动量模型专题

1、动量模型专题、碰撞模型二、追击临界模型三、子弹打木块模型：作用后两物体相对静止，属于完全非弹性碰撞，减小的动能转化为内能；模型可变 形为减小的动能转化为重力势能等。四、爆炸、反冲模型五、递推模型碰撞的特点：作用时间短，相互作用力大。因此，碰撞问题都遵守动量守恒定律；对正碰，根据碰撞前后系统的动能是否变化，又分为弹性碰撞 和非弹性碰撞.在非弹性碰撞中，碰撞后物体粘合在一起不别离的正撞，又叫完全非弹性碰撞.发生完全 非弹性碰撞的物体能量损失最大非弹性碰撞中动能之所以损失是因为两物体相碰变形而不能完全恢复原 形，一局部动能转化为系统的内能，因而系统的总动能减少.弹性碰撞：系统的动量和动能均守恒，因而

2、有:m1v1 m2v2 miiv m2V212 12 1. 2 1. 2miVim2v2m1v'1m2v'22 2 2 2上式中V1、V1'分别是m碰前和碰后的速度， V2、V2'分别是 m碰前和碰后的速度.£解式，得：“2m1 m2 v1 2m2v2mi m2m2 mi v2 2m1v1mi m2完全非弹性碰撞，m与m碰后速度相同，令为 v,那么：m1v1m2v2m1v1m2v2m2系统损失的最大动能Ekm12 12 1 m1v1m2v2m12 2 2m2 v2非弹性碰撞损失的动能介于弹性碰撞和完全非弹性碰撞之间.碰撞是物理上一个重要模型，它涉及到动

3、量守恒定律、能量守恒、动量定理等诸多知识点.从物理方 法的角度看.处理碰撞问题，通常使用系统方法、能量方法，守恒方法及矢量概念.从能力上看，碰撞问 题一般考查理解能力、推理能力、分析综合以及应用能力等.在处理碰撞问题时，通常要抓住三项根本原那么：1. 碰撞过程中动量守恒原那么.发生碰撞的物体系在碰撞过程中，由于作用时间很短，相互作用力很大，系统所受的外力大小可忽略。动量守恒.2. 碰撞后系统动能不增原那么.碰撞过程中系统内各物体的动能将发生变化，对于弹性碰撞，系统内物体间动能相互转移？没有转化 成其他形式的能，因此总动能守恒；而非弹性碰撞过程中系统内物体相互作用时有一局部动能将转化为系 统的内

4、能，系统的总动能将减小.因此，碰前系统的总动能一定大于或等于碰后系统的总动能.3. 碰撞后运动状态的合理性原那么.碰撞过程的发生应遵循客观实际如甲物追乙物并发生碰撞，碰前甲的速度必须大于乙的速度，碰后 甲的速度必须小于、等于乙的速度或甲反向运动.下面根据以上原那么及其他相关知识，分析几道碰撞问题.例11998年全国高考在光滑水平面上，动能为 吕、动量的大小为 F0的小钢球I和静止小钢球2 发生碰撞，碰撞前后球 1的运动方向相反.将碰撞后球 1的动能和动量的大小分别记为 E、F,球2的动 能和动量的大小分别记为 氐F2,那么必有：ABDA. B<E B. F<Fo C.E>Eo

5、 D.F 2>Fb1.质量相同的两个小球在光滑水平面上沿连心线同向运动，球1的动量为7 kg m/s,球2的动量为5 kg m/s,当球1追上球2时发生碰撞，那么碰撞后两球动量变化的可能值是.DA. p1=-1 kgm/s, p2=1kgm/sB. p1=-1 kgm/s, p2=4kgm/sC. p1=-9 kgm/s, p2=9kgm/sD. p1=-12 kg m/s, p2=10 kg m/s2 .A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，A球的动量是5kgm/s ,B球的动量是7kgm/s ,当A追上B球时发生碰撞，那么碰撞后A B两球的动量的可能值是BA. -4 kg

6、 m/s、14 kg m/s B . 3kg m/s、9 kg m/sC. -5 kg m/s、17kg m/ D . 6 kg m/s、6 kg m/s例31998年全国高考图中两单摆摆长相同，平衡时两摆球刚好接触，现将摆球 两摆线所在平面内向左拉开一小角度后释放，碰撞后，两摆球分开各自做简谐运动，以 分别表示摆球 A B的质量，那么：CD m>nB,下一次碰撞将发生在平衡位置右侧 nA<m,下一次碰撞将发生在平衡位置左侧C.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置右侧D.无论两摆球的质量之比是多少，下一次碰撞都不可能在平衡位置左侧例4如下列图，在光滑的水平面上放

7、置一质量为m的小车，小车上有一半径为 R1的1光滑的弧形轨道，设有一质量为m的小球，以V0的速度，方向水平向左沿圆弧轨4道向上滑动，到达某一高度h后，又沿轨道下滑，试求 h的大小及小球刚离开轨道时的速度.小球从进入轨道，到上升到九高度时为过程第一阶段，这一阶段类似完全非弹性 的碰撞，动能损失转化为重力势能而不是热能.据此可列方程：mv。m m v1 2mvo2m m v2 mgh 22解得：h V0-4g小球从进入到离开，整个过程属弹性碰撞模型，又由于小球和车的等质量，由弹性碰撞规律可知，两 物体速度交换，故小球离开轨道时速度为零.6.如下列图，光滑水平面上依次相隔一定距离静止放置着n个大小相

8、同的物块1、2、3、n,它们的质量分别是 m 2m 4m 、2n-1mt另一个质量为m的滑块以初速度vo正对着滑块1运动，并发生一系列碰撞，直至滑块和所有物块都一起共同运动。每次碰撞后相撞的物体都不再分开。求：第3个滑块的最终速度是多大？滑块2和滑块3碰撞过程中滑块2的动能损失是多少？v0123nr*123n3 2 1 i L 2 5 -图 10-36(1/2) nVo 3mv0 6410.如下列图，质量为 M=70kg的人穿着冰鞋站在水平冰面上。他身边有一只质量为m=7kg的大皮球，原来人和球都静止在冰面上。人用力推球，将球以相对于冰面的速度Vo向前推出，球碰到竖直墙后又以原速率返回，被人接

9、住；然后人再次以相对于冰面的速度Vo将球向前推出，球返回后人再次接住这样下去，当人将球推出多少次后，他将再也接不到球了？6次例2 1995年全国高考如图10-3所示，一排人站在沿 x轴的水平轨道旁，原点 O两侧的人的序号都记为nn=1,2,3 .每人只有一个沙袋，x>0 一侧的每个沙袋质量为m=14 kg , xv 0 一侧的每个沙袋质量为m =10 kg. 一质量为M=48 kg的小车以某初速度从原点出发向正x方向滑行.不计轨道阻力.当车每经过一人身旁时，此人就把沙袋以水平速度v朝与车速相反的方向沿车面扔到车上,u的大小等于扔此袋之前的瞬间车速大小的2n倍n是此人的序号数.1空车出发后

10、，车上堆积了几个沙袋时车就反向滑行? 2车上最终有大小沙袋共多少个？命题意图：以动量守恒定律及碰撞等知识为载体，创设人扔沙袋的物理情境，考查选取研究对象的能 力，分析能力，推理归纳能力以及临界条件的挖掘能力.B级要求.解题方法与技巧：解法一：虚设法依题意，空车出发后，车上堆积了几个沙袋时就反向滑行，说明车 的速度由向右变为向左，于是我们可虚设一个中间状态：v=0,设抛第n个沙袋前车的速度为 Vn-1，那么抛第n个沙袋的速度为 2n vn-1，抛后小车速度为零，由动量守恒可得：M+n-1m vn-1 -2 nmv-1=0解得：n=34/14,因沙袋必须是整数，所以空车出发后堆积三个沙袋车就反向滑

11、行再设向x负方向运行时虚设一中间状态v=0,设抛n个m沙袋后车速为零，那么由动量守恒定律得：M+3m- n-1m vn-1 -2 nrri vn-1 =0解得：n=8,故车上最终有大小沙袋11个.此题的难点是选取研究对象并寻找反向的条件.车反向的条件是由速度大于零变到速度小于零，而在此题解的过程中，用虚设法虚设了临界状态速度等于零，抓住这一临界状态并合理选取研究对象把车 和n-1丨个扔到车上的沙袋及第n个要扔到车上的沙袋作为一个系统是正确解答该类运动方向发生变化问题的关键.此题也可不设速度为零的临界状态，而用V n-1> 0和vnV 0讨论分析.解法二：1小车在x轴正方向时，令第n个沙袋

12、扔到车上后的车速为vn,那么根据动量守恒定律，有：Mn-1m vn-i -2 nmv-i = M+nnvnM (n 1)m所以 Vn=Vn-1M nm小车反向运动的条件是Vn-1 > 0, VnV 0所以 Mnrr>0. Mn+1mx 0所以所以M48M30nvn >1m14m14n=3.车朝负x方向滑行的过程中，设第n-1丨个沙袋扔到车上后车和前面扔上的三个沙袋及现在 扔上的n-1丨个沙袋当作一个物体车速为 Vn-1 ',第n个沙袋扔到车上后车速度为Vn'取向左方向为正.由动量守恒定律，有：M+3ri+n-1m' Vn-1' -2 nm Vn

13、-1' =M+3m+ nmVn'M 3m (n 1)m,所以 Vn =Vn-1M 3m nm车不再向左滑行的条件是 Vn-1 ' > 0, Vn ' W 0所以nm' > 0, M+3mn+1m w 0M 3m 门、M 3m故：nv=9, n?1 8mm取n=8时，车停止滑行，所以车上最终共有大小沙袋11个.5.如图3所示，长2m,质量为1kg的木板静止在光滑水平面上，一木块质量也为1kg可视为质点与木板之间的动摩擦因数为0.2。要使木块在木板上从左端滑向右端而不至滑落，那么木块初速度的最大值为DA. 1m/s B2 m/s C . 3 m/

14、s D4 m/s图3【例5】 如下列图，水平传送带 AB长I =，质量为M=1kg的木块随传送带一起以 V1=2m/s的速度向左匀 速运动传送带的传送速度恒定，木块与传送带间的动摩擦因数=0.5 当木块运动至最左端A点时,一颗质量为m=20g的子弹以V0 =300m/s水平向右的速度正对射入木块并穿出，穿出速度u=50m/s，以后每隔1s就有一颗子弹射向木块，设子弹射穿木块的时间极短，且每次射入点各不相同，g取10m/s.求：1在被第二颗子弹击中前，木块向右运动离A点的最大距离？2木块在传达带上最多能被多少颗子弹击中？3从第一颗子弹射中木块到木块最终离开传送带的过程中，子弹、木块和传送带这一系

15、统产生的热能是多少？ g取10m/s解析：1第一颗子弹射入木块过程中动量守恒mv0 MV1 mu MV1解得：v =3m/saMgMg 5m/s2t1巴a木块向右作减速运动加速度木块速度减小为零所用时间解得 ti =0.6s<1s所以木块在被第二颗子弹击中前向右运动离A点最远时，速度为零，移动距离为&解得Si=.2在第二颗子弹射中木块前，木块再向左作加速运动，时间12=1s 0.6s=0.4s2Vi2a速度增大为V2=at2=2m/s恰与传送带同速1向左移动的位移为s2at20.4m2所以两颗子弹射中木块的时间间隔内，木块总位移So=Si 5=方向向右第16颗子弹击中前，木块向右

16、移动的位移为s 15 0.5 7.5m(T第16颗子弹击中后，木块将会再向右先移动，总位移为+7.5=>木块将从B端落下.所以木块在传送带上最多能被16颗子弹击中.3第一颗子弹击穿木块过程中产生的热量为12 12 12 12Q1mv0MV1muMV)22 2 2 2木块向右减速运动过程中板对传送带的位移为s V" s13产生的热量为Q= MgS木块向左加速运动过程中相对传送带的位移为S V广t2 s2产生的热量为Q3Mgs第16颗子弹射入后木块滑行时间为13有v-!t3 1at 0.872解得t3=0.4s木块与传送带的相对位移为S=V1t 3+ 0.8产生的热量为Q= Mgs

17、0全过程中产生的热量为Q=15( Q+ Q+ Q) + Q + Q解得 Q=14155.5J110. 04江苏，18 16分一个质量为 M的雪橇静止在水平雪地上，一条质量为m的爱斯基摩狗站在雪橇上.狗向雪橇的正前方跳下，随后又追赶并向前跳上雪橇；其后狗又反复地跳下、追赶并跳上雪 橇.狗与雪橇始终沿一条直线运动.假设狗跳离雪橇时雪橇的速度为V那么此时狗相对于地面的速度为V+ u其中u为狗相对于雪橇的速度，V+ u为代数和，假设以雪橇运动的方向为正方向，那么V为正值，u为负值.设狗总以速度v追赶和跳上雪橇，雪橇与雪地间的摩擦忽略不计.v的大小为5m/s ,u 的大小为 4m/s , M=30kg,

18、 mF10kg.1求狗第一次跳上雪橇后两者的共同速度的大小.2求雪橇最终速度的大小和狗最多能跳动上雪橇的次数.供使用但不一定用到的对数值：lg2=0.301 , lg3=0.47710.【解析】1设雪橇运动的方向为正方向，狗第1次跳下雪橇后雪橇的速度为V1,根据动量守恒定律，有MW m(V| u) 0可解得V1Mmu (M m) mv2(M m)2狗第1次跳上雪橇时，雪橇与狗的共同速度为V满足MVi mv (M m)Vi雪橇后的速度为Vn 1 满足 MVn 1 mv (M m)Vn 1将 u= 4m/s, v=5m/s, M=30kg ,叶 10kg 代入，得 V =2m/s2解法一设雪橇运动

19、的方向为正方向，狗第n1次跳下雪橇后雪橇的速度为vn ,，那么狗第n1次跳上这样，狗n次跳下雪橇后，雪橇的速度为V,满足MVn m(Vn u) (M m)Vn 1解得 Vn(V U)1 (池)J 几(MM/1狗追不上雪橇的条件是 g V可化为()n 1 < (M m)UMmMu (M m)v最后可求得ig(Mu (M m)v) n> 1+(M m)vigjM代入数据，得n?狗最多能跳上雪橇 3次.雪橇最终的速度大小为 V4=/s 解法二：设雪橇运动的方向为止方向，狗第i次跳下F雪橇后，雪橇的速度为V,狗的速度为Vi u ；狗第i次跳上雪橇后，雪橇和狗的共同速度为Vi，由动量守恒定律

20、可得第一次跳下雪橇：MV1m(V1u)0V1m/sM m第一次跳上雪橇：MV1mv(Mm)V1第二次跳下雪橇：(Mm)V1MV2m(V2u),第二次跳上雪橇V2MV2Mmv m第三次跳下雪橇：(Mm)V2mv3m(V3、，(M m)V2 muu),V3-M m第三次跳上雪橇v3 MV3 mVM m第四次跳下雪橇：(M m)V3 MV4 m(V4 u) V4 廻 m)V4 mu 5.625m/sM m此进雪橇的速度已大于狗追赶的速度，狗将不可能追上雪橇因此狗最多能跳上雪橇3次，雪橇最终的速度大小为/s 20 在光滑水平面上放着两块质量都是m的木块A和B,中间用一根倔强系数为 k的轻弹簧连接着，如

21、图,现从水平方向射来一颗子弹，质量为m，速度为Vo,射中木块A后，留在A中。4A B都不受弹力的作求：在击中瞬间VA ? VB ? 在以后运动中弹簧的最大弹性势能是多少? A的最小速度，B的最大速度是多少？解析：在子弹打入 A的瞬间，由于相互作用时间极短，弹簧来不及发生形变,用Vb0由于此时A不受弹力 A和子弹构成系统，在这极短过程中不受外力系统动量守恒，14mvo1 14m mvA，解得 vA 5Vo。由于Va Vb，弹簧开始被压缩，分别给 A B木块施以弹力，使得 A木块开始做变减速运动，B木块做变加速运动。弹簧不断被压缩，弹性势能增大，直到vA vB时弹簧不被压缩，即压缩量最大，此时弹性

22、势能最大这一过程A + B +弹簧+子弹系统动量守恒，机械能守恒。有55-mvAm mV1441 5215mVAE Pmm2 424V,为二者到达相同速度2m v,E Pm解得v, lv091902mvo当A的速度等于B的速度时，弹簧压缩量最大，此后弹簧压缩量减小，但A仍做减速运动，B仍做加速运动，直到弹簧恢复原长时为止。这一过程仍然是系统动量守恒，机械能守恒。55mm v1mv2mv3v244解得1121521 2mm Vam v2-m V3V32424245V029 Vo例1如下列图1-8-1 , A B两小球在光滑水平面上分别以动量p1=4 kg m/s和p2=6 kg m/s向右为参考

23、正方向做匀速直线运动，那么在A球追上B球并与之碰撞的过程中，两小球的动量变化量厶卩1和4 p2可能分别为A.-2 kg m/s,3 kg m/sC.1 kg m/s,-1 kg m/s【解析】两球碰撞中动量守恒,图 1-8-1B.-8 kg m/s,8 kg m/sD.-2 kg m/s,2 kg m/s即厶P1+ A p2=0.据此可排除A.又碰撞中B球所受冲量方向和其初动量方向相同，其动量只能增大，即p2应大于零，据此可排除C.另外，碰前两球总动能2Ek42m2P22m28m.,而对B选项，碰后总动能 m2E，=(P1P1)22m(P2P2)22m28 Q8 > Ek,不可能；对 D

24、项，碰后总动能 E('=g m232，再结合碰前应有 va> vb,即 > ,所以mv 2m2，代入E<和D项对应的Ek：结果亦不矛盾m2m?3故只有D可能.在光滑的水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正方向，两球的动量分别为Pa= 5kgm/s ,Pb = 7kgm/s，如下列图。假设两球发生正碰，那么碰后两球的动量增量pa、A pB可能是B(A) pA= 3 kgm/s , pB= 3 kgm/s (B) pA= 3 kgm/s , pB= 3 kgm/s(C) pa= 3 kgm/s , pb= 3 kgm/s (D) pa= 10 kgm/s

25、 , pb= 10 kgm/s23.甲乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏，甲和他乘的冰车质量共为M=30kg，乙和他乘的冰车质量也是30kg如图，游戏时，甲推着一个质量为m=15kg的箱子，和他一起以大小为vo=/s的速度滑行。乙以同样大小的速度迎面滑来，为了防止相撞，甲突然将箱子沿冰面推给乙，箱子滑到乙处时乙迅速把它抓 住，假设不计冰面的摩擦力，求甲至少要以多大的速度相对于地面将箱子推出，才能防止与乙相撞。V=/s4、向空中发射一物体，不计空气阻力，当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂成a、b两块，假设质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向，那么D(A) b的速度方向一定与原来速度方向

26、相同(B) 在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力的冲量一定相同(C) 从炸裂到落地这段时间里，a飞行的水平距离一定比 b的大(D) a、b 一定同时到达水平地面科学家们使两个带正电的重离子被加速后沿同一条直线相向运动而发生猛烈碰撞，试图用此模拟宇宙 大爆炸初的情境。为了使碰撞前的动能尽可能多地转化为内能，关键是设法使这两个重离子在碰撞前的瞬 间具有：分析：动能全部转化为内能的条件是末动能为零，由于碰撞过程系统动量是守恒的，因此要求碰前两 个离子的动量大小相等。解答：选Bo20、如图，小车 A的质量为3kg，原来静止于光滑的水平轨道上，小车的 前侧有一钉子，用长为 1米的细线不可伸长悬挂一个质量为2kg的物体B,现有一颗质量为10g的子弹C,以600m/s的水平速度vo射穿B后， 速度变为v100m/ s，试求物体B向右摆动的最大高度。20、解：题中表达问题可以看成两个物理过程。第一过程：子弹与 B碰撞，动量守恒。那么有 mv0 M Bv1 mv代入数据解得v12.5m/ s系统机械能守恒，选B上升最咼点为末态。A、B