动量和能量专题好教师用

高中物理动量和能量专题训练三ZHI学校编辑教师李圣春1解题思路知识点总结一）高中物理中主要的功能关系有：1、外力对物体所做的总功等于物体动能的变化量，kEW总（动能定理）2、重力做功等于物体重力势能的变化量，PEW3、弹力做功等于弹性势能的变化量，PFNEW4、除弹力和重力之外其它力做功等于机械能的变化量，机械能总EW5、滑动摩擦力与阻力做功F阻s相对等于系统内能的增量，相对阻力内sFEQ，对系统一定做负功二）解决动力学问题，一般有三种途径：（1）(力的观点)牛顿第二定律和运动学公式；（2）(动量观点)动量定理和动量守恒定律；（3）(能量观点)动能定理、机械能守恒定律、功能关系、能的转化和守恒定律三）区分内力和外力内力和外力是相对的，两个物体相互作用，如果选择每个物体为研究对象，则相互作用力对每个物体来说都是外力，它参与每个物体运动状态的变化；若选择两个物体构成的系统（整体）为研究对象，则此时的相互作用力称为内力，由于它们作用在一个整体上，其动力学效果可以抵消，即相互作用力不能引起整个系统的状态发生变化．内力不能引起系统的动量发生变化，因此在判定系统的动量守恒条件是否满足时，不必分析内力，只需分析系统受到的外力．如果系统受到的合外力不为零，则系统的动量将发生变化，并且系统所受合外力的冲量等于系统的动量的变化量，即动量定理对整个系统也是适用的．一．碰撞相关问题（物体发生完全非弹性碰撞的瞬间存在机械能的瞬时损失和在轻绳被拉直的瞬间存在机械能的瞬时损失）碰撞可分为非弹性碰撞和弹性碰撞。非弹性碰撞的特例是完全非弹性碰撞。我们可以把碰撞分成以下过程：1）一动一静弹性正碰模型：（如果两球质量相等，发生弹性正碰，则交换速度。）210Mvmvmv222120212121Mvmvmv01vmMmMv，022vmMmv如果两球发生完全非弹性碰撞，则共vmmvmvm)(212211，则损失动能为221222211Kv)mm(21vm21vm21E共例题.如图所示，在光滑水平面上静止着一倾角为θ、质量为M的斜面体B．现有一质量为优的物块A以初速度vo沿斜面上滑，若A刚好可到达B的顶端，且A、B具有共同速度．若不计A、B间的摩擦，求A滑到B的顶端时，A的速度大小．高中物理动量和能量专题训练三ZHI学校编辑教师李圣春2类型题变式练习1：在不计一切摩擦的情况下，滑道B的质量均为M，滑块A的质量均为M．(a)图中a为半径R的1／4圆弧滑道，A、B最初均处于静止状态，现让A自由下滑，求A滑离B时A和B的速度大小之比．(b)图中b也是半径为R的1／4圆弧轨道，初态时B静止不动，滑块A以速度v。沿轨道上滑，若滑块已滑出滑道B，求滑出时B的速度为多大?2．如图所示，质量为M的滑块静止在光滑的水平桌面上，滑块的光滑弧面底部与桌面相切，一个质量为m的小球，以速度v0向滑块滚来，设小球不能越过滑块，则小球刚好到达最高点时，小球的速度大小为，滑块的速度大小为．3．质量为M的小车静止在光滑的水平桌面上，滑块的光滑弧面水平，一个质量为m的小球，以速度v0向小车滚来，设小球不能越过小车，则小球刚好到达最高点时，求小球上升的高度。二．动量守恒中与能量守恒定律的应用“摩擦生热”计算问题。两个物体相互摩擦而产生的热量Q（或说系统内能的增加量）等于物体之间滑动摩擦力f与这两个物体间相对滑动的路程的乘积，即Q=fS相.利用这结论可以简便地解答高考试题中的“摩擦生热”问题。例题如图10，长木板ab的b端固定一档板，木板连同档板的质量为M=4.0kg，a、b间的距离S=2.0m。木板位于光滑水平面上。在木板a端有一小物块，其质量m=1.0kg，小物块与木板间的动摩擦因数μ=0.10，它们都处于静止状态。现令小物块以初速V0=4m/s沿木板向前滑动，直到和档板相撞。碰撞后，小物块恰好回到a端而不脱离木板。求碰撞过程中损失的机械能。高中物理动量和能量专题训练三ZHI学校编辑教师李圣春3[解析]设木块和物块最后共同的速度为V，由动量守恒定律设全过程损失的机械能为E，则有：在全过程中因摩擦而生热Q=2μmgS,则据能量守恒可得在碰撞过程中损失的机械能为：E1=E-Q=2.4J.练习1：如图所示，质量M=kg2的小车静止在光滑水平面上，车上AB段长ml1，动摩擦因数3.0，BC部分是一光滑的41圆弧形轨道，半径mR4.0，今有质量kgm1的金属滑块以水平速度smv/50冲上小车，试求小车能获得的最大速度。[解析]滑块从滑上小车到再次运动到B点时，小车速度最大，设滑块的速度为1v，小车速度为2v，由动量守恒和能量守恒可得：mglMvmvmvmvMvmv222120120212121解得smvsmv/31/322或（舍去）[反思]（1）由于各运动过程中系统水平方向动量始终守恒，而竖直方向动量并不守恒，为此，可不求滑块第一次到达B、C点各时刻的速度，从而使分析、计算过程大大简化。（2）但需强调不可能有“系统在某一方向上机械能守恒的情况”，滑块在小车水平部分滑动过程产生的热量可直接用滑动摩擦力乘以相对位移，而不必求滑块和小车的绝对位移。2．如图所示，长为L，质量为M的木板A静止在光滑的水平桌面上，有一质量为m的小木块B以水平速度0v滑入木板A的左端．木块B与木板A之间的动摩擦因数为，木块B的大小不计，问：如果最后B恰好到达A木板的右端不落下来，则0v的大小应是多大?MmMgLv)(20拓展、用动量守恒定律和能量守恒解“相对滑动类”问题例题：如图所示，一质量为M、长为L的长方形木板B放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为m的小木块A，m＜M.现以地面为参照系，给A和B以大小相等、方向相反的初速度(如图1)，使A开始向左运动，B开始向右运动，但最后A刚好没有滑离B板，以地面为参照系.(1)若已知A和B的初速度大小为V0，求它们最后的速度大小和方向.(2)若初速度的大小未知，求小木块A向左运动到达的最远处(从地面上看)V0V0BA高中物理动量和能量专题训练三ZHI学校编辑教师李圣春4离出发点的距离.分析与解：方法、用能量守恒定律和动量守恒定律求解。A刚好没有滑离B板，表示当A滑到B板的最左端时，A、B具有相同的速度，设此速度为V，A和B的初速度的大小为V0，则据动量守恒定律可得：MV0－mV0=(m+m)V解得：V＝mMmM.V0，方向向右.当A相对地面速度为零的时候，位移最大。对系统的全过程，由能量守恒定律得：Q=fL=220)(21)21VMmVmM（对于A：fL1=2021mV由上述二式联立求得L1=MLmM4)(.三．机车-拖车类问题例汽车M拉着拖车m在平直的公路上匀速行驶，设阻力与重力成正比，比例系数为k；突然拖车与汽车脱钩，而汽车的牵引力不变，则在拖车停止运动前（C）A．汽车的动量减小B。拖车的动量增加C．汽车和拖车的总动量守恒D。汽车和拖车的总动量不守恒练习1：一列火车在牵引力F作用下水平直轨道上做匀速直线运动，总质量为M，速度为v，某时刻有质量为m的一节车厢脱钩，司机并未发觉，又继续行驶了一段距离s，这期间机车的牵引力保持不变，并且火车各部分所受的阻力跟速度无关。当司机发现后，后面脱钩的车厢的速度已减为3/v，此时刻火车前面部分的速度多大？解答：站在整个火车（车和脱钩车厢）的角度来看，系统在水平方向上脱钩后所受的合外力仍等于零，故水平方向上系统的动量守恒：vmMvmMv)(3/①得vmMmMv)(33拓展一列火车在牵引力F作用下水平直轨道上做匀速直线运动，总质量为M，速度为v，某时刻有质量为m的一节车厢脱钩，司机并未发觉，又继续行驶了一段距离s，这期间机车的牵引力保持不变，并且火车各部分所受的阻力跟速度无关，与车的质量成正比，当司机发现后，立即撤去牵引力，问两车停下时相距多远？解答：如果在车厢脱钩的同时撤去牵引力，则两个停下时相距多远？为什么停下时会拉开距离？（牵引力多做了FS的功）由此smMMFsF)(得smMMs四．人船（车）模型类的推广和应用（平均动量守恒大多适用于求位移的动量守恒问题．）例2如图所示，质量分别为m的物体视为质点，斜面的质量为M，底边长为b，设斜面与地间无摩擦，当m由顶端从静止开始滑到底端时，两者水平位移各是多少？分析两个物体构成的系统水平方向不受力，所以水平动量守恒，竖直方向上由于m有向下的分加速度，所以有失重现象，使得系统对的重力大于地面对系统的支持力，所以竖直方向上合外力不等于零，动量不守恒。高中物理动量和能量专题训练三ZHI学校编辑教师李圣春5解设m向左移动的速度为1v，位移为1s，斜面向右移动的速度为2v，位移为2s，根据水平动量守恒，21Mvmv①两边乘上时间t得21Msms②由于bss21③解得bmMMs1，bmMms2练习1：如图2所示，质量为m的人，站在质量为M的车的一端，开始时均相对于地面静止．当车与地面间的摩擦可以不计时，人由一端走到另一端的过程中【BD】A．人在车上行走的平均速度越大,则车在地上移动的距离越小B．不管人以怎样的平均速度走到另一端，车在地上移动的距离都一样C．人在车上走时，若人相对车突然停止，则车沿与人行速度相反的方向作匀速直线运动D．人在车上行走突然停止时，则车也突然停止2．在匀速前进的船上，分别向前、后抛出两个质量相等的物体，抛出时两个物体相对地面的水平速度大小相等，物体抛出后船的速度【C】A．大小不变B．减小C．增大D．不能确定3．质量为M的小船以速度0v行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾。现小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止的水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中，求小孩b跃出后小船的速度。解答：船和两个小孩组成的系统水平动量守恒vMmvvmvvmM0)2(得MvmMv0)2(也可以分成两个过程（两个系统）应用动量守恒定律：小孩a沿水平方向以速率v向前跃入水中：mvvmMvmM10)()2(①小孩b沿水平方向以同一速率v向后跃入水中：mvMvvmM21)(②①+②得mvmvMvvmM20)2(③即为三个物体两个过程总系统的动量守恒定律。4．质量为M的气球下面系一轻质绳梯，质量为m的人静止在绳梯上，距地面高H处，问绳子至少多长，人才能沿绳子安全滑至地面?五、与弹簧弹性势能的结合【例题】（2000年全国）在原子核物理中，研究核子与核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0v射向高中物理动量和能量专题训练三ZHI学校编辑教师李圣春6B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，突然解除锁定（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。图1【点拨解疑】（1）设C球与B球粘结成D时，D的速度为1v，由动量守恒，有10)(vmmmv①当弹簧压至最短时，D与A的速度相等，设此速度为2v，由动量守恒，有2132mvmv②由①、②两式得A的速度0231vv③（2）设弹簧长度被锁定后，贮存在弹簧中的势能为PE，由能量守恒，有PEmvmv2221321221④撞击P后，A与D的动能都为零，解除锁定后，当弹簧刚恢复到自然长度时，势能全部转变成D的动能，设D的速度为3v，则有23)2(21vmEP⑤当弹簧伸长时，A球离开挡板P，并获得速度。当A、D的速度相等时，弹簧伸至最长。设此时的