2019届高考物理一轮复习第六章碰撞与动量守恒第二节动量守恒定律碰撞爆炸反冲随堂检测新人教版
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第2讲 动量守恒定律 碰撞 爆炸 反冲1.(2015·高考福建卷)如图,两滑块A 、B 在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A 的质量为m ,速度大小为2v 0,方向向右,滑块B 的质量为2m ,速度大小为v 0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( )A .A 和B 都向左运动B .A 和B 都向右运动C .A 静止,B 向右运动D .A 向左运动,B 向右运动解析:选D.选向右为正方向,则A 的动量p A =m ·2v 0=2mv 0,B 的动量p B =-2mv 0.碰前A 、B 的动量之和为零,根据动量守恒,碰后A 、B 的动量之和也应为零,可知四个选项中只有选项D 符合题意.2.2017年7月9日,斯诺克世界杯在江苏无锡落下帷幕,由丁俊晖和梁文博组成的中国A 队在决赛中1比3落后的不利形势下成功逆转,最终以4比3击败英格兰队,帮助中国斯诺克台球队获得了世界杯三连冠.如图为丁俊晖正在准备击球,设在丁俊晖这一杆中,白色球(主球)和花色球碰撞前、后都在同一直线上运动,碰前白色球的动量p A =5 kg ·m/s ,花色球静止,白色球A 与花色球B 发生碰撞后,花色球B 的动量变为p ′B =4 kg ·m/s ,则两球质量m A 与m B 间的关系可能是( )A .mB =m AB .m B =14m AC .m B =16m AD .m B =6m A解析:选A.由动量守恒定律得p A +p B =p ′A +p ′B ,解得p ′A =1 kg ·m/s ,根据碰撞过程中总动能不增加,则有p 2A 2m A ≥p ′2A 2m A +p ′2B 2m B ,代入数据解得m B ≥23m A ,碰后两球同向运动,白色球A 的速度不大于花色球B 的速度,则p ′A m A ≤p ′B m B ,解得m B ≤4m A ,综上可得23m A ≤m B ≤4m A ,选项A 正确. 3.如图所示,在光滑水平面上有一辆质量M =8 kg 的平板小车,车上有一个质量m =1.9 kg 的木块,木块距小车左端6 m(木块可视为质点),车与木块一起以v =1 m/s 的速度水平向右匀速行驶.一颗质量m 0=0.1 kg的子弹以v 0=179 m/s 的初速度水平向左飞,瞬间击中木块并留在其中.如果木块刚好不从车上掉下,求木块与平板小车之间的动摩擦因数μ(g =10 m/s 2).解析:设子弹射入木块后的共同速度为v 1,以水平向左为正方向,则由动量守恒定律有 m 0v 0-mv =(m +m 0)v 1①代入数据解得v 1=8 m/s. 它们恰好不从小车上掉下来,则它们相对平板车滑行s =6 m 时,它们跟小车具有共同速度v 2,则由动量守恒定律有(m +m 0)v 1-Mv =(m +m 0+M )v 2② 由能量守恒定律有Q =μ(m +m 0)gs =12(m +m 0)v 21+12Mv 2-12(m +m 0+M )v 22 ③联立①②③并代入数据解得μ=0.54.答案:0.544.(2015·高考全国卷Ⅱ)两滑块a 、b 沿水平面上同一条直线运动,并发生碰撞;碰撞后两者粘在一起运动;经过一段时间后,从光滑路段进入粗糙路段.两者的位置x 随时间t 变化的图象如图所示.求:(1)滑块a 、b 的质量之比;(2)整个运动过程中,两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比.解析:(1)设a 、b 的质量分别为m 1、m 2,a 、b 碰撞前的速度为v 1、v 2.由题给图象得v 1=-2 m/s① v 2=1 m/s ②a 、b 发生完全非弹性碰撞,碰撞后两滑块的共同速度为v .由题给图象得v =23m/s③ 由动量守恒定律得m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v④ 联立①②③④式得m 1∶m 2=1∶8.⑤(2)由能量守恒得,两滑块因碰撞而损失的机械能为ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12(m 1+m 2)v 2 ⑥ 由图象可知,两滑块最后停止运动.由动能定理得,两滑块克服摩擦力所做的功为W =12(m 1+m 2)v 2⑦ 联立⑥⑦式,并代入题给数据得 W ∶ΔE =1∶2.答案:(1)1∶8 (2)1∶2。
第2讲动量守恒定律及“三类模型”问题一、动量守恒定律1.内容如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变.2.表达式(1)p=p′,系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.(3)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的变化量等大反向.(4)Δp=0,系统总动量的增量为零.3.适用条件(1)理想守恒:不受外力或所受外力的合力为零.(2)近似守恒:系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力.(3)某一方向守恒:如果系统在某一方向上所受外力的合力为零,则系统在这一方向上动量守恒.自测1关于系统动量守恒的条件,下列说法正确的是( )A.只要系统内存在摩擦力,系统动量就不可能守恒B.只要系统中有一个物体具有加速度,系统动量就不守恒C.只要系统所受的合外力为零,系统动量就守恒D.系统中所有物体的加速度为零时,系统的总动量不一定守恒答案 C二、碰撞、反冲、爆炸1.碰撞(1)定义:相对运动的物体相遇时,在极短的时间内它们的运动状态发生显著变化,这个过程就可称为碰撞.(2)特点:作用时间极短,内力(相互碰撞力)远大于外力,总动量守恒.(3)碰撞分类①弹性碰撞:碰撞后系统的总动能没有损失.②非弹性碰撞:碰撞后系统的总动能有损失.③完全非弹性碰撞:碰撞后合为一体,机械能损失最大.2.反冲(1)定义:当物体的一部分以一定的速度离开物体时,剩余部分将获得一个反向冲量,这种现象叫反冲运动.(2)特点:系统内各物体间的相互作用的内力远大于系统受到的外力.实例:发射炮弹、发射火箭等.(3)规律:遵从动量守恒定律.3.爆炸问题爆炸与碰撞类似,物体间的相互作用时间很短,作用力很大,且远大于系统所受的外力,所以系统动量守恒.如爆竹爆炸等.自测2如图1所示,两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A的质量为m,速度大小为2v0,方向向右,滑块B的质量为2m,速度大小为v0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( )图1A.A和B都向左运动B.A和B都向右运动C.A静止,B向右运动D.A向左运动,B向右运动答案 D解析以两滑块组成的系统为研究对象,两滑块碰撞过程动量守恒,由于初始状态系统的动量为零,所以碰撞后两滑块的动量之和也为零,所以A、B的运动方向相反或者两者都静止,而碰撞为弹性碰撞,碰撞后两滑块的速度不可能都为零,则A应该向左运动,B应该向右运动,选项D正确,A、B、C错误.命题点一动量守恒定律的理解和基本应用例1(2018·湖北省仙桃市、天门市、潜江市期末联考)如图2所示,A、B两物体的质量之比为m A∶m B=1∶2,它们原来静止在平板车C上,A、B两物体间有一根被压缩了的水平轻质弹簧,A、B两物体与平板车上表面间的动摩擦因数相同,水平地面光滑.当弹簧突然释放后,A、B两物体被弹开(A、B两物体始终不滑出平板车),则有( )图2A.A、B系统动量守恒B.A、B、C及弹簧整个系统机械能守恒C.小车C先向左运动后向右运动D.小车C一直向右运动直到静止答案 D解析A、B两物体和弹簧、小车C组成的系统所受合外力为零,所以系统的动量守恒.在弹簧释放的过程中,因m A∶m B=1∶2,由摩擦力公式f=μN=μmg知,A、B两物体所受的摩擦力大小不等,所以A、B两物体组成的系统合外力不为零,A、B两物体组成的系统动量不守恒,A物体对小车向左的滑动摩擦力小于B对小车向右的滑动摩擦力,在A、B两物体相对小车停止运动之前,小车所受的合外力向右,会向右运动,因存在摩擦力做负功,最终整个系统将静止,则系统的机械能减为零,不守恒,故A、B、C错误,D正确.变式1(多选)(2018·安徽省宣城市第二次调研)如图3所示,小车在光滑水平面上向左匀速运动,水平轻质弹簧左端固定在A点,物体与固定在A点的细线相连,弹簧处于压缩状态(物体与弹簧未连接),某时刻细线断了,物体沿车滑动到B端粘在B端的油泥上,取小车、物体和弹簧为一个系统,下列说法正确的是( )图3A.若物体滑动中不受摩擦力,则该系统全过程机械能守恒B.若物体滑动中有摩擦力,则该系统全过程动量守恒C.不论物体滑动中有没有摩擦,小车的最终速度与断线前相同D.不论物体滑动中有没有摩擦,系统损失的机械能相同答案BCD解析物体与油泥粘合的过程,发生非弹簧碰撞,系统机械能有损失,故A错误;整个系统在水平方向不受外力,竖直方向上合外力为零,则系统动量一直守恒,故B正确;取系统的初速度方向为正方向,根据动量守恒定律可知,物体在沿车滑动到B端粘在B端的油泥上后系统共同的速度与初速度是相同的,故C 正确;由C 的分析可知,当物体与B 端油泥粘在一起时,系统的速度与初速度相等,所以系统的末动能与初动能是相等的,系统损失的机械能等于弹簧的弹性势能,与物体滑动中有没有摩擦无关,故D 正确.例2 (2017·全国卷Ⅰ·14)将质量为1.00kg 的模型火箭点火升空,50g 燃烧的燃气以大小为600m/s 的速度从火箭喷口在很短时间内喷出.在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)( ) A .30kg·m/s B .5.7×102kg·m/s C .6.0×102kg·m/s D .6.3×102kg·m/s答案 A解析 设火箭的质量为m 1,燃气的质量为m 2.由题意可知,燃气的动量p 2=m 2v 2=50×10-3×600kg·m/s=30 kg·m/s.以火箭运动的方向为正方向,根据动量守恒定律可得,0=m 1v 1-m 2v 2,则火箭的动量大小为p 1=m 1v 1=m 2v 2=30kg·m/s,所以A 正确,B 、C 、D 错误. 变式2 (2018·江西省七校第一次联考)一质量为M 的航天器远离太阳和行星,正以速度v 0在太空中飞行,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出质量为m 的气体,气体向后喷出的速度大小为v 1,加速后航天器的速度大小v 2等于(v 0、v 1、v 2均为相对同一参考系的速度)( ) A.M +m v 0-mv 1MB.M +m v 0+mv 1MC.Mv 0+mv 1M -mD.Mv 0-mv 1M -m答案 C解析 以v 0的方向为正方向,由动量守恒定律有Mv 0=-mv 1+(M -m )v 2 解得v 2=Mv 0+mv 1M -m,故选C. 命题点二 碰撞模型问题1.碰撞遵循的三条原则 (1)动量守恒定律 (2)机械能不增加E k1+E k2≥E k1′+E k2′或p 122m 1+p 222m 2≥p 1′22m 1+p 2′22m 2(3)速度要合理①同向碰撞:碰撞前,后面的物体速度大;碰撞后,前面的物体速度大或相等.②相向碰撞:碰撞后两物体的运动方向不可能都不改变. 2.弹性碰撞讨论 (1)碰后速度的求解 根据动量守恒和机械能守恒⎩⎪⎨⎪⎧m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′ ①12m 1v 12+12m 2v 22=12m 1v 1′2+12m 2v 2′2②解得v 1′=m 1-m 2v 1+2m 2v 2m 1+m 2v 2′=m 2-m 1v 2+2m 1v 1m 1+m 2(2)分析讨论:当碰前物体2的速度不为零时,若m 1=m 2,则v 1′=v 2,v 2′=v 1,即两物体交换速度. 当碰前物体2的速度为零时,v 2=0,则:v 1′=m 1-m 2v 1m 1+m 2,v 2′=2m 1v 1m 1+m 2,①m 1=m 2时,v 1′=0,v 2′=v 1,碰撞后两物体交换速度. ②m 1>m 2时,v 1′>0,v 2′>0,碰撞后两物体沿同方向运动. ③m 1<m 2时,v 1′<0,v 2′>0,碰撞后质量小的物体被反弹回来.例3 (2018·广东省湛江市第二次模拟)如图4所示,水平地面放置A 和B 两个物块,物块A 的质量m 1=2kg ,物块B 的质量m 2=1kg ,物块A 、B 与地面间的动摩擦因数均为μ=0.5.现对物块A 施加一个与水平方向成37°角的外力F ,F =10N ,使物块A 由静止开始运动,经过12s 物块A 刚好运动到物块B 处,A 物块与B 物块碰前瞬间撤掉外力F ,物块A 与物块B 碰撞过程没有能量损失,设碰撞时间很短,A 、B 两物块均可视为质点,g 取10m/s 2,sin37°=0.6,cos37°=0.8.求:图4(1)计算A 与B 两物块碰撞前瞬间物块A 的速度大小;(2)若在物块B 的正前方放置一个弹性挡板,物块B 与挡板碰撞时没有能量损失,要保证A 和B 两物块能发生第二次碰撞,弹性挡板距离物块B 的距离L 不得超过多大?答案 (1)6m/s (2)L 不得超过3.4m 解析 (1)设物块A 与物块B 碰前速度为v 1,由牛顿第二定律得:F cos37°-μ(m 1g -F sin37°)=m 1a 解得:a =0.5m/s 2则速度v 1=at =6m/s(2)设A 、B 两物块相碰后A 的速度为v 1′,B 的速度为v 2 由动量守恒定律得:m 1v 1=m 1v 1′+m 2v 2 由机械能守恒定律得:12m 1v 12=12m 1v 1′2+12m 2v 22联立解得:v 1′=2m/s 、v 2=8 m/s对物块A 用动能定理得:-μm 1gx A =0-12m 1v 1′2解得:x A =0.4m对物块B 用动能定理得:-μm 2gx B =0-12m 2v 22解得:x B =6.4m物块A 和物块B 能发生第二次碰撞的条件是x A +x B >2L , 解得L <3.4m即要保证物块A 和物块B 能发生第二次碰撞,弹性挡板距离物块B 的距离L 不得超过3.4m.拓展点1 “滑块—弹簧”碰撞模型例4 (2018·山东省临沂市一模)如图5所示,静止放置在光滑水平面上的A 、B 、C 三个滑块,滑块A 、B 间通过一水平轻弹簧相连,滑块A 左侧紧靠一固定挡板P ,某时刻给滑块C 施加一个水平冲量使其以初速度v 0水平向左运动,滑块C 撞上滑块B 的瞬间二者粘在一起共同向左运动,弹簧被压缩至最短的瞬间具有的弹性势能为1.35J ,此时撤掉固定挡板P ,之后弹簧弹开释放势能,已知滑块A 、B 、C 的质量分别为m A =m B =0.2kg ,m C =0.1kg ,(取10=3.17)求:图5(1)滑块C 的初速度v 0的大小;(2)当弹簧弹开至恢复到原长的瞬时,滑块B 、C 的速度大小;(3)从滑块B 、C 压缩弹簧至弹簧恢复到原长的过程中,弹簧对滑块B 、C 整体的冲量. 答案 (1)9m/s (2)1.9 m/s (3)1.47N·s,方向水平向右解析 (1)滑块C 撞上滑块B 的过程中,滑块B 、C 组成的系统动量守恒,以水平向左为正,根据动量守恒定律得:m C v 0=(m B +m C )v 1弹簧被压缩至最短时,滑块B 、C 速度为零,根据能量守恒定律得:E p =12(m B +m C )v 12解得:v 1=3m/s ,v 0=9 m/s(2)设弹簧弹开至恢复到原长的瞬间,滑块B 、C 的速度大小为v 2,滑块A 的大小为v 3,根据动量守恒定律得:m A v 3=(m B +m C )v 2,根据能量守恒定律得:E p =12m A v 32+12(m B +m C )v 22解得:v 2≈1.9m/s(3)设弹簧对滑块B 、C 整体的冲量I ,选向右为正方向,由动量定理得:I =Δp =(m B +m C )(v 2+v 1)解得:I =1.47N·s,方向水平向右.拓展点2 “滑块—木板”碰撞模型例5 (2018·湖北省武汉市部分学校起点调研)如图6,在光滑的水平面上静止着足够长、质量为3m 的木板,木板上依次排放质量均为m 的木块1、2、3,木块与木板间的动摩擦因数均为μ.现同时给木块1、2、3水平向右的初速度v 0、2v 0、3v 0,最后所有的木块与木板相对静止.已知重力加速度为g ,求:图6(1)木块3从开始运动到与木板相对静止时位移的大小; (2)木块2在整个运动过程中的最小速度. 答案 (1)4v 02μg (2)56v 0解析 (1)当木块3与木板的速度相等时,3个木块与木板的速度均相等,设为v ,以v 0的方向为正方向.系统动量守恒m (v 0+2v 0+3v 0)=6mv 木块3在木板上匀减速运动:μmg =ma 由运动学公式(3v 0)2-v 2=2ax 3 解得x 3=4v 02μg(2)设木块2的最小速度为v 2,此时木块3的速度为v 3,由动量守恒定律m (v 0+2v 0+3v 0)=(2m +3m )v 2+mv 3在此过程中,木块3与木块2速度改变量相同 3v 0-v 3=2v 0-v 2 解得v 2=56v 0.变式3 (多选)(2018·广西桂林市、百色市和崇左市第三次联考)如图7甲,光滑水平面上放着长木板B ,质量为m =2kg 的木块A 以速度v 0=2m/s 滑上原来静止的长木板B 的上表面,由于A 、B 之间存在摩擦,之后木块A 与长木板B 的速度随时间变化情况如图乙所示,重力加速度g =10 m/s 2.则下列说法正确的是( )图7A .木块A 与长木板B 之间的动摩擦因数为0.1 B .长木板的质量M =2kgC .长木板B 的长度至少为2mD .木块A 与长木板B 组成系统损失机械能为4J 答案 AB解析 由题图可知,木块A 先做匀减速运动,长木板B 先做匀加速运动,最后一起做匀速运动,共同速度v =1m/s ,取向右为正方向,根据动量守恒定律得:mv 0=(m +M )v ,解得:M =m =2kg ,故B 正确;由题图可知,长木板B 匀加速运动的加速度为:a B =Δv Δt =11m/s 2= 1 m/s 2,对长木板B ,根据牛顿第二定律得:μmg =Ma B ,μ=0.1,故A 正确;由题图可知前1s 内长木板B 的位移为:x B =12×1×1m=0.5m ,木块A 的位移为:x A =2+12×1m=1.5m ,所以长木板B 的最小长度为:L =x A -x B =1m ,故C 错误;木块A 与长木板B 组成系统损失的机械能为:ΔE =12mv 02-12(m +M )v 2=2J ,故D 错误.拓展点3 “滑块—斜面”碰撞模型例6 (2018·福建省厦大附中第二次模拟)如图8所示,光滑水平面上质量为m 1=2kg 的物块以v 0=2m/s 的初速度冲向质量为m 2=6kg 静止的光滑圆弧面斜劈体.求:图8(1)物块m 1滑到最高点位置时,二者的速度大小; (2)物块m 1从圆弧面滑下后,二者速度大小.(3)若m 1=m 2,物块m 1从圆弧面滑下后,二者速度大小. 答案 见解析解析 (1)物块m 1与斜劈体作用过程水平方向遵从动量守恒定律,且到最高点时共速,以v 0方向为正,则有:m 1v 0=(m 1+m 2)v ,v =0.5m/s ;(2)物块m 1从圆弧面滑下过程,水平方向动量守恒,动能守恒,则有:m 1v 0=m 1v 1+m 2v 2,12m 1v 02=12m 1v 12+12m 2v 22, 解得:v 1=m 1-m 2m 1+m 2v 0,v 2=2m 1m 1+m 2v 0 代入数据得:v 1=-1m/s ,v 2=1 m/s ;(3)若m 1=m 2,根据上述分析,物块m 1从圆弧面滑下后,交换速度,即v 1′=0,v 2′=2m/s. 变式4 (2019·甘肃省天水市调研)如图9所示,在水平面上依次放置小物块A 和C 以及曲面劈B ,其中A 与C 的质量相等均为m ,曲面劈B 的质量M =3m ,曲面劈B 的曲面下端与水平面相切,且曲面劈B 足够高,各接触面均光滑.现让小物块C 以水平速度v 0向右运动,与A 发生碰撞,碰撞后两个小物块粘在一起滑上曲面劈B .求:图9(1)碰撞过程中系统损失的机械能;(2)碰后物块A 与C 在曲面劈B 上能够达到的最大高度. 答案 (1)14mv 02 (2)3v 0240g解析 (1)小物块C 与物块A 发生碰撞粘在一起,以v 0的方向为正方向 由动量守恒定律得:mv 0=2mv 解得v =12v 0;碰撞过程中系统损失的机械能为E 损=12mv 02-12×2mv 2解得E 损=14mv 02.(2)当小物块A 、C 上升到最大高度时,A 、B 、C 系统的速度相等.根据动量守恒定律:mv 0=(m +m +3m )v 1 解得v 1=15v 0根据机械能守恒得2mgh =12×2m ⎝ ⎛⎭⎪⎫12v 02-12×5m ⎝ ⎛⎭⎪⎫15v 02解得h =3v 0240g.命题点三 “人船”模型1.特点⎩⎪⎨⎪⎧1两个物体2动量守恒3总动量为零2.方程m 1v 1-m 2v 2=0(v 1、v 2为速度大小)3.结论m 1x 1=m 2x 2(x 1、x 2为位移大小)例7 (2018·河南省鹤壁市第二次段考)有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(估计重一吨左右).一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量.他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停泊,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船.用卷尺测出船后退的距离d ,然后用卷尺测出船长L .已知他的自身质量为m ,水的阻力不计,则船的质量为( ) A.m L +dd B.m L -dd C.mL dD.m L +dL答案 B解析 设人走动的时候船的速度为v ,人的速度为v ′,人从船头走到船尾用时为t ,人的位移为L -d ,船的位移为d ,所以v =d t ,v ′=L -dt.以船后退的方向为正方向,根据动量守恒有:Mv -mv ′=0,可得:M d t =mL -d t ,小船的质量为:M =m L -dd,故B 正确.变式5 (2018·河南省中原名校第六次模拟)光滑水平面上放有一上表面光滑、倾角为α的斜面体A ,斜面体质量为M 、底边长为L ,如图10所示.将一质量为m 、可视为质点的滑块B 从斜面的顶端由静止释放,滑块B 经过时间t 刚好滑到斜面底端.此过程中斜面对滑块的支持力大小为N ,则下列说法中正确的是( )图10A .N =mg cos αB .滑块下滑过程中支持力对B 的冲量大小为Nt cos αC .滑块B 下滑的过程中A 、B 组成的系统动量守恒D .此过程中斜面体向左滑动的距离为mM +mL答案 D解析 当滑块B 相对于斜面加速下滑时,斜面体A 水平向左加速运动,所以滑块B 相对于地面的加速度方向不再沿斜面方向,即沿垂直于斜面方向的合外力不再为零,所以斜面对滑块的支持力N 不等于mg cos α,A 错误;滑块B 下滑过程中支持力对B 的冲量大小为Nt ,B 错误;由于滑块B 有竖直方向的分加速度,所以A 、B 组成的系统竖直方向合外力不为零,系统的动量不守恒,C 错误;A 、B 组成的系统水平方向不受外力,水平方向动量守恒,设A 、B 两者水平位移大小分别为x 1、x 2,则Mx 1=mx 2,x 1+x 2=L ,解得x 1=mM +mL ,D 正确.命题点四 “子弹打木块”模型1.木块放在光滑水平面上,子弹水平打进木块,系统所受的合外力为零,因此动量守恒. 2.两者发生的相对位移为子弹射入的深度x 相.3.根据能量守恒定律,系统损失的动能等于系统增加的内能.4.系统产生的内能Q =f ·x 相,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积.5.当子弹速度很大时,可能射穿木块,这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等,但穿透过程中系统的动量仍守恒,系统损失的动能为ΔE k =f ·L (L 为木块的长度).例8 一质量为M 的木块放在光滑的水平面上,一质量为m 的子弹以初速度v 0水平打进木块并留在其中,设子弹与木块之间的相互作用力为f .则: (1)子弹、木块相对静止时的速度是多少? (2)子弹在木块内运动的时间为多长?(3)子弹、木块相互作用过程中子弹、木块发生的位移以及子弹打进木块的深度分别是多少?答案 (1)m M +m v 0 (2)Mmv 0f M +m (3)Mm M +2m v 022f M +m 2Mm 2v 022f M +m2Mmv 022f M +m解析 (1)设子弹、木块相对静止时的速度为v ,以子弹初速度的方向为正方向,由动量守恒定律得mv 0=(M +m )v解得v =mM +mv 0 (2)设子弹在木块内运动的时间为t ,由动量定理得 对木块:ft =Mv -0 解得t =Mmv 0f M +m(3)设子弹、木块发生的位移分别为x 1、x 2,如图所示,由动能定理得对子弹:-fx 1=12mv 2-12mv 02解得:x 1=Mm M +2m v 022f M +m2对木块:fx 2=12Mv 2解得:x 2=Mm 2v 022f M +m2子弹打进木块的深度等于相对位移,即x 相=x 1-x 2=Mmv 022f M +m变式6 (2019·陕西省商洛市质检)如图11所示,在固定的水平杆上,套有质量为m 的光滑圆环,轻绳一端拴在环上,另一端系着质量为M 的木块,现有质量为m 0的子弹以大小为v 0的水平速度射入木块并立刻留在木块中,重力加速度为g ,下列说法正确的是( )图11A .子弹射入木块后的瞬间,速度大小为m 0v 0m 0+m +MB .子弹射入木块后的瞬间,绳子拉力等于(M +m 0)gC .子弹射入木块后的瞬间,环对轻杆的压力大于(M +m +m 0)gD .子弹射入木块之后,圆环、木块和子弹构成的系统动量守恒 答案 C解析 子弹射入木块后的瞬间,子弹和木块系统的动量守恒,以v 0的方向为正方向,则m 0v 0=(M +m 0)v 1,得v 1=m 0v 0m 0+M ,选项A 错误;子弹射入木块后的瞬间,T -(M +m 0)g =(M +m 0)v 12L,可知绳子拉力大于(M +m 0)g ,选项B 错误;子弹射入木块后的瞬间,对圆环:N =T +mg >(M +m +m 0)g ,由牛顿第三定律知,选项C 正确;子弹射入木块之后,圆环、木块和子弹构成的系统只在水平方向动量守恒,选项D 错误.1.现有甲、乙两滑块,质量分别为3m 和m ,以相同的速率v 在光滑水平面上相向运动,发生了碰撞.已知碰撞后,甲滑块静止不动,那么这次碰撞是( )A.弹性碰撞B.非弹性碰撞C.完全非弹性碰撞D.条件不足,无法确定答案 A2.(2018·福建省福州市模拟)一质量为M的航天器正以速度v0在太空中飞行,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出一定质量的气体,气体喷出时速度大小为v1,加速后航天器的速度大小为v2,则喷出气体的质量m为( )A.v2-v1v1M B.v2v2-v1MC.v2-v0v2+v1M D.v2-v0v2-v1M答案 C3.(2018·广东省东莞市调研)两名质量相等的滑冰人甲和乙都静止在光滑的水平冰面上.现在,其中一人向另一个人抛出一个篮球,另一人接球后再抛回.如此反复进行几次之后,甲和乙最后的速率关系是( )A.若甲最先抛球,则一定是v甲>v乙B.若乙最后接球,则一定是v甲>v乙C.只有甲先抛球,乙最后接球,才有v甲>v乙D.无论怎样抛球和接球,都是v甲>v乙答案 B4.(2018·山东省青岛市第二次质量检测)如图1,连接有水平轻弹簧的物块a静止于光滑水平面上,物块b以一定初速度向左运动.下列关于a、b两物块的动量p随时间t的变化关系图像,不合理的是( )图1答案 A解析 物块b 以一定初速度向左运动与连接有水平轻弹簧的静止物块a 相碰,中间弹簧先被压缩后又恢复原长,则弹力在碰撞过程中先变大后变小,两物块动量的变化率先变大后变小.故A 错误.5.(2019·河南省鹤壁市调研)在列车编组站里,一节动车车厢以1m/s 的速度碰上另一节静止的拖车车厢,碰后两节车厢结合在一起继续运动.已知两节车厢的质量均为20t ,则碰撞过程拖车车厢受到的冲量大小为(碰撞过程时间很短,内力很大)( ) A .10N·s B .20N·s C .104N·s D .2×104N·s答案 C解析 动车车厢和拖车车厢碰撞过程动量守恒,根据动量守恒定律有mv 0=2mv ,对拖车根据动量定理有I =mv ,联立解得I =104N·s,选项C 正确.6.(2018·山西省晋城市第一次模拟)所谓对接是指两艘同方向以几乎同样快慢运行的宇宙飞船在太空中互相靠近,最后连接在一起.假设“天舟一号”和“天宫二号”的质量分别为M 、m ,两者对接前的在轨速度分别为(v +Δv )、v ,对接持续时间为Δt ,则在对接过程中“天舟一号”对“天宫二号”的平均作用力大小为( )A.m 2·Δv M +m ΔtB.M 2·Δv M +m ΔtC.Mm ·ΔvM +m ΔtD .0答案 C解析 在“天舟一号”和“天宫二号”对接的过程中水平方向动量守恒,M (v +Δv )+mv =(M +m )v ′,解得对接后两者的共同速度v ′=v +M ·ΔvM +m,以“天宫二号”为研究对象,根据动量定理有F ·Δt =mv ′-mv ,解得F =Mm ·ΔvM +m Δt,选项C 正确.7.(2018·河北省石家庄二中期中)滑块a 、b 沿水平面上同一条直线发生碰撞,碰撞后两者粘在一起运动,两者的位置x 随时间t 变化的图像如图2所示.则滑块a 、b 的质量之比( )图2A .5∶4B.1∶8C.8∶1D.4∶5 答案 B解析 设滑块a 、b 的质量分别为m 1、m 2,a 、b 两滑块碰撞前的速度为v 1、v 2, 由题图得v 1=-2m/sv 2=1m/s两滑块发生完全非弹性碰撞,碰撞后两滑块的共同速度设为v ,由题图得v =23m/s由动量守恒定律得m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v联立解得m 1∶m 2=1∶8.8.(2018·山东省日照市校际联合质检)沿光滑水平面在同一条直线上运动的两物体A 、B 碰撞后以共同的速度运动,该过程的位移—时间图像如图3所示.则下列说法错误的是( )图3A .碰撞前后物体A 的运动方向相反B .物体A 、B 的质量之比为1∶2C .碰撞过程中A 的动能变大,B 的动能减小D .碰前物体B 的动量较大 答案 C解析 由题图可得,碰撞前v A =20-302m/s =-5 m/s ,碰撞后v A ′=20-102m/s =5 m/s ,则碰撞前后物体A 的运动方向相反,故A 正确;由题图可得,碰撞前v B =20-02m/s =10 m/s ,根据动量守恒得m A v A +m B v B =(m A +m B )v A ′,代入数据得:m A ∶m B =1∶2,故B 正确;碰撞前后物体A 速度大小相等,则碰撞过程中物体A 动能不变,故C 错误;碰前物体A 、B 速度方向相反,碰后物体A 、B 速度方向与物体B 碰前速度方向相同,则碰前物体B 动量较大,故D 正确.9.(多选)(2019·江西省上饶市调研)质量为M 的小车置于光滑的水平面上,左端固定一根水平轻弹簧,质量为m 的光滑物块放在小车上,压缩弹簧并用细线连接物块和小车左端,开始时小车与物块都处于静止状态,此时物块与小车右端相距为L ,如图4所示,当突然烧断细线后,以下说法正确的是( )图4A .物块和小车组成的系统机械能守恒B .物块和小车组成的系统动量守恒C .当物块速度大小为v 时,小车速度大小为mMv D .当物块离开小车时,小车向左运动的位移为m ML 答案 BC解析 弹簧推开物块和小车的过程,若取物块、小车和弹簧组成的系统为研究对象,则无其他力做功,机械能守恒,但选物块和小车组成的系统,弹力做功属于系统外其他力做功,弹性势能转化成系统的机械能,此时系统的机械能不守恒,A 选项错误;取物块和小车的系统,外力的和为零,故系统的动量守恒,B 选项正确;由物块和小车组成的系统动量守恒得:0=mv -Mv ′,解得v ′=m M v ,C 选项正确;弹开的过程满足反冲原理和“人船模型”,有v v ′=Mm,则在相同时间内x x ′=M m ,且x +x ′=L ,联立得x ′=mL M +m,D 选项错误. 10.(多选)(2018·陕西省西安一中一模)如图5所示,在光滑的水平面上有一静止的物体M ,物体M 上有一光滑的半圆弧轨道,最低点为C ,A 、B 为同一水平直径上的两点,现让小滑块m 从A 点由静止下滑,则( )图5A .小滑块m 到达物体M 上的B 点时小滑块m 的速度不为零B .小滑块m 从A 点到C 点的过程中物体M 向左运动,小滑块m 从C 点到B 点的过程中物体M 向右运动C .若小滑块m 由A 点正上方h 高处自由下落,则由B 点飞出时做竖直上抛运动D .物体M 与小滑块m 组成的系统机械能守恒,水平方向动量守恒 答案 CD解析 物体M 和小滑块m 组成的系统机械能守恒,水平方向动量守恒,D 正确;小滑块m 滑到右端两者水平方向具有相同的速度:0=(m +M )v ,v =0,可知小滑块m 到达物体M 上的B 点时,小滑块m 、物体M 的水平速度为零,故当小滑块m 从A 点由静止下滑,则能恰好到达B 点,当小滑块由A 点正上方h 高处自由下落,则由B 点飞出时做竖直上抛运动,A 错误,C 正确;小滑块m 从A 点到C 点的过程中物体M 向左加速运动,小滑块m 从C 点到B 点的过程中物体M 向左减速运动,选项B 错误.11.(2018·山东省日照市二模)2017年4月22日12时23分,“天舟一号”货运飞船与离地面390公里处的“天宫二号”空间实验室顺利完成自动交会对接.下列说法正确的是( )A .根据“天宫二号”离地面的高度,可计算出地球的质量B .“天舟一号”与“天宫二号”的对接过程,满足动量守恒、能量守恒C .“天宫二号”飞越地球的质量密集区上空时,轨道半径和线速度都略微减小D .若测得“天舟一号”环绕地球近地轨道的运行周期,可求出地球的密度 答案 D解析 根据GMmR +h2=m4π2T 2(R +h ),可得M =4π2R +h 3GT 2,则根据“天宫二号”离地面的高度,不可计算出地球的质量,选项A 错误;“天舟一号”与“天宫二号”对接时,“天舟一号”要向后喷气加速才能对接,故对接的过程不满足动量守恒,但是能量守恒,选项B 错误;“天宫二号”飞越地球的质量密集区上空时,万有引力变大,则轨道半径略微减小,引力做正功,故线速度增加,选项C 错误;G Mm R 2=m 4π2T 2R ,而M =43πR 3ρ,可得ρ=3πGT2,即若测得“天舟一号”环绕地球近地轨道的运行周期,可求出地球的密度,选项D 正确. 12.(2018·河南省新乡市第三次模拟)如图6所示,质量M =9kg 的小车A 以大小v 0=8m/s 的速度沿光滑水平面匀速运动,小车左端固定的支架光滑水平台上放置质量m =1 kg 的小球。
高考一轮复习知识考点归纳 专题06 动量守恒定律【基本概念、规律】动量及动量守恒定律第1节 动量及动量定理第2节 动量守恒定律第3节 动量守恒定律的应用实验 验证动量守恒定律(1)定义:力与力作用时间的乘积.(2)公式:I=Ft ;公式适用范围:恒力冲量;(3)量性:矢量,方向与作用力方向一致;动量及动量定理冲量动量动量定理(1)定义:物体质量与速度的乘积;(2)表达式:p=mv ;(3)量性:矢量,方向与速度方向一致;(4)物理意义:反映物体运动状态(1)内容:物体合外力冲量等于物体动量变化量;(2)表达式:F ·Δt =Δp =p ′-p . (3)注意:动量定理表达式为矢量式【重要考点归纳】考点一 动量定理的理解及应用1.动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于随时间变化的力.这种情况下,动量定理中的力F 应理解为变力在作用时间内的平均值.2.动量定理的表达式F ·Δt =Δp 是矢量式,运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向,公式中的F 是物体或系统所受的合力.3.应用动量定理解释的两类物理现象(1)当物体的动量变化量一定时,力的作用时间Δt 越短,力F 就越大,力的作用时间Δt 越长,力F 就越小,如玻璃杯掉在水泥地上易碎,而掉在沙地上不易碎.(2)当作用力F 一定时,力的作用时间Δt 越长,动量变化量Δp 越大,力的作用时间Δt 越短,动量变化量Δp 越小4.应用动量定理解题的一般步骤 (1)明确研究对象和研究过程.研究过程既可以是全过程,也可以是全过程中的某一阶段. (2)进行受力分析.只分析研究对象以外的物体施加给研究对象的力,不必分析内力. (3)规定正方向.(4)写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和),根据动量定理列方程求解.考点二 动量守恒定律与碰撞 1.动量守恒定律的不同表达形式守恒条件:(1)理想守恒:系统不受外力或所受外力的合力为零,则系统动量守恒.(2)近似守恒:系统受到的合力不为零,但当内力远大于外力时,系统的动量可近似看成守恒.(3)分方向守恒:系统在某个方向上所受合力为零时,系统在该方向上动量守恒.动量守恒定律动量守恒定律动量守恒应用1.碰撞 物体间的相互作用持续时间很短,而物体间相互作用力很大的现象.2.特点 在碰撞现象中,一般都满足内力远大于外力,可认为相互碰撞的系统动量守恒.动量守恒定律的表达式:m 1v 1+m 2v 2=m 1v ′1+m 2v ′2或Δp 1=-Δp 2.1.爆炸3.反冲 人船模型(1)p=p′,系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.(3)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的增量等大反向.(4)Δp=0,系统总动量的增量为零.2.碰撞遵守的规律(1)动量守恒,即p1+p2=p′1+p′2.(2)动能不增加,即E k1+E k2≥E′k1+E′k2或p212m1+p222m2≥p′212m1+p′222m2.(3)速度要合理.①碰前两物体同向,则v后>v前;碰后,原来在前的物体速度一定增大,且v′前≥v′后.②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.3.两种碰撞特例(1)弹性碰撞两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒.以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有m1v1=m1v′1+m2v′2①12m1v21=12m1v′21+12m2v′22②由①②得v′1=m1-m2v1m1+m2v′2=2m1v1m1+m2结论:①当m1=m2时,v′1=0,v′2=v1,两球碰撞后交换了速度.②当m1>m2时,v′1>0,v′2>0,碰撞后两球都向前运动.③当m1<m2时,v′1<0,v′2>0,碰撞后质量小的球被反弹回来.(2)完全非弹性碰撞两物体发生完全非弹性碰撞后,速度相同,动能损失最大,但仍遵守动量守恒定律.4.应用动量守恒定律解题的步骤(1)明确研究对象,确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程);(2)进行受力分析,判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒);(3)规定正方向,确定初、末状态动量;(4)由动量守恒定律列出方程;(5)代入数据,求出结果,必要时讨论说明.考点三爆炸和反冲人船模型1.爆炸的特点(1)动量守恒:由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸时物体间的相互作用力远远大于受到的外力,所以在爆炸过程中,系统的总动量守恒.(2)动能增加:在爆炸过程中,由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸后系统的总动能增加.(3)位移不变:爆炸的时间极短,因而作用过程中物体运动的位移很小,一般可忽略不计,可以认为爆炸后仍然从爆炸时的位置以新的动量开始运动.2.反冲(1)现象:物体的不同部分在内力的作用下向相反方向运动.(2)特点:一般情况下,物体间的相互作用力(内力)较大,因此系统动量往往有以下几种情况:①动量守恒;②动量近似守恒;③某一方向动量守恒.反冲运动中机械能往往不守恒.注意:反冲运动中平均动量守恒.(3)实例:喷气式飞机、火箭、人船模型等.3.人船模型若人船系统在全过程中动量守恒,则这一系统在全过程中的平均动量也守恒.如果系统由两个物体组成,且相互作用前均静止,相互作用后均发生运动,则由m1v1=-m2v2得m1x1=-m2x2.该式的适用条件是:(1)系统的总动量守恒或某一方向上的动量守恒.(2)构成系统的两物体原来静止,因相互作用而反向运动.(3)x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移.实验:验证动量守恒定律1.实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v′,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v′1+m2v′2,看碰撞前后动量是否守恒.2.实验方案方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出滑块质量.(2)安装:正确安装好气垫导轨.(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量.②改变滑块的初速度大小和方向).(4)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2.(2)安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.(3)实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰.(4)测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度.(5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验.(6)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小车的质量.(2)安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.(3)实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动.(4)测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=ΔxΔt算出速度.(5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验.(6)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案四:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球.(2)按照如图所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平.(3)白纸在下,复写纸在上,在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O.(4)不放被撞小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次.用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.如图所示.(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1OP=m1OM+m2ON,看在误差允许的范围内是否成立.(7)整理好实验器材放回原处.(8)实验结论:在实验误差范围内,碰撞系统的动量守恒.【思想方法与技巧】动量守恒中的临界问题1.滑块与小车的临界问题滑块与小车是一种常见的相互作用模型.如图所示,滑块冲上小车后,在滑块与小车之间的摩擦力作用下,滑块做减速运动,小车做加速运动.滑块刚好不滑出小车的临界条件是滑块到达小车末端时,滑块与小车的速度相同.2.两物体不相碰的临界问题两个在光滑水平面上做匀速运动的物体,甲物体追上乙物体的条件是甲物体的速度v甲大于乙物体的速度v乙,即v甲>v乙,而甲物体与乙物体不相碰的临界条件是v甲=v乙.3.涉及弹簧的临界问题对于由弹簧组成的系统,在物体间发生相互作用的过程中,当弹簧被压缩到最短时,弹簧两端的两个物体的速度相等.4.涉及最大高度的临界问题在物体滑上斜面(斜面放在光滑水平面上)的过程中,由于弹力的作用,斜面在水平方向将做加速运动.物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平方向具有共同的速度,物体在竖直方向的分速度等于零.5.正确把握以下两点是求解动量守恒定律中的临界问题的关键:(1)寻找临界状态看题设情景中是否有相互作用的两物体相距最近,避免相碰和物体开始反向运动等临界状态.(2)挖掘临界条件在与动量相关的临界问题中,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,即速度相等或位移相等。
高考物理:动量守恒定律、碰撞、反冲现象知识点归纳总结!1. 动量守恒定律:研究的对象是两个或两个以上物体组成的系统,而满足动量守恒的物理过程常常是物体间相互作用的短暂时间内发生的。
2. 动量守恒定律的条件:(1)理想守恒:系统不受外力或所受外力合力为零(不管物体间是否相互作用),此时合外力冲量为零,故系统动量守恒。
当系统存在相互作用的内力时,由牛顿第三定律得知,相互作用的内力产生的冲量,大小相等,方向相反,使得系统内相互作用的物体动量改变量大小相等,方向相反,系统总动量保持不变。
即内力只能改变系统内各物体的动量,而不能改变整个系统的总动量。
(2)近似守恒:当外力为有限量,且作用时间极短,外力的冲量近似为零,或者说外力的冲量比内力冲量小得多,可以近似认为动量守恒。
(3)单方向守恒:如果系统所受外力的矢量和不为零,而外力在某方向上分力的和为零,则系统在该方向上动量守恒。
3. 动量守恒定律应用中需注意:(1)矢量性:表达式m1v1 m2v2=中守恒式两边不仅大小相等,且方向相同,等式两边的总动量是系统内所有物体动量的矢量和。
在一维情况下,先规定正方向,再确定各已知量的正负,代入公式求解。
(2)系统性:即动量守恒是某系统内各物体的总动量保持不变。
(3)同时性:等式两边分别对应两个确定状态,每一状态下各物体的动量是同时的。
(4)相对性:表达式中的动量必须相对同一参照物(通常取地球为参照物).4.碰撞过程是指物体间发生相互作用的时间很短,相互作用过程中的相互作用力很大,所以通常可认为发生碰撞的物体系统动量守恒。
按碰撞前后物体的动量是否在一条直线上,有正碰和斜碰之分,中学物理只研究正碰的情况;碰撞问题按性质分为三类。
(1)弹性碰撞——碰撞结束后,形变全部消失,碰撞前后系统的总动量相等,总动能不变。
例如:钢球、玻璃球、微观粒子间的碰撞。
(2)一般碰撞——碰撞结束后,形变部分消失,碰撞前后系统的总动量相等,动能有部分损失.例如:木制品、橡皮泥球的碰撞。
第二节 动量守恒定律 碰撞 爆炸 反冲
1.
(2015·高考福建卷)如图,两滑块A 、B 在光滑水平面上沿同一直线相向运动,滑块A 的质量为m ,速度大小为2v 0,方向向右,滑块B 的质量为2m ,速度大小为v 0,方向向左,两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是( )
A .A 和
B 都向左运动 B .A 和B 都向右运动
C .A 静止,B 向右运动
D .A 向左运动,B 向右运动
解析:选D.选向右为正方向,则A 的动量p A =m ·2v 0=2mv 0,B 的动量p B =-2mv 0.碰前
A 、
B 的动量之和为零,根据动量守恒,碰后A 、B 的动量之和也应为零,可知四个选项中只
有选项D 符合题意.
2.
2017年7月9日,斯诺克世界杯在江苏无锡落下帷幕,由丁俊晖和梁文博组成的中国A 队在决赛中1比3落后的不利形势下成功逆转,最终以4比3击败英格兰队,帮助中国斯诺克台球队获得了世界杯三连冠.如图为丁俊晖正在准备击球,设在丁俊晖这一杆中,白色球(主球)和花色球碰撞前、后都在同一直线上运动,碰前白色球的动量p A =5 kg ·m/s ,花色球静止,白色球A 与花色球B 发生碰撞后,花色球B 的动量变为p ′B =4 kg ·m/s ,则两球质量m A 与m B 间的关系可能是( )
A .m
B =m A B .m B =1
4m A
C .m B =16
m A
D .m B =6m A
解析:选A.由动量守恒定律得p A +p B =p ′A +p ′B ,解得p ′A =1 kg ·m/s ,根据碰撞
过程中总动能不增加,则有p 2A 2m A ≥p ′2A 2m A +p ′2B
2m B ,代入数据解得m B ≥23
m A ,碰后两球同向运动,
白色球A 的速度不大于花色球B 的速度,则p ′A m A ≤p ′B m B ,解得m B ≤4m A ,综上可得2
3
m A ≤m B ≤4m A ,选项A 正确.
3.
如图所示,在光滑水平面上有一辆质量M =8 kg 的平板小车,车上有一个质量m =1.9 kg 的木块,木块距小车左端6 m(木块可视为质点),车与木块一起以v =1 m/s 的速度水平向右匀速行驶.一颗质量m 0=0.1 kg 的子弹以v 0=179 m/s 的初速度水平向左飞,瞬间击中木块并留在其中.如果木块刚好不从车上掉下,求木块与平板小车之间的动摩擦因数μ(g =10 m/s 2
).
解析:设子弹射入木块后的共同速度为v 1,以水平向左为正方向,则由动量守恒定律有
m 0v 0-mv =(m +m 0)v 1
①
代入数据解得v 1=8 m/s.
它们恰好不从小车上掉下来,则它们相对平板车滑行s =6 m 时, 它们跟小车具有共同速度v 2,则由动量守恒定律有 (m +m 0)v 1-Mv =(m +m 0+M )v 2 ②
由能量守恒定律有
Q =μ(m +m 0)gs =1
2(m +m 0)v 21+12Mv 2-12
(m +m 0+M )v 22③
联立①②③并代入数据解得μ=0.54. 答案:0.54
4.(2015·高考全国卷Ⅱ)两滑块a 、b 沿水平面上同一条直线运动,并发生碰撞;碰撞后两者粘在一起运动;经过一段时间后,从光滑路段进入粗糙路段.两者的位置x 随时间t 变化的图象如图所示.求:
(1)滑块a 、b 的质量之比;
(2)整个运动过程中,两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比. 解析:(1)设a 、b 的质量分别为m 1、m 2,a 、b 碰撞前的速度为v 1、v 2.由题给图象得
v 1=-2 m/s ① v 2=1 m/s
②
a 、
b 发生完全非弹性碰撞,碰撞后两滑块的共同速度为v .由题给图象得 v =23
m/s
③
由动量守恒定律得m 1v 1+m 2v 2=(m 1+m 2)v ④ 联立①②③④式得m 1∶m 2=1∶8.⑤
(2)由能量守恒得,两滑块因碰撞而损失的机械能为 ΔE =12m 1v 21+12m 2v 22-12
(m 1+m 2)v
2
⑥
由图象可知,两滑块最后停止运动.由动能定理得,两滑块克服摩擦力所做的功为
W =12
(m 1+m 2)v 2
⑦
联立⑥⑦式,并代入题给数据得
W ∶ΔE =1∶2.
答案:(1)1∶8 (2)1∶2。