动量和能量观点的综合应用

1、23 题 动量和能量观点的综合应用动量和能量观点的应用1 动量定理物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化即 I p 或 Ft p 或 Ft p1 p2，它的表达式是一个矢量方程，即表示动量的变化方向与冲量的方向相同2 动量守恒定律：(1)内容：一个系统不受外力或者所受合外力为零，这个系统的总动量保持不变即：p1 p2或 p1 p2.(2)条件：系统不受外力或者所受外力的和为零；系统所受外力远小于系统的内力，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3 动能定理：合外力做的功等于物体动能的变化 (这里的合外力指物体受到的所有外力的合力， 包括重力、弹力、摩擦力、电场力、

2、磁场力等 ) 表达式为 W Ek 或 W 总 Ek2 Ek1 .4 机械能守恒定律：在只有重力 (或弹簧弹力 )做功时，没有其他力做功或其他力做功的代数和为零，则系统机械能守恒例 1如图 1 所示，竖直平面内的光滑水平轨道的左边与墙壁对接，右边与一个足够高的1光4滑圆弧轨道平滑相连，木块 A、B 静置于光滑水平轨道上，A、B 的质量分别为1.5kg 和 0.5kg.现让 A 以 6m/s 的速度水平向左运动，之后与墙壁碰撞，碰撞的时间为0.3 s，碰后的速度大小变为 4 m/ s.当 A 与 B 碰撞后会立即粘在一起运动，g 取 10m/s2，求：图 1(1)在 A 与墙壁碰撞的过程中，墙壁对

3、A 的平均作用力的大小；(2)A、 B 滑上圆弧轨道的最大高度动量和能量综合题的解题思路1 仔细审题，把握题意在读题的过程中，必须仔细、认真，要收集题中的有用信息，弄清物理过程，建立清晰的物理情景，充分挖掘题中的隐含条件，不放过任何一个细节2确定研究对象，进行受力分析和运动分析有的题目可能会有多个研究对象，研究对象确定后，必须对它进行受力分析和运动分析，明确其运动的可能性3思考解题途径，正确选用规律根据物体的受力情况和运动情况，选择与它相适应的物理规律及题中给予的某种等量关系列方程求解4检查解题过程，检验解题结果检查过程并检验结果是否符合题意以及是否符合实际情况变式题组1如图 2 所示，光滑坡

4、道顶端距水平面高度为h，质量为 m1 的小物块A 从坡道顶端由静止滑下进入水平面，在坡道末端O 点无机械能损失现将轻弹簧的一端固定在M 处的墙上，另一端与质量为m2 的物块 B 相连 A 从坡道上滑下来后与B 碰撞的时间极短，碰后A、B 结合在一起共同压缩弹簧各处摩擦不计，重力加速度为g，求：图2(1)A 在与B 碰撞前瞬时速度v 的大小；(2)A 与B 碰后瞬间的速度v的大小；(3)弹簧被压缩到最短时的弹性势能Ep.2如图3 所示，光滑水平面上有一具有光滑曲面的静止滑块B，可视为质点的小球A 从B的曲面上离地面高为h 处由静止释放， 且质量为 m，B 的质量为3m，重力加速度为A 可以平稳地

5、由g，试求：B 的曲面滑至水平地面已知A 的图3(1)A 刚从 B 上滑至地面时的速度大小；(2)若 A 到地面后与地面上的固定挡板P 碰撞，之后以原速率反弹，则A 返回B 的曲面上能到达的最大高度为多少？动力学、动量和能量观点的综合应用解决力学问题的三种解题思路1以牛顿运动定律为核心，结合运动学公式解题，适用于力与加速度的瞬时关系、圆周运动的力与运动的关系、匀变速运动的问题，这类问题关键要抓住力与运动之间的桥梁 加速度2从动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律的角度解题，适用于单个物体、多个物体组成的系统的受力和位移问题3从动量定理、 动量守恒定律的角度解题，适用于单个物体、多个物体组成的系

6、统的受力与时间问题 (不涉及加速度)及相互作用物体系统的碰撞、打击、爆炸、反冲等问题例 2如图 4 所示，质量为 m 的 b 球用长 h 的细绳悬挂于水平轨道BC 的出口 C 处质量也为 m 的小球 a，从距 BC 高 h 的 A 处由静止释放， 沿光滑轨道ABC 下滑， 在 C 处与 b 球正碰并与 b 黏在一起已知BC 轨道距地面的高度为0.5h，悬挂 b 球的细绳能承受的最大拉力为2.8mg.试问：图 4(1)a 球与 b 球碰前瞬间的速度多大？(2)a、b 两球碰后， 细绳是否会断裂？若细绳断裂，小球在 DE 水平面上的落点距C 的水平距离是多少？若细绳不断裂，小球最高将摆多高？力学规

7、律的优选策略1牛顿第二定律揭示了力的瞬时效应，在研究某一物体所受力的瞬时作用与物体运动的关系时，或者物体受恒力作用，且又直接涉及物体运动过程中的加速度问题时，应采用运动学公式和牛顿第二定律2动量定理反映了力对事件的积累效应，适用于不涉及物体运动过程中的加速度而涉及运动时间的问题3动能定理反映了力对空间的积累效应，对于不涉及物体运动过程中的加速度和时间，而涉及力、位移、速度的问题，无论是恒力还是变力，一般都利用动能定理求解4如果物体只有重力或弹簧弹力做功而不涉及物体运动过程中的加速度和时间，此类问题则首先考虑用机械能守恒定律求解5在涉及相对位移问题时则优先考虑能量守恒定律，及系统克服摩擦力所做的

8、功等于系统机械能的减少量，系统的机械能转化为系统内能6在涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理现象时，必须注意到一般过程中均含有系统机械能与其他形式能量之间的转化这类问题由于作用时间都很短，动量守恒定律一般大有作为变式题组3如图 5 所示，一个半径1圆弧轨道，固定在竖直平面内，其下端切线是R 1.00m 的粗糙 4水平的，距地面高度h 1.25m在轨道末端放有质量mB 0.30kg 的小球 B(视为质点 )， B 左侧装有微型传感器，另一质量mA 0.10kg 的小球 A(也视为质点 )由轨道上端点从静止开始释放，运动到轨道最低处时，传感器显示示数为 2.6N，A 与 B 发生正碰， 碰后 B 小

9、球水平飞出，落到地面时的水平位移x 0.80m，不计空气阻力，重力加速度取g 10m/s2 .求：图5(1)小球(2)A 与A 在碰前克服摩擦力所做的功；B 碰撞过程中，系统损失的机械能4(2016水调研丽)如图6 所示，水平地面上静止放置一辆小车A，质量mA 4kg，上表面光滑，小车与地面间的摩擦力极小，可以忽略不计可视为质点的物块B 置于A 的最右端，B的质量mB 2kg.现对A 施加一个水平向右的恒力F 10N， A 运动一段时间后，小车左端固定的挡板与 B 发生碰撞，碰撞时间极短，碰后动，碰撞后经时间 t 0.6s，二者的速度达到A、 B 粘合在一起，共同在v1 2m/s.求：F 的作

10、用下继续运图 6(1)A 开始运动时加速度a 的大小；(2)A、 B 碰撞后瞬间的共同速度v 的大小；(3)A 的上表面长度l .1一质量为0.5kg 的小物块放在水平地面上的A 点，距离 A 点 5m 的位置 B 处是一面墙， 如图 1 所示 物块以 v0 9m/s 的初速度从 A 点沿 AB 方向运动， 在与墙壁碰撞前瞬间的速度为 7 m/ s，碰后以 6m/s 的速度反向运动直至静止 g 取 10 m/ s2.图 1(1)求物块与地面间的动摩擦因数；(2)若碰撞时间为0.05s，求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小F；(3)求物块在反向运动过程中克服摩擦力所做的功W.2(2015兴市模

11、拟绍)如图2 所示，水平地面上固定有高为h 的平台， 台面上有固定的光滑坡道，坡道顶端距台面高也为 h，坡道底端与台面相切小球 A 从坡道顶端由静止开始滑下，到达水平光滑的台面后与静止在台面上的小球 B 发生碰撞，并粘连在一起，共同沿台面滑行并从台面边缘飞出，落地点与飞出点的水平距离恰好为台高的一半两球均可视为质点，忽略空气阻力，重力加速度为 g.求：图2(1)小球A 刚滑至水平台面的速度vA；(2)A、 B 两球的质量之比mA mB.3如图3 所示，竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切，小滑块B 静止在圆弧轨道的最低点，现将小滑块 A 从圆弧轨道的最高点无初速度释放，个整体，并沿桌

12、面滑动已知圆弧轨道光滑，半径 R 0.2m， A 和A 与 B 碰撞后结合为一B的质量相等，A和 B整体与桌面之间的动摩擦因数 0.2.取重力加速度g 10m/s2.求：图3(1)碰撞前瞬间A 的速率 v；(2)碰撞后瞬间A 和 B 整体的速率v；(3)A 和 B 整体在桌面上滑动的距离l.4如图4 所示，小球A 系在细线的一端，线的另一端固定在O点，O点到水平面的距离为h.物块 B 质量是小球的 5 倍，置于粗糙的水平面上且位于O 点正下方，物块与水平面间的动摩擦因数为 .现拉动小球使线水平伸直，小球由静止开始释放，运动到最低点时与物块发生正碰 (碰撞时间极短 )，反弹后上升至最高点时到水平

13、面的距离为h16.小球与物块均视为质点，不计空气阻力，重力加速度为g，求物块在水平面上滑行的时间t .图 45如图 5 所示，竖直墙面和水平地面均光滑，质量分别为m、3m 的 A、 B 两物体如图所示，其中 A 紧靠墙壁， A、B 之间有质量不计的轻弹簧相连，现对B 物体缓慢施加一个向左的力，对该物体做功为W，使 AB 间弹簧被压缩但系统静止，突然撤去向左推力解除压缩，求：图 5(1)从撤去外力到物块 A 离开墙壁的过程中，墙壁对物块A 的冲量；(2)在物块 A 离开墙壁后的运动过程中，物块A、 B 速度的最小值6 (2016 浙江 4 月选考 23)某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发

14、射装置，如图6所示竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨，间距为L .导轨间加有垂直导轨平面向下的匀强磁场 B.绝缘火箭支撑在导轨间，总质量为m，其中燃料质量为m，燃料室中的金属棒 EF 电阻为 R，并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触引燃火箭下方的推进剂，迅速推动刚性金属棒 CD (电阻可忽略且和导轨接触良好)向上运动，当回路CEFDC 面积减少量达到最大值S，用时 t，此过程激励出强电流，产生电磁推力加速火箭在t 时间内，电阻R 产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体当燃烧室下方的可控喷气孔打开后喷出燃气进一步加速火箭图 6(1)求回路在t 时间内感应电动势的平均值及通过金属棒EF 的电荷

15、量，并判断金属棒EF 中的感应电流方向；(2)经 t 时间火箭恰好脱离导轨，求火箭脱离时的速度v0； (不计空气阻力 )(3)火箭脱离导轨时，喷气孔打开，在极短的时间内喷射出质量为m的燃气，喷出的燃气相对喷气前火箭的速度为v，求喷气后火箭增加的速度v.(提示：可选喷气前的火箭为参考系)例 1. 答案 (1)50N (2)0.45m解析(1) 设水平向右为正方向，当A 与墙壁碰撞时根据动量定理有Ft mAv1 mA( v1)解得 F 50N(2)设碰撞后A、 B 的共同速度为v，根据动量守恒定律有mAv1 (mA mB)vA、B 在光滑圆形轨道上滑动时，机械能守恒，由机械能守恒定律得12(mA

16、mB )v (mA mB) gh 解得 h0.45m.变式题组 1. 答案(1) 2gh(2)m1m12gh2gh(3)m1m2m1 m2解析 (1) 由机械能守恒定律得12v 2ghm1gh m1v2(2)A、 B 在碰撞过程中，由动量守恒定律得m1v(m1 m2)vv m12gh1 m2m(3)A、 B 速度 v减为零时，弹簧被压缩到最短，由机械能守恒定律得12m12ghEp (m1 m2)v.2m1 m22. 答案 (1) 112 6gh(2)4h解析 (1) 设 A 刚滑至地面时速度大小为v1，B 速度大小为 v2，规定向右为正方向，由水平方向动量守恒得 3mv2mv1 0，由系统机械

17、能守恒得mgh121 3mv21222mv11联立以上两式解得：v1 2 6ghv2 66gh.(2)从 A 与挡板碰后开始，到A 追上 B 到达最大高度h 并具有共同速度v，此过程根据系统水平方向动量守恒得mv1 3mv2 4mv根据系统机械能守恒得1 4mv2mgh2 mgh联立解得： h 14h.例 2.答案(1) 2gh (2) 断裂2h2解析(1) 设 a 球经 C 点时速度为 vC，则由机械能守恒得12mgh 2mvC ，解得： vC 2gh即 a 球与 b 球碰前的速度为2gh.(2)设碰后 b 球的速度为v，由动量守恒得11mvC (mm)v 故 v 2vC 22gh小球被细绳

18、悬挂绕O 摆动时，若细绳拉力为FT ，则2vF T 2mg 2m h ，解得 FT 3mgF T2.8mg，细绳会断裂，小球做平抛运动12h设平抛的时间为 t ，则0.5h2gt得 tg1h2故落点距 C 的水平距离为 x vt 2 2ghg2 hC 水平距离2小球最终落到地面距2 h 处变式题组 3. 答案(1)0.20J (2)0.384J解析 (1) 在最低点，对A 球由牛顿第二定律有2F A mA gmAvA 得 vA 4.00m/sR在 A 下落过程中，由动能定理有：mAf1A2AgR W2m vA 球在碰前克服摩擦力所做的功Wf 0.20J.(2)碰后 B 球做平抛运动，在水平方向

19、有x vB t12在竖直方向有 h 2gt联立以上两式可得碰后B 的速度 vB 1.6m/s对 A、 B 碰撞过程，由动量守恒定律有mAA mA A mB B vvv碰后 A 球的速度 vA 0.80m/s ，负号表示碰后A 球运动方向向左由能量守恒得，碰撞过程中系统损失的机械能：121212故 E损 0.384JE 损 mA A mAA mBB2v2v2v在 A 与 B 碰撞的过程中，系统损失的机械能为0.384J.4. 答案 (1)2.5m /s2(2)1 m/ s(3)0.45m解析 (1) 以 A 为研究对象，由牛顿第二定律有F mAa代入数据解得a 2.5m/s2(2)对 A、B 碰

20、撞后共同运动t0.6s 的过程，由动量定理得Ft (mA mB) v1 (mA mB)v 代入数据解得v 1m/s(3)设 A、B 发生碰撞前，A 的速度为 vA，对 A、 B 发生碰撞的过程，由动量守恒定律有mAvA (mA mB)vA 从开始运动到与B 发生碰撞前，由动能定理有12Fl mAA2v由 式，代入数据解得l 0.45m.专题强化练1. 答案 (1)0.32(2)130N(3)9J1212可得 0.32解析 (1) 由动能定理有 mgsmv mv022(2)由动量定理有F t mv mv 可得 F 130N(3)W 1mv 29J.22. 答案(1)2gh(2)1 3解析(1)

21、小球从坡道顶端滑至水平台面的过程中，由机械能守恒定律得12mAgh2mAvA 解得 vA2gh(2)设两球碰撞后共同的速度为v，由动量守恒定律得mAvA (mA mB)v粘在一起的两球飞出台面后做平抛运动，设运动时间为t，由运动学公式，在竖直方向上有12h 2gth在水平方向上有 vt联立上述各式得mA mB1 3.3. 答案(1)2m/s(2)1 m/ s(3)0.25m解析设滑块 A 的质量为m.(1)滑块由 A 到 B 的过程，根据机械能守恒定律12mgR 2mv 得碰撞前瞬间A 的速率 v2gR 2m/s(2)碰撞过程中，根据动量守恒定律mv 2mv1得碰撞后瞬间A 和 B 整体的速率v 2v 1m/s(3)根据动能定理：12(2m)v 2 (2m)gl2v得 A 和 B 整体沿水平桌面滑动的距离l 0.25m.1 2h4. 答案 4 g解析设小球的质量为m，运动到最低点与物块碰撞前的速度大小为v1，取小球运动到最低点重力势能为零，根据机械能守恒定律，有mgh 12mv1 2解得 v1 2gh设碰撞后小球反弹的速度大小为v1，同理有h12 解得 v1ghmg mv18