时间内振
子先沿负方向运动到负的最大位
移处,再 沿 正 方 向 运 动 到 位 移 为
零处
×
跟进训练
2.ACD [从图像中能看出坐标原点在平衡位置,选项 A 正
确;横轴虽然是由底片匀速运动得到的位移,但已经转化为
时间轴,小球只在x轴上振动,选项B错误,选项 C正确;因
图像中相邻小球之间时间相同,密处说明位置变化慢,选项
D正确.]
探究3
探究导引
提示:能.图像的形状像正弦(或余弦)函数的图像.
[例3] ACD [从图像可以看出,t=0时刻,振子在正的最大
位移处,因此是从正的最大位移处开始计时画出的图像,A
项正确;t1 时刻以后振子的位移为负,因此该时刻振子正通
过平衡位置向负方向运动,B项错误;t2 时刻振子在负的最
大位移处,因此可以说是在最大位移处,C项正确;t3 时刻以
后振子的位移为正,所以该时刻振子正通过平衡位置向正
方向运动,D项正确.]
251
物理选择性必修第一册
4.(多选)质量为m 的人在质量为M 的小车上
从左端走到右端,如图所示,当车与地面摩
擦不计时,那么 ( )
A.人在车上行走,若人相对车突然停止,则
车也突然停止
B.人在车上行走的平均速度越大,则车在
地面上移动的距离也越大
C.人在车上行走的平均速度越小,则车在
地面上移动的距离就越大
D.不管人以什么样的平均速度行走,车在
地面上移动的距离相同
5.在光滑的冰面上,放
置一个截面为四分
之一圆的半径足够大的光滑自由曲面,一个
坐在冰车上的小孩手扶一小球静止在冰面
上.某时刻小孩将小球以v0 的速度向曲面
推出,如图所示.已知小孩和冰车的总质量
为m1=40kg,小球质量为m2=2kg,若小
孩将球推出后还能再接到小球,求曲面质量
m3 应满足的条件.
学习至此,请完成第一章第6节
[知识整合] ]
93
第一章 动量守恒定律
[能力强化]
[强化点1] 动量定理及其应用
1.冲量的计算
(1)恒力的冲量:公式I=Ft适用于计算恒力
的冲量.
(2)变力的冲量:
①通常利用动量定理I=Δp求解.
②可用图像法计算.在FGt图像中阴影部
分(如图)的面积就表示力在时间 Δt=t2-
t1 内的冲量.
2.动量定理Ft=mv2-mv1 的应用
(1)它说明的是力对时间的累积效应.应用动
量定理解题时,只考虑物体的初、末状态的
动量,而不必考虑中间的运动过程.
(2)应用动量定理求解的问题
①求解曲线运动的动量变化量.
②求变力的冲量问题及平均力问题.
③求相互作用时间.
④利用动量定理定性分析现象.
[例1] (2020全国卷Ⅰ,14)行驶中的汽车
如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹
出并瞬间充满气体.若碰撞后汽车的速度在
很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过
程中的作用,下列说法正确的是 ( )
A.增加了司机单位面积的受力大小
B.减少了碰撞前后司机动量的变化量
C.将司机的动能全部转换成汽车的动能
D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受
力面积
[尝试解答]
●[强化训练]
1.太空飞船在宇宙空间中飞行时,会遇到太空
尘埃的碰撞而受到阻碍作用.设单位体积的
太空均匀分布着尘埃n颗,每颗尘埃平均质
量为m,尘埃速度可忽略、飞船的横截面积
为S,与尘埃碰撞后将尘埃完全黏附住.当
飞船维持恒定的速率v飞行时,飞船引擎需
要提供的平均推力为 ( )
A.12nmv
2S B.nmv2S
C.32nmv
2S D.13nmv
2S
[强化点2] 动量守恒定律应用中的临界问题
解决相互作用物体系统的临界问题时,应处理
好下面两个方面的问题:
1.寻找临界状态
题设情景中看是否有相互作用的两物体相
距最近、恰好滑离、避免相碰和物体开始反
向运动等临界状态.
2.挖掘临界条件
在与动量相关的临界问题中,临界条件常常
表现为两物体的相对速度关系与相对位移
关系.
3.常见类型
(1)涉及弹簧类的临界问题
对于由弹簧组成的系统,在物体间发生相
互作用的过程中,当弹簧被压缩到最短或
拉伸到最长时,弹簧两端的两个物体的速
度必然相等.
(2)涉及相互作用边界的临界问题
在物体滑上斜面(斜面放在光滑水平面上)
的过程中,由于物体间弹力的作用,斜面在
水平方向上将做加速运动,物体滑到斜面
上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平
方向具有共同的速度,物体到达斜面上最
高点时,在竖直方向上的分速度等于零.
(3)子弹打木块类的临界问题:子弹刚好击穿
木块的临界条件为子弹穿出时的速度与木
块的速度相同,子弹位移为木块位移与木
块厚度之和.
04
物理选择性必修第一册
[例2] (2020全国卷Ⅱ,21)(多选)水平冰
面上有一固定的竖直挡板.一滑冰运动员面
对挡板静止在冰面上,他把一质量为4.0kg
的静止物块以大小为5.0m/s的速度沿与
挡板垂直的方向推向挡板,运动员获得退行
速度;物块与挡板弹性碰撞,速度反向,追上
运动员时,运动员又把物块推向挡板,使其
再一次以大小为5.0m/s的速度与挡板弹
性碰撞.总共经过8次这样推物块后,运动
员退行速度的大小大于5.0m/s,反弹的物
块不能再追上运动员.不计冰面的摩擦力,
该运动员的质量可能为 ( )
A.48kg B.53kg
C.58kg D.63kg
[尝试解答]
●[强化训练]
2.如图所示,甲、乙两
船的总质量(包括
船、人和货物)分别
为10m、12m,两船沿同一直线同一方向运
动,速度分别为2v0、v0.为避免两船相撞,乙
船上的人将一质量为m 的货物沿水平方向
抛向甲船,甲船上的人将货物接住,求抛出
货物的最小速度.(不计水的阻力)
[强化点3] 动量守恒和能量守恒的综合应用
1.解决该类问题用到的规律
动量守恒定律,机械能守恒定律,能量守恒
定律,功能关系等.
2.解决该类问题的基本思路
(1)认真审题,明确题目所述的物理情景,确定
研究对象.
(2)如果物体间涉及多过程,要把整个过程分
解为几个小的过程.
(3)对所选取的对象进行受力分析,判定系统
是否符合动量守恒的条件.
(4)对所选系统进行能量转化的分析,比如:系
统是否满足机械能守恒,如果系统内有摩
擦则机械能不守恒,有机械能转化为内能.
(5)选取所需要的方程列式并求解.
[例3] (2020全国
卷Ⅲ,15)甲、乙两个
物块在光滑水平桌
面上沿同一直线运
动,甲追上乙,并与
乙发生碰撞,碰撞前后甲、乙的速度随时间
的变化如图中实线所示.已知甲的质量为
1kg,则碰撞过程两物块损失的机械能为
( )
A.3J B.4J
C.5J D.6J
[尝试解答]
●[强化训练]
3.如图所示,AOB 是光滑水平轨道,BC 是半
径为R 的光滑的14
固定圆弧轨道,两轨道恰
好相切于B 点.质量为 M 的小木块静止在
O 点,一颗质量为 m 的子弹以某一初速度
水平向右射入小木块内,并留在其中和小木
块一起运动,且恰能到达圆弧轨道的最高点
C(木块和子弹均看成质点).
14
第一章 动量守恒定律
(1)求子弹射入木块前的速度;
(2)若每当小木块返回到O 点或停止在O
点时,立即有一颗相同的子弹射入小木块,
并留在其中,则当第9颗子弹射入小木块
后,小木块沿圆弧轨道能上升的最大高度为
多少?
[课堂自测]
1.用水平拉力F 拉一物体,
使物体在水平地面上由
静止开始做匀加速直线
运动,t1 时刻撤去拉力,
物体做匀减速直线运动直到t2 时刻停止.
其速度G时间图像如图所示,α>β.若拉力F
做的功为W1,冲量大小为I1;物体克服摩擦
阻力f做的功为W2,f的冲量大小为I2.则
下列正确的是 ( )
A.W1>W2;I1>I2
B.W1<W2;I1>I2
C.W1<W2;I1<I2
D.W1=W2;I1=I2
2.在光滑水平面上,一质量为m、速度大小为
v的 A球与质量为2m 静止的B球碰撞后,
A球的速度方向与碰撞前相反,则碰撞后B
球的速度大小可能是 ( )
A.02v B.03v
C.04v D.06v
3.一个铁球,从静止状态由10m 高处自由下
落,然后陷入泥潭中,从进入泥潭到静止用
时04s,该铁球的质量为336g,求:
(1)从开始下落到进入泥潭前,重力对小球
的冲量为多少?
24
物理选择性必修第一册
(2)从进入泥潭到静止,泥潭对小球的冲量
为多少?
(3)泥潭对小球的平均作用力为多少? (保
留两位小数,g取10m/s2)
4.如图所示固定在水平地面上的横截面为
“ ”形的光滑长直导轨槽,槽口向上(图为
俯视图,图中两组平行双直线表示“ ”形槽
的两侧壁).槽内放置一个滑块,滑块的左半
部是半径为R 的半圆柱形光滑凹槽,滑块
的宽度为2R,恰与“ ”形槽的两内侧壁的
间距相等,滑块可在槽内沿槽壁自由滑动.
现有一金属小球(可视为质点)以水平初速
度v0 沿槽的一侧壁冲向滑块,从滑块的半
圆形槽口边缘进入滑块凹槽.已知金属小球
的质量为m,滑块的质量为3m,整个运动过
程中无机械能损失.求:
(1)当金属小球滑离滑块时,金属小球和滑
块的速度各是多少?
(2)当金属小球经过滑块上的半圆柱形槽的
最右端 A 点时,金属小球相对于地面的
速率.
34
第一章 动量守恒定律