内容正文:
第六章:动量与动量守恒定律
第2讲 动量守恒定律及其应用
1.内容:如果一个系统不受______,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变。
基础点 动量守恒定律的理解和应用
2.表达式
对两个物体组成的系统,常写成:____ _____
或: ______________。
3.动量守恒的判断
(1)外力的合力为0
(2)内力远大于外力
(3)某个方向外力的合力为0
(1)外力的合力为0
守恒
守恒
(2)内力远大于外力
碰撞
反冲
人船模型
(3)某个方向外力的合力为0
例1 (鲁教版选择性必修第一册P16T2)(多选)如图所示,光滑水平面上的两玩具小车中间连接一被压缩的轻弹簧,两手分别按住两小车,使它们静止。对于两车及弹簧组成的系统,下列说法正确的是( )。
A.两手同时放开后,系统总动量始终为0
B.两手先后放开后,系统总动量始终为0
C.先放开左手紧接着放开右手后,系统总动量向右
D.先放开左手紧接着放开右手后,系统总动量向左
AD
例2 (2024·江苏卷)在水平面上有一个形滑板, 的上表面有一个静止的物体,左侧用轻弹簧连接在物体 的左侧,右侧用一根细绳连接在物体 的右侧,开始时弹簧处于拉伸状态,各表面均光滑,剪断细绳后,则( )。
A.弹簧恢复原长时 动量最大
B.弹簧压缩最短时 动量最大
C.整个系统动量变大
D.整个系统机械能变大
A
重难点1 碰撞问题
1.弹性碰撞
动碰静
;
动碰动
m1=m2时,速度交换
缓冲训练1:在光滑的水平面上,质量 为m1的小球 A以速率v0 向右运动,在小球A的前方O 点 有一质量为m2 的小球B处于静止状态,如图所示,A追上B发生弹性正碰,求:
(1)若m1=3kg、m2=2kg 、v0=5m/s,求碰后A、B的速度;
(2)若m1=2kg、m2=4kg 、v0=4m/s,求碰后A、B的速度;
(3)若m1=3kg、m2=3kg 、v0=3m/s,求碰后A、B的速度;
解:(1)由题意,A、B弹性碰撞,有
解得: ;
缓冲训练1:在光滑的水平面上,质量 为m1的小球 A以速率v0 向右运动,在小球A的前方O 点 有一质量为m2 的小球B处于静止状态,如图所示,A追上B发生弹性正碰,求:
(1)若m1=3kg、m2=2kg 、v0=5m/s,求碰后A、B的速度;
(2)若m1=2kg、m2=4kg 、v0=4m/s,求碰后A、B的速度;
(3)若m1=3kg、m2=3kg 、v0=3m/s,求碰后A、B的速度;
解:(2)同第(1)一样的道理得
解得: ;
(3)同第(1)一样的道理得
解得: ;
碰后速度规律总结:
大碰小、一起跑。
小碰大、要反弹。
一样大、速交换。
1.如图所示,6个小球并排放置在光滑的水平面上,其中、、 、个小球质量相等均为,另外两个小球、质量相等均为 ,已知,球以速度向 球运动,之后各小球所发生的碰撞均为弹性碰撞,则碰撞之后( )。
A.5个小球静止,1个小球运动
B.4个小球静止,2个小球运动
C.3个小球静止,3个小球运动
D.6个小球都运动
C
缓冲训练2:在光滑的水平面上,质量 为m1=3kg的小球 A以速率v1=5m/s 向右运动,在小球A的前方O 点 有一质量为m2=2kg 的小球B处以v2=2m/s的速度向右运动,如图所示,A追上B发生弹性正碰,求:
(1)碰后A、B的速度大小。
解:(1)由题意,A、B弹性碰撞,有
解得: ;
缓冲训练3:在粗糙的水平面上,质量 为m1的小球 A以速率v1向右运动,在小球A的前方O 点 有一质量为m2 的小球B处静止,如图所示,A追上B发生弹性正碰,若碰后小球A与小球B的速度之比为1:4,求:小球A与小球B的质量之比。
解:(1)由题意,A、B弹性碰撞,有
解得: ;
由题意:
解得:
例3 (多选)如图所示,竖直放置的半径为 的半圆形轨道与水平轨道平滑连接,不计一切摩擦。圆心 点正下方放置质量为的小球,质量为的小球 以初速度向左运动,与小球发生弹性碰撞。碰后小球 在半圆形轨道运动时不脱离轨道,则小球的初速度大小 可能为(重力加速度大小为 )( )。
A. B. C. D.
BC
重难点1 碰撞问题
2.非弹性碰撞
动碰动
3.完全非弹性碰撞
碰后共速
缓冲训练4:在游乐场,两名同学各驾着一辆碰碰车迎面相撞,此后,两车以共同的速度运动。设甲同学和车的总质量为m,碰 撞前向右运动,速度大小为v1;乙同学和车的总质量为 1.5m,碰撞前向左运动,速度大小为0.5v1。求碰撞后两车共同的运动速度。
解:由题意,两同学和车碰后共速:
解得:
例4 (人教版选择性必修第一册P15T3改编)质量为 的子弹以的水平速度击中质量为 、静止在光滑水平桌面上的木块。
(1)若子弹留在木块中,则木块运动的速度是多大?
(2)若子弹把木块打穿,子弹穿过后的速度为 ,这时木块的速度又是多大?
解:(1)由动量守恒定律得
(2)子弹打穿木块,相当于普通的非弹性碰撞,
动量守恒定律得
解得 。
例5 光滑水平轨道上有三个木块、、,质量分别为 、,开始时、均静止,以初速度向右运动, 与相撞后分开,又与发生碰撞并粘在一起,此后与 间的距离保持不变。求与碰撞前 的速度大小。
解: 对、木块有:
对、木块有:
由与间的距离保持不变可知
联立代入数据得 。
例6 质量相等的5个物块在光滑水平面上间隔一定距离排成一直线。如图所示,具有初动能 的物块1向其他4个静止的物块运动,依次发生碰撞,每次碰撞后物块不再分开,最后,5个物块粘成一个整体,这个整体的动能等于( )。
A.
B.
C.
D.
C
例7 (2024·湖北卷节选)如图所示,水平传送带以 的速度顺时针匀速转动,传送带左右两端的距离为 。传送带右端的正上方有一悬点,用长为 、不可伸长的轻绳悬挂一质量为 的小球,小球与传送带上表面平齐但不接触。将质量为 的小物块无初速度轻放在传送带左端,小物块运动到右端与小球正碰,碰撞时间极短,碰后瞬间小物块的速度大小为 、方向水平向左。已知小物块与传送带间的动摩擦因数为,重力加速度大小 。
(1)求小物块与小球碰撞前瞬间,小物块的速度大小。
(2)求小物块与小球碰撞过程中,两者构成的系统损失的总动能。
解(1) 根据题意,小物块刚放上传送带时,由牛顿第二定律有
由运动学公式可得,小物块与传送带共速时运动的距离
故小物块的速度大小等于传送带的速度大小 。
解得
(2)由动量守恒定律有
其中,,解得
小物块与小球碰撞过程中,两者构成的系统损失的总动能
解得 。
例8 如图所示,长为、质量为 的木块静置于光滑的水平面上,一质量为、速度为的子弹水平射入木块,木块对子弹的平均阻力为 ,子弹未射出木块,求:
(1)木块的最终速度大小。
(2)系统产生的摩擦热。
(3)子弹射入木块的深度 。
(4)子弹与木块相对运动的时间。
(5)子弹与木块相互作用时,木块移动的距离。
解(1)由
解得 。
解(2)由
解得 。
例8 如图所示,长为、质量为 的木块静置于光滑的水平面上,一质量为、速度为的子弹水平射入木块,木块对子弹的平均阻力为 ,子弹未射出木块,求:
(1)木块的最终速度大小。
(2)系统产生的摩擦热。
(3)子弹射入木块的深度 。
(4)子弹与木块相对运动的时间。
(5)子弹与木块相互作用时,木块移动的距离。
解(3) 设子弹射入木块的深度为
有
解得 。
解(4)对子弹由动量定理得
解得 。
例8 如图所示,长为、质量为 的木块静置于光滑的水平面上,一质量为、速度为的子弹水平射入木块,木块对子弹的平均阻力为 ,子弹未射出木块,求:
(1)木块的最终速度大小。
(2)系统产生的摩擦热。
(3)子弹射入木块的深度 。
(4)子弹与木块相对运动的时间。
(5)子弹与木块相互作用时,木块移动的距离。
解(5)以木块为研究对象,由动能定理得
解得 。
2.(2024·广东肇庆期末)(多选)如图所示,木块置于光滑的水平面上,质量为的子弹以初速度 水平向右射向木块,穿出木块时子弹的速度为,木块的速度为 。设子弹穿过木块的过程中木块对子弹的阻力始终保持不变,下列说法正确的是( )。
A.木块的质量为
B.子弹穿过木块的过程中,系统损失的动能为
C.若将木块固定,子弹仍以相同速度水平射向木块,子弹穿出时速度小于
D.若将木块固定,子弹仍以相同速度水平射向木块,系统产生的内能小于
AB
重难点2 静止反冲
例9 发射导弹过程可以简化为:将静止的质量为 (含燃料)的导弹点火升空,在极短时间内以相对地面的速度 竖直向下喷出质量为 的炽热气体。忽略喷气过程中重力和空气阻力的影响,则喷气结束时导弹获得的速度大小是( )。
A.
B.
C.
D.
D
$