高考解析



  动量守恒定律是力学中的重要规律之一,是高考重点考查的内容。该考点在高考中通常以计算题出现,主要考查其在碰撞、反冲、爆炸中的应用,还经常与运动定理、动能定理、机械能等知识综合命题,主要要掌握动量守恒现象及其条件判断、动量守恒运用中的参照系和时刻的同一性、分方向动量守恒、动量守恒定律的系统选择等问题.

例、如图所示,长为L=0.50 m的木板AB静止、固定在水平面上,在AB的左端面有一质量为M=0.48 kg的小木块C(可视为质点),现有一质量为m=20 g的子弹以v0=75 m/s的速度射向小木块C并留在小木块中.已知小木块C与木板AB之间的动摩擦因数为μ=0.1.( g取10 m/s2)

  (1)求小木块C运动至AB右端面时的速度大小v2.

  (2)若将木板AB固定在以u=1.0 m/s恒定速度向右运动的小车上(小车质量远大于小木块C的质量),小木块C仍放在木板AB的A端,子弹以v0′=76 m/s的速度射向小木块C并留在小木块中,求小木块C运动至AB右端面的过程中小车向右运动的距离s.

解析:

  (1)用v1表示子弹射入木块C后两者的共同速度,由于子弹射入木块C时间极短,系统动量守恒,有mv0=(m+M)v1

  ∴v1==3 m/s

  子弹和木块C在AB木板上滑动,由动能定理得:

  (m+M)v22- (m+M)v12=-μ(m+M)gL

  解得 v2==2 m/s

  用v′表示子弹射入木块C后两者的共同速度,由动量守恒定律,得mv0+Mu=(m+M)

  v1′,解得 v1′=4 m/s.

  木块C及子弹在AB木板表面上做匀减速运动a=μg.设木块C和子弹滑至AB板右端的时间为t,则木块C和子弹的位移s1=v1′t-at2

  由于m≥(m+M),故小车及木块AB仍做匀速直线运动,小车及木板AB的位移s=ut,可知:s1=s+L,

  联立以上四式并代入数据得:

  t2-6t+1=0

  解得:t=(3-2) s,(t=(3+2) s不合题意舍去)

  ∴s=ut=0.18 m

例2、用轻弹簧相连的质量均为2 kg的A、B两物块都以v = 6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动,弹簧处于原长,质量为4 kg的物体C静止在前方,如图所示,B与C碰撞后二者粘在一起运动。求:在以后的运动中,

  (1)当弹簧的弹性势能最大时物体A的速度多大?

  (2)弹性势能的最大值是多大?

  (3)A的速度有可能向左吗?为什么?

答案:

  (1)当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大,由于A、B、C三者组成的系统动量守恒,有(mA + mB)v =(mA + mB + mC)vA

  解得vA == 3(m/s)

  (2)B、C碰撞时B、C组成的系统动量守恒,设碰后瞬间B、C两者速度为

  则mBv = (mB + mc)=(m/s)

  设物块A速度为vA时弹簧的弹性势能最大为Ep,根据能量守恒

  Ep=× 62(J)

  (3)由系统动量守恒得

  mAv + mBv = mAvA + (mB + mC) vB

  设A的速度方向向左,vA < 0,则mB > 4 m/s

  则作用后A、B、C动能之和

  Ek =

  实际上系统的机械能

  

  根据能量守恒定律,Ek >是不可能的。故A不可能向左运动。

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