高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 习题课 动量守恒定律的应用同步备课课件 粤教版选修

第一章 习题课动量守恒定律的应用 学习目标1 进一步理解动量守恒定律的含义及守恒条件 2 进一步熟练掌握应用动量守恒定律解决问题的方法和步骤 内容索引 题型探究 达标检测 题型探究 一 动量守恒条件的扩展应用 1 动量守恒定律成立的条件 1 系统不受外力或所受外力的合力为零 2 系统的内力远大于外力 3 系统在某一方向上不受外力或所受外力的合力为0 2 动量守恒定律的研究对象是系统 研究多个物体组成的系统时 必须合理选择系统 再对系统进行受力分析 分清系统的内力与外力 然后判断所选系统是否符合动量守恒的条件 例1 多选 质量为M和m0的滑块用轻弹簧连接 以恒定速度v沿光滑水平面运动 与位于正对面的质量为m的静止滑块发生碰撞 如图1所示 碰撞时间极短 在此过程中 下列情况可能发生的是A M m0 m速度均发生变化 碰后分别为v1 v2 v3 且满足 M m0 v Mv1 m0v2 mv3B m0的速度不变 M和m的速度变为v1和v2 且满足Mv Mv1 mv2C m0的速度不变 M和m的速度都变为v 且满足Mv M m v D M m0 m速度均发生变化 M和m0的速度都变为v1 m的速度变为v2 且满足 M m0 v M m0 v1 mv2 解析 答案 图1 解析M和m碰撞时间极短 在极短的时间内弹簧形变极小 可忽略不计 因而m0在水平方向上没有受到外力作用 动量不变 速度不变 可以认为碰撞过程中m0没有参与 只涉及M和m 由于水平面光滑 弹簧形变极小 所以M和m组成的系统水平方向动量守恒 两者碰撞后可能具有共同速度 也可能分开 所以只有B C正确 例2如图2所示 质量分布均匀 形状对称的金属块内有一个半径为R的圆形槽 金属块放在光滑的水平面上且左边挨着竖直墙壁 一质量为m的小球从金属块左上端R处静止下落 小球到达最低点后从金属块的右端冲出 到达最高点时离圆形槽最低点的高度为R 重力加速度为g 不计空气阻力 求 1 小球第一次到达最低点时 小球对金属块的压力为多大 解析 答案 图2 答案5mg 解析小球从静止到第一次到达最低点的过程 根据动能定理有mg 2R mv02 小球刚到最低点时 根据圆周运动和牛顿第二定律有 根据牛顿第三定律可知小球对金属块的压力为FN FN联立解得FN 5mg 2 金属块的质量为多少 解析 答案 答案7m 解析设金属块的质量为M 小球第一次到达最低点至小球到达最高点过程 小球和金属块水平方向动量守恒 则mv0 m M v 根据能量守恒定律有 联立解得M 7m 虽然系统整体上不满足动量守恒的条件 但在某一特定方向上 系统不受外力或所受外力远小于内力 则系统沿这一个方向的分动量守恒 可沿这一方向由动量守恒定律列方程解答 二 动量守恒定律在多物体 多过程中的应用 求解这类问题时应注意 1 正确分析作用过程中各物体状态的变化情况 2 分清作用过程中的不同阶段 并按作用关系将系统内的物体分成几个小系统 既要符合守恒条件 又方便解题 3 对不同阶段 不同的小系统准确选取初 末状态 分别列动量守恒方程 例3如图3所示 A B两个木块质量分别为2kg与0 9kg A B上表面粗糙 与水平地面间接触光滑 质量为0 1kg的铁块以10m s的速度从A的左端向右滑动 最后铁块与B的共同速度大小为0 5m s 求 1 A的最终速度大小 图3 解析 答案 答案0 25m s 解析选铁块和木块A B为一系统 取水平向右为正方向 由系统总动量守恒得 mv MB m vB MAvA得 vA 0 25m s 2 铁块刚滑上B时的速度大小 解析 答案 答案2 75m s 解析设铁块刚滑上B时的速度为v 此时A B的速度均为vA 0 25m s 由系统动量守恒得 mv mv MA MB vA得v 2 75m s 故铁块刚滑上B时的速度大小为2 75m s 三 动量守恒定律应用中的临界问题分析 分析临界问题的关键是寻找临界状态 在动量守恒定律的应用中 常常出现相互作用的两物体相距最近 避免相碰和物体开始反向等临界状态 其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 这些特定关系的判断是求解这类问题的关键 例4光滑水平面上放着一质量为M的槽 槽与水平面相切且光滑 如图4所示 一质量为m的小球以速度v0向槽运动 若开始时槽固定不动 求小球上升的高度 槽足够高 若槽不固定 则小球上升的高度 图4 解析 答案 解析槽固定时 设球上升的高度为h1 由机械能守恒得mgh1 mv02 槽不固定时 设球上升的最大高度为h2 此时两者速度为v 由动量守恒定律得 mv0 m M v由机械能守恒得 达标检测 1 多选 如图5所示 在光滑的水平面上有一静止的斜面 斜面光滑 现有一个小球从斜面顶端由静止释放 在小球下滑的过程中 以下说法正确的是A 斜面和小球组成的系统动量守恒B 斜面和小球组成的系统仅在水平方向上动量守恒C 斜面向右运动D 斜面静止不动 解析 答案 1 2 3 4 图5 解析斜面和小球组成的系统受到斜面的重力 地面的支持力以及小球的重力 这三个力的合力不为零 球有竖直向下的加速度 故斜面和小球组成的系统动量不守恒 A选项错误 但在水平方向上斜面和小球组成的系统不受外力 故水平方向动量守恒 B选项正确 由水平方向动量守恒知斜面向右运动 C选项正确 D选项错误 1 2 3 4 2 如图6所示 质量为M的盒子放在光滑的水平面上 盒子内表面不光滑 盒内放有一个质量为m的物块 从某一时刻起给m一个水平向右的初速度v0 那么在物块与盒子前后壁多次往复碰撞后A 两者的速度均为零B 两者的速度总不会相等C 物块的最终速度为 方向水平向右D 物块的最终速度为 方向水平向右 答案 解析 1 2 3 4 图6 解析物块与盒子组成的系统所受合外力为零 物块与盒子前后壁多次往复碰撞后 以速度v共同运动 由动量守恒定律得 mv0 M m v 故v 方向水平向右 D项对 1 2 3 4 3 多选 如图7所示 在光滑的水平面上放着一个上部为半圆形光滑槽的木块 开始时木块是静止的 把一个小球放到槽边从静止开始释放 关于两个物体的运动情况 下列说法正确的是A 当小球到达最低点时 木块有最大速率B 当小球的速率最大时 木块有最大速率C 当小球再次上升到最高点时 木块的速率为最大D 当小球再次上升到最高点时 木块的速率为零 图7 答案 解析 1 2 3 4 解析小球和木块组成的系统在水平方向上动量守恒 初状态系统动量为零 当小球到达最低点时 小球有最大速率 所以木块也有最大速率 小球上升到最高点时 小球速率为零 木块的速率也为零 4 如图8 光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体 斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上 某时刻小孩将冰块以相对冰面3m s的速度向斜面体推出 冰块平滑地滑上斜面体 在斜面体上上升的最大高度为h 0 3m h小于斜面体的高度 已知小孩与滑板的总质量为m1 30kg 冰块的质量为m2 10kg 小孩与滑板始终无相对运动 重力加速度的大小g取10m s2 1 求斜面体的质量 答案 解析 1 2 3 4 图8 答案20kg 解析规定向右为速度正方向 冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度 设此共同速度为v 斜面体的质量为m3 由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得 m2v20 m2 m3 v 1 2 3 4 式中v20 3m s为冰块推出时的速度 联立 式并代入题目所给数据得m3 20kg 2 通过计算判断 冰块与斜面体分离后能否追上小孩 答案 解析 1 2 3 4 答案见解析 1 2 3 4