(全)高中物理-动量守恒定律和碰撞模型探究(名校版)

高中物理-动量守恒定律和碰撞模型探究寻根溯源·根题展现方法总结·规律提练一、动量守恒定律1.内容：相互作用的物体，如果不受外力或所受外力的合力为零，它们的总动量保持不变，即作用前的总动量与作用后的总动量相等．2.常见的表达式①p＇=p，其中p＇、p分别表示系统的末动量和初动量，表示系统作用前的总动量等于作用后的总动量。②Δp=0，表示系统总动量的增量等于零。③Δp1=－Δp2，其中Δp1、Δp2分别表示系统内两个物体初、末动量的变化量，表示两个物体组成的系统，各自动量的增量大小相等、方向相反。二、碰撞有三种类型：1.弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变能够完全恢复的碰撞；碰撞过程中没有机械能损失，即同时满足动量守恒和机械能守恒。2.非弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变不能够完全恢复的碰撞；碰撞过程中有机械能损失。3.完全非弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变完全不能够恢复的非碰撞。碰撞过程中机械能损失最多。说明：在非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的过程中，虽然机械能不守恒，但动量仍然是守恒的。所有的碰撞，只要外力远大于内内，动量都是守恒的。考场精彩·衍题百变一、弹性碰撞模型探究及拓展【衍题4】（2019全国1）竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图（a）所示。t=0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞（碰撞时间极短）；当A返回到倾斜轨道上的P点（图中未标出）时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止。物块A运动的v-t图像如图（b）所示，图中的v1和t1均为未知量。已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力。（1）求物块B的质量；（2）在图（b）所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；（3）已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等，在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上。求改变前面动摩擦因数的比值。（2）（3）与动量守恒定律无相关性，解析略。这也说明在力学综合计算题中大多数情况下，是牛顿第二定律、动能定理（或能量守恒定律）以及动量守恒定律多个规律综合解题，可能只在某一个过程使用动量守恒定律。二、完全非弹性模型的分析和拓展完全非弹性碰撞：碰撞过程中所产生的形变完全不能够恢复的碰撞。特点是相互作用的末态系统具有相同的速度。碰撞过程中动量守恒，机械能损失最多。【衍题6】如图6所示,一质量为M的木块放在光滑的水平面上，一质量m的子弹以初速度v水平飞来打进木块并留在其中，设相互作用力为Ff．试求：（1）子弹、木块相对静止时的速度v？（2）子弹、木块发生的位移s1、s2以及子弹打进木块的深度l相分别为多少？（3）系统损失的机械能、系统增加的内能分别为多少？拓展延伸·纵横推演动量守恒在力电综合问题中的应用小试身手·根题精练1.（2010·全国Ⅱ）小球A和B的质量分别为mA和mB且mA＞mB，在某高度处将A和B先后从静止释放。小球A与水平地面碰撞后向上弹回，在释放处的下方与释放初距离为H的地方恰好与正在下落的小球B发生正撞，设所有碰撞都是弹性的，碰撞时间极短。求小球A、B碰撞后B上升的最大高度。2.（2014·全国卷1）如图所示，质量分别为mA、mB的两个弹性小球A、B静止在地面上，B球距地面的高度h＝0.8m，A球在B球的正上方，先将B球释放，经过一段时间后再将A球释放，当A球下落t＝0.3s时，刚好与B球在地面上方的P点处相碰，碰撞时间极短，碰后瞬间A球的速度恰为零，已知mB＝3mA，重力加速度大小g取10m/s2，忽略空气阻力及碰撞中的动能损失．求：(1)B球第一次到过地面时的速度；(2)P点距离地面的高度．(1)B球第一次到过地面时的速度；(2)P点距离地面的高度．【答案】见解析【解析】（1）设B球第一次到达地面时的速度大小为vB，由运动学公式有vB＝①将h＝0.8m代入上式，得v1＝4m/s.②(2)设两球相碰前后，A球的速度大小分别为v1和v′1(v′1＝0)，B球的速度分别为v2和v′2，由运动学规律可得v1＝gt③由于碰撞时间极短，重力的作用可以忽略，两球相碰前后的动量守恒，总动能保持不变，规定向下的方向为正，有mAv1＋mBv2＝mBv′2④2(1)mAv1(2)＋2(1)mBv2(2)＝2(1)mv′2(2)⑤设B球与地面相碰后速度大小为v′B，由运动学及碰撞的规律可得v′B＝vB⑥设P点距地面的高度为h′，由运动学规律可得h′＝（v′B^2-v^2)/2g⑦联立②③④⑤⑥⑦式，并代入已知条件可得h′＝0.75m．⑧3.(2015全国1).如图，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间。A的质量为m，B、C的质量都为M，三者都处于静止状态，现使A以某一速度向右运动，求m和M之间满足什么条件才能使A只与B、C各发生一次碰撞。设物体间的碰撞都是弹性的。4.（2011全国2）装甲车和战舰采用多层钢板比采用同样质量的单层钢板更能抵御穿甲弹的射击。通过对一下简化模型的计算可以粗略说明其原因。质量为2m、厚度为2d的钢板静止在水平光滑桌面上。质量为m的子弹以某一速度垂直射向该钢板，刚好能将钢板射穿。现把