动量模型专题.doc

一、动量守恒定律成立的条件系统不受外力或者所受外力之和为零；系统受外力，但外力远小于内力，可以忽略不计；系统在某一个方向上所受的合外力为零，则该方向上动量守恒ABC图6-2-11表达形式：除了，外，p1+p2=0，p1= -p2例1如图6-2-11所示，A、B两物体质量之比mA:mB3:2，原来静止在平板小车C上，A、B间有一根被压缩的弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，则（ ）A若A、B与平板车表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统动量守恒B若A、B与平板车表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统动量守恒C若A、B受到的摩擦力大小相等，A、B组成的系统动量守恒D若A、B受到的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统动量守恒例2 如图511所示将一光滑的半圆槽置于光滑水平面上，槽的左侧有一固定在水平面上的物块。今让一小球自左侧槽口A的正上方从静止开始落下，与圆弧槽相切自A点进入槽内，则以下结论中正确是：A小球在半圆槽内运动的全过程中，只有重力对它做功B小球在半圆槽内运动的全过程中，小球与半圆槽在水平方向动量守恒C小球自半圆槽的最低点B向C点运动的过程中，小球与半圆槽在水平方向动量守恒D小球离开C点以后，将做竖直上抛运动。图6-2-2【例3】如图6-2-2所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象（系统），则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中：（ ）A、动量守恒、机械能守恒 B、动量不守恒、机械能不守恒C、动量守恒、机械能不守恒 D、动量不守恒、机械能守恒【例4】质量为M的小车中挂有一个单摆，摆球的质量为M0，小车和单摆以恒定的速度V0沿水平地面运动，与位于正对面的质量为M1的静止木块发生碰撞，碰撞时间极短，在此过程中，下列哪些说法是可能发生的（ ）A小车、木块、摆球的速度都发生变化，分别为V1、V2和V3，且满足：（M+M0）V0=MV1+M1V2+M0V3；B摆球的速度不变，小车和木块的速度为V1、V2，且满足：MV0=MV1+M1V2；C摆球的速度不变，小车和木块的速度都为V，且满足：MV0=（M+M1）V；D小车和摆球的速度都变为V1，木块的速度变为V2，且满足：（M+M0）V0=（M+M0）V1+M1V2图6-2-3【例5】如图6-2-3所示质量为m的铅球以大小为v0仰角为的初速度抛入一个装着砂子的总质量为M的静止的砂车中，砂车与地面的摩擦不计，球与砂车的共同速度是多少?二、碰撞模型1、碰撞的特点作用时间极短，内力远大于外力，总动量总是守恒的碰撞过程中，总动能不增因为没有其它形式的能量转化为动能碰撞过程中，当两物体碰后速度相等时，即发生完全非弹性碰撞，系统动能损失最大碰撞过程中，两物体产生的位移可忽略2、碰撞的分类弹性碰撞（或称完全弹性碰撞）如果在弹性力的作用下，只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失，称为弹性碰撞（或称完全弹性碰撞）此类碰撞过程中，系统动量和机械能同时守恒非弹性碰撞如果是非弹性力作用，使部分机械能转化为物体的内能，机械能有了损失，称为非弹性碰撞此类碰撞过程中，系统动量守恒，机械能有损失，即机械能不守恒完全非弹性碰撞如果相互作用力是完全非弹性力，则机械能向内能转化量最大，即机械能的损失最大，称为完全非弹性碰撞碰撞物体粘合在一起，具有同一速度此类碰撞过程中，系统动量守恒，机械能不守恒，且机械能的损失最大（4）判定碰撞可能性问题的分析思路判定系统动量是否守恒判定碰撞前后动能是不增加判定物理情景是否可行，如追碰后，前球动量不能减小，后球动量在原方向上不能增加；追碰后，后球在原方向的速度不可能大于前球的速度【例1】甲乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动，已知它们的动量分别是P1=5kgm/s，P2=7kgm/s，甲从后面追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为10 kgm/s，则二球质量m1与m2间的关系可能是下面的哪几种？（ ）A、m1=m2 B、2m1=m2C、4m1=m2D、6m1=m2【例2】如图6-2-1所示，半径和动能都相等的两个小球相向而行甲球质量m甲大于乙球质量m乙，水平面是光滑的，两球做对心碰撞以后的运动情况可能是下述哪些情况？（ ）图6-2-1A甲球速度为零，乙球速度不为零 B两球速度都不为零C乙球速度为零，甲球速度不为零D两球都以各自原来的速率反向运动三、人船模型人船模型问题是一种很常见的题形，在研究过程当中，如果能恰当地应用动量守恒定律进行解题，会给我们带来意想不到的效果。例1 如图1所示，静水面上停有一小船，船长L = 3米，质量M = 120千克，一人从船头走到船尾，人的质量m = 60千克。那么，船移动的距离为多少？（水的阻力可以忽略不计）例2 一质量为M的船，静止于湖水中，船身长L，船的两端点有质量分别为m1和m2的人，且m1m2,当两人交换位置后，船身位移的大小是多少？ 例3 如图2所示，在光滑水平地面上，有两个光滑的直角三形木块A和B，底边长分别为a、b，质量分别为M、m，若M = 4m，且不计任何摩擦力，当B滑到底部时，A向后移了多少距离？例4 质量为M的气球下系一质量可忽略的足够长的绳子，绳子上距地面H高处有一质量为m的猴子。开始时气球和猴子均静止在空中，猴子从某时刻开始沿绳子缓慢下滑，要它恰能滑到地面，开始下滑时，它下面的绳子至少应为多长？四、“子弹打木块”类问题常见模型分析 质量为m的子弹，以速度V0水平射入光滑水平面上质量为M的木块中未穿出。子弹深入木块时所受的阻力大小恒为f规律：动量守恒定律：mV。=（M+m）V动能定理：子弹-fSm=mV2/2mV02/2木块-fSM=MV2/20功能关系：fd=mV02/2(M+m)V2/2能量转化：子弹动能减少：fSm=mV02/2mV2/2木块动能增加：fSM=MV2/2系统机械能减少：fSm-fSM=mV02/2(M+m)V2/2内能增量：fSm-fSM=mV02/2(M+m)V2/2产生热量：fd=fSm-fSM=mV02/2(M+m)V2/2例1 如图514所示，有两个物体A，B，紧靠着放在光滑水平桌面上，A的质量为2kg，B的质量为3kg。有一颗质量为100g的子弹以800m/s的水平速度射入A，经过0.01s又射入物体B，最后停在B中，A对子弹的阻力为3103N，求A，B最终的速度。例2：质量为2千克的水平板车B静止在光滑的水平面上，板车的一端静止着一块质量为2千克的物体A，一颗质量为10克的子弹以600 m/s的水平速度射穿A后，速度变为100m/s，如果A、B之间的动摩擦因数为0.05，那么：（1） A的最大速度为多少？（2） 如果A始终不离开B，则B的最大速度为多少？（3） 为使A不致从B上滑落，B至少多长？ hV0Mm例3、如图， 一质量为M的物块静止在桌面边缘， 桌面离水平面的高度为h一质量为m的子弹以水平速度v0射入物块后， 以水平速度v0/2射出 重力加速度为g 求：此过程中系统损失的机械能；此后物块落地点离桌面边缘的水平距离。图6-2-16五.木块和木块作用模型。例1如图6-2-16所示，平板小车停在光滑水平面上，质量均为m的物块A和B从小车两端相向滑上小车上表面，它们的水平速度大小分别为2v0和v0若小车质量为m，A和B与小车间的动摩擦因数均为，试问经过多少时间A和B相对静止？（小车足够长，A、B不相撞）图6-2-17例2 如图6-2-17所示，已知光滑水平面上有质量为M的长板正以速度v0向右运动，某时刻，质量为m的木块以与M等大的速度v0从长板右端进入长板上面向左运动，mM已知木块没有滑离长板且最后木块和长板相对静止，求从木块滑上长板到木块与长板相对静止的过程中，木块及长板的最小速度分别为多大？木块和长板相对水平面的位移大小之比为多少？例3、如图所示，水平光滑地面上停放着一辆小车，左侧靠在竖直墙壁上，小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的，在最低点B与水平轨道BC相切，BC的长度是圆弧半径的10倍，整个轨道处于同一竖直平面内。可视为质点的物块从A点正上方某处无初速下落，恰好落入小车圆弧轨道滑动，然后沿水平轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出。已知物块到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力是物块重力的9倍，小车的质量是物块的3倍，不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失。求：物块开始下落的位置距水平轨道BC的竖直高度是圆弧半径的几倍；ABC物块与水平轨道BC间的动摩擦因数。六、弹簧类模型例1：A、B、C三个质量均为m，其中B、C静止，中间夹着一个质量不计的弹簧，弹簧处于松弛状态，A物体以水平速度V0撞向B，且与B粘在一起运动，求以后的整个运动过程中：（1）弹簧的最大弹性势能？（2）物体C的最大速度？vABC例2：用轻弹簧相连的质量均为m=2的A、B两物体都以v=6m/s的速度在光滑的水平地面上运动，弹簧处于原长，质量M = 4的物体C静止在前方，如图所示。B与C碰撞后二者粘在一起运动，在以后的运动中，求：当弹簧的弹性势能最大时物体A的速度。（3 m/s）弹性势能的最大值是多大？（12J）例3、在原子核物理中，研究核子与核子关联的最有效途径是“双电荷交换反应”,这类反应的前半部分过程和下述力学模型类似。两个小球A和B用轻质弹簧相连,在光滑的水平直轨道上处于静止状态。在它们左边有一垂直于轨道的固定挡板P,右边有一小球C沿轨道以速度v0射向B球，如图所示。C与B发生碰撞并立即结成一个整体D。在它们继续向左运动的过程中，当弹簧长度变到最短时，长度突然被锁定，不再改变。然后,A球与挡板P发生碰撞，碰后A、D都静止不动，A与P接触而不粘连，过一段时间，突然解锁定(锁定及解除锁定均无机械能损失)。已知A、B、C三球的质量均为m。（1）求弹簧长度刚被锁定后A球的速度。（2）求在A球离开挡板P之后的运动过程中，弹簧的最大弹性势能。12.（20分）对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要的意义。如图所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直与磁场方向进入磁感应强度为B的均强磁场中，做半径为