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【學(xué)霸筆記:同步精講】03 第一章 3.動(dòng)量守恒定律 課件--高中人教版物理選擇性必修第一冊(cè)

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【學(xué)霸筆記:同步精講】03 第一章 3.動(dòng)量守恒定律 課件--高中人教版物理選擇性必修第一冊(cè)

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復(fù)習(xí)任務(wù)群一
現(xiàn)代文閱讀Ⅰ
把握共性之“新” 打通應(yīng)考之“脈”
第一章 動(dòng)量守恒定律
3.動(dòng)量守恒定律
[學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.能運(yùn)用動(dòng)量定理和牛頓第三定律分析碰撞現(xiàn)象中的動(dòng)量變化。2.在了解系統(tǒng)、內(nèi)力和外力的基礎(chǔ)上,理解動(dòng)量守恒定律。3.能夠運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象。4.了解動(dòng)量守恒定律的普遍適用性和牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用范圍的局限性。
[教用·問(wèn)題初探]——通過(guò)讓學(xué)生回答問(wèn)題來(lái)了解預(yù)習(xí)教材的情況
問(wèn)題1 第1節(jié)兩輛小車(chē)碰撞的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,是否適用于一般的碰撞現(xiàn)象?
問(wèn)題2 怎樣證明“碰撞前后動(dòng)量不變”這一結(jié)論?
問(wèn)題3 這個(gè)結(jié)論是一個(gè)普遍的規(guī)律嗎?
探究重構(gòu)·關(guān)鍵能力達(dá)成
【鏈接教材】 如人教版教材P12圖1.3- 1所示,在光滑水平桌面上做勻速運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)物體A、B,質(zhì)量分別是m1和m2,沿同一直線向同一方向運(yùn)動(dòng),速度分別是v1和v2,v2>v1。當(dāng)B追上 A時(shí)發(fā)生碰撞。
知識(shí)點(diǎn)一 動(dòng)量守恒定律
問(wèn)題1 若要研究碰撞前后兩物體的動(dòng)量之和,研究過(guò)程是哪一段?系統(tǒng)該如何選????jī)?nèi)力和外力分別是哪些力?
提示:A、B兩物體相接觸的這一階段,選A、B兩物體為一系統(tǒng)。
內(nèi)力是指A所受B對(duì)它的作用力F1和B所受A對(duì)它的作用力F2;外力指A、B各自的重力及地面對(duì)它們的支持力。
問(wèn)題2 物體A、B受到哪些力的作用?影響物體A、B動(dòng)量變化的是哪些力的沖量?這些沖量之間有什么關(guān)系?
提示:物體A受重力、支持力和B對(duì)A的作用力F1。
物體B受重力、支持力和A對(duì)B的作用力F2。
F1、F2分別對(duì)A、B的沖量;大小相等,方向相反。
問(wèn)題3 規(guī)定初速度方向?yàn)檎较?,結(jié)合牛頓第三定律與動(dòng)量定理,分別列出求解兩個(gè)物體動(dòng)量變化的表達(dá)式,比較物體A、B碰撞前后的動(dòng)量之和,你有什么發(fā)現(xiàn)?
提示:兩物體碰撞后的動(dòng)量之和等于碰撞前的動(dòng)量之和。
【知識(shí)梳理】 
1.系統(tǒng)、內(nèi)力和外力
(1)系統(tǒng):由兩個(gè)(或多個(gè))__________的物體構(gòu)成的整體叫作一個(gè)力學(xué)系統(tǒng),簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。
(2)內(nèi)力:系統(tǒng)中物體間的作用力,叫作內(nèi)力。
(3)外力:系統(tǒng)_____的物體施加給系統(tǒng)內(nèi)物體的力,叫作外力。
相互作用 
以外
2.動(dòng)量守恒定律
(1)內(nèi)容:如果一個(gè)系統(tǒng)_________,或者所受外力的矢量和為_(kāi)__,則這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。
(2)表達(dá)式:m1v1+m2v2=______________。
(3)適用條件:系統(tǒng)_________或者所受外力的__________。
不受外力
0 
m1v1′+m2v2′ 
不受外力 
矢量和為0
【思考討論】 如人教版教材P13圖1.3- 2所示,靜止的兩輛小車(chē)用細(xì)線相連,中間有一個(gè)壓縮了的輕質(zhì)彈簧。
問(wèn)題1 燒斷細(xì)線后,由于彈力的作用,兩輛小車(chē)分別向左、右運(yùn)動(dòng),它們都獲得了動(dòng)量,它們的總動(dòng)量是否增加了?
提示:系統(tǒng)所受合外力為0,動(dòng)量守恒,整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)總動(dòng)量總為0。
問(wèn)題2 燒斷細(xì)繩后,按住左邊的小車(chē),由于彈力的作用,右邊的小車(chē)向右運(yùn)動(dòng),右邊小車(chē)獲得了動(dòng)量,那么它們的總動(dòng)量是否守恒?
提示:系統(tǒng)所受合外力不為0,動(dòng)量不守恒。
問(wèn)題3 彈簧左右兩端分別與兩輛小車(chē)相連。燒斷細(xì)繩后,按住左邊的小車(chē),由于彈力的作用,右邊小車(chē)向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)的瞬間,松開(kāi)左邊小車(chē),哪個(gè)過(guò)程它們的總動(dòng)量不守恒,哪個(gè)過(guò)程它們的總動(dòng)量守恒?
提示:燒斷繩子瞬間到彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)前,系統(tǒng)所受外力不為0,動(dòng)量不守恒。松開(kāi)左邊小車(chē)后,系統(tǒng)合外力為0,動(dòng)量守恒。
【知識(shí)歸納】
1.動(dòng)量守恒定律的成立條件
(1)系統(tǒng)不受外力或所受合外力為0。
(2)系統(tǒng)受外力作用,合外力也不為0,但合外力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力。這種情況嚴(yán)格地說(shuō)只是動(dòng)量近似守恒,但卻是最常見(jiàn)的情況。
(3)系統(tǒng)所受到的合外力不為0,但在某一方向上合外力為0,或在某一方向上外力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力,則系統(tǒng)在該方向上動(dòng)量守恒。
如圖所示:
2.動(dòng)量守恒定律不同表達(dá)式的含義
(1)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(或p=p′):表示相互作用的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng),作用前的總動(dòng)量等于作用后的總動(dòng)量。
(2)Δp1=-Δp2:表示相互作用的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng),其中一個(gè)物體的動(dòng)量變化量與另一個(gè)物體的動(dòng)量變化量一定大小相等、方向相反。
(3)Δp=0:表示系統(tǒng)總動(dòng)量的變化量為零。
【典例1】 (動(dòng)量守恒的判斷)關(guān)于系統(tǒng)動(dòng)量守恒的條件,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.靜止在光滑水平面上的斜槽頂端有一小球,小球由靜止釋放,在離開(kāi)斜槽前小球和斜槽組成的系統(tǒng)的動(dòng)量守恒
B.在光滑的水平地面上有兩輛小車(chē),在兩小車(chē)上各綁一個(gè)條形磁鐵,他們?cè)谙嘞蜻\(yùn)動(dòng)的過(guò)程中動(dòng)量不守恒
C.一枚在空中飛行的火箭在某時(shí)刻突然炸裂成兩塊,在炸裂前后系統(tǒng)動(dòng)量不守恒
D.子彈打進(jìn)木塊的瞬間子彈和木塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒

D [離開(kāi)斜槽前小球和斜槽組成的系統(tǒng)豎直方向所受合力不為零,動(dòng)量不守恒,故A錯(cuò)誤;兩小車(chē)相向運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,故B錯(cuò)誤;火箭炸裂前后系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,故C錯(cuò)誤;子彈打進(jìn)木塊的瞬間子彈和木塊組成的系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,故D正確。]
規(guī)律總結(jié) 系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒的判定方法
(1)選定研究對(duì)象及研究過(guò)程,分清外力與內(nèi)力。
(2)分析系統(tǒng)受到的外力矢量和是否為零,若外力矢量和為零,則系統(tǒng)動(dòng)量守恒;若外力在某一方向上合力為零,則在該方向上系統(tǒng)動(dòng)量守恒。系統(tǒng)動(dòng)量嚴(yán)格守恒的情況很少,在分析具體問(wèn)題時(shí)要注意把實(shí)際過(guò)程理想化。
(3)除了利用動(dòng)量守恒條件判定外,還可以通過(guò)實(shí)際過(guò)程中系統(tǒng)各物體各方向上總動(dòng)量是否保持不變來(lái)進(jìn)行直觀的判定。
【教用·備選例題】 (對(duì)動(dòng)量守恒條件的理解)(多選)下列各圖所對(duì)應(yīng)的物理過(guò)程中,系統(tǒng)動(dòng)量守恒的是 (  )
A.甲   B.乙   C.丙   D.丁


AC [題圖甲中,子彈射入木塊的過(guò)程中,系統(tǒng)水平方向受到的合力為零,則系統(tǒng)動(dòng)量守恒;題圖乙中,剪斷細(xì)線,壓縮的彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)的過(guò)程中,水平方向要受到豎直墻壁對(duì)M的作用,即水平方向受到的合力不為零,系統(tǒng)動(dòng)量不守恒;題圖丙中,兩球勻速下降,則受到的重力和浮力的合力為零;剪斷細(xì)線后,系統(tǒng)受到的重力和浮力不變,則系統(tǒng)受到的合力仍為零,系統(tǒng)動(dòng)量守恒;題圖丁中,物塊沿放在光滑地面上的光滑斜面下滑的過(guò)程中,系統(tǒng)所受合外力不為零,系統(tǒng)動(dòng)量不守恒,但是系統(tǒng)在水平方向的動(dòng)量守恒。故選AC。]
動(dòng)量守恒定律的普適性
1.牛頓運(yùn)動(dòng)定律解決問(wèn)題要涉及_________的力,而動(dòng)量守恒定律只涉及過(guò)程_____兩個(gè)狀態(tài),與過(guò)程力的細(xì)節(jié)_____,所以在解決問(wèn)題上比運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律更簡(jiǎn)捷。
2.動(dòng)量守恒定律的適用范圍非常廣泛,_____、_____(接近光速)、低速、_____(小到分子、原子的尺度)領(lǐng)域均適用。
知識(shí)點(diǎn)二 動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用
整個(gè)過(guò)程 
始末 
無(wú)關(guān)
宏觀
高速
微觀
【思考討論】 一枚在空中飛行的火箭質(zhì)量為m,在某時(shí)刻的速度大小為v,燃料即將耗盡。此時(shí),火箭突然炸裂成兩塊,其中質(zhì)量為m1的一塊沿著與v相同的方向飛去,速度為v1。
問(wèn)題1 此題的條件與人教版教材P15[例題2]有哪些變化?
提示:一是初速度的方向不一定是水平的,二是炸裂后已知的那塊速度與初速度同向。
問(wèn)題2 在此爆炸過(guò)程中動(dòng)量還守恒嗎?你是如何判斷是否守恒的?如果守恒,其動(dòng)量守恒的表達(dá)式如何寫(xiě)?
提示:在爆炸過(guò)程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于自身的重力,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,相互作用前后動(dòng)量均在同一直線上。選初速度方向?yàn)檎较颍瑒t有:mv=m1v1+(m-m1)v2。
問(wèn)題3 另一塊的飛行方向如何判斷?
提示:由(2)得v2=,其方向需要分類討論。
【典例2】 [鏈接教材P14例題1](動(dòng)量守恒定律的定量計(jì)算)冬季雨雪天氣時(shí),公路上容易發(fā)生交通事故。在結(jié)冰的公路上,一輛質(zhì)量為1.8×103 kg的輕型貨車(chē)尾隨另一輛質(zhì)量為1.2×103 kg的轎車(chē)同向行駛,因貨車(chē)未及時(shí)剎車(chē)而發(fā)生追尾(即碰撞,如圖)。若追尾前瞬間貨車(chē)速度大小為36 km/h,轎車(chē)速度大小為18 km/h,剛追尾后兩車(chē)視為緊靠在一起,此時(shí)兩車(chē)的速度為多大?
[解析] 設(shè)貨車(chē)質(zhì)量為m1,轎車(chē)質(zhì)量為m2,碰撞前貨車(chē)速度為v1、轎車(chē)速度為v2,碰撞后兩車(chē)速度為v,選定兩車(chē)碰撞前的速度方向?yàn)檎较?。由題意可知,m1=1.8×103 kg,m2=1.2×103 kg,v1=36 km/h,v2=18 km/h
由動(dòng)量守恒定律得
m1v1+m2v2=(m1+m2)v
v==8 m/s=28.8 km/h
所以,剛追尾后兩車(chē)的速度大小為28.8 km/h。
[答案] 28.8 km/h
規(guī)律總結(jié) 應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解題的基本步驟
(1)找:找研究對(duì)象(系統(tǒng)包括哪幾個(gè)物體)和研究過(guò)程;
(2)析:進(jìn)行受力分析,判斷系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒(或在某一方向是否守恒);
(3)定:規(guī)定正方向,確定初末狀態(tài)動(dòng)量正負(fù)號(hào);
(4)列:由動(dòng)量守恒定律列方程;
(5)解:解方程,得出最后的結(jié)果,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。
【教材原題P14例題1】 如圖1.3- 3,在列車(chē)編組站里,一輛質(zhì)量為1.8×104 kg的貨車(chē)在平直軌道上以2 m/s的速度運(yùn)動(dòng),碰上一輛質(zhì)量為2.2×104 kg的靜止的貨車(chē),它們碰撞后結(jié)合在一起繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。求貨車(chē)碰撞后運(yùn)動(dòng)的速度。
分析 兩輛貨車(chē)在碰撞過(guò)程中發(fā)生相互作用,將它們看成一個(gè)系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)是我們的研究對(duì)象。系統(tǒng)所受的外力有:重力、地面支持力和摩擦力。重力與支持力之和等于0,摩擦力遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的內(nèi)力,可以忽略。因此,可以認(rèn)為碰撞過(guò)程中系統(tǒng)所受外力的矢量和為0,動(dòng)量守恒。
為了應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決這個(gè)問(wèn)題,需要確定碰撞前后的動(dòng)量。
[解析] 已知m1=1.8×104 kg,m2=2.2×104 kg。沿碰撞前貨車(chē)運(yùn)動(dòng)的方向建立坐標(biāo)軸(圖1.3 -3),有v1=2 m/s。設(shè)兩車(chē)結(jié)合后的速度為v。兩車(chē)碰撞前的總動(dòng)量為
p=m1v1
碰撞后的總動(dòng)量為
p′=(m1+m2)v
根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得
(m1+m2)v=m1v1
解出
v= m/s=0.9 m/s
兩車(chē)結(jié)合后速度的大小是0.9 m/s;v是正值,表示兩車(chē)結(jié)合后仍然沿坐標(biāo)軸的方向運(yùn)動(dòng),即仍然向右運(yùn)動(dòng)。
[答案] 0.9 m/s,方向向右
【典例3】 (人教版P15例題2改編)(爆炸模型)地空導(dǎo)彈又稱防空導(dǎo)彈,是指從地面發(fā)射攻擊空中目標(biāo)的導(dǎo)彈。如圖所示,某次導(dǎo)彈試射中,質(zhì)量為M的地空導(dǎo)彈斜射向天空,運(yùn)動(dòng)到空中最高點(diǎn)時(shí)速度為v0,突然炸成彈頭和彈尾兩塊,質(zhì)量為m的彈頭以速度v沿v0的方向飛去,爆炸過(guò)程時(shí)間極短,為Δt。整個(gè)過(guò)程忽略空氣阻力,重力加速度為g,則下列說(shuō)法正確的是(  )
A.爆炸后的一瞬間,彈尾以的速度沿著與v0相反的方向飛去
B.爆炸過(guò)程中彈尾對(duì)彈頭的平均作用力大小為+mg
C.爆炸過(guò)程釋放的化學(xué)能為
D.爆炸后到落地前,彈頭和彈尾構(gòu)成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒

D [在最高點(diǎn)水平方向動(dòng)量守恒,取v0的方向?yàn)檎较?,有Mv0=(M-m)v′+mv,則彈尾的速度為v′=,可正可負(fù)可為零,故A錯(cuò)誤;爆炸過(guò)程時(shí)間極短,可忽略重力作用,對(duì)質(zhì)量為m的彈頭用動(dòng)量定理,F(xiàn)Δt=mv-mv0,解得F=,故B錯(cuò)誤;爆炸過(guò)程釋放的化學(xué)能為E=(M-m)v′2-,故C錯(cuò)誤;爆炸后到落地前,彈頭和彈尾構(gòu)成的系統(tǒng)在水平方向上不受外力,因此在水平方向動(dòng)量守恒,故D正確。]
規(guī)律總結(jié) 處理爆炸問(wèn)題的兩點(diǎn)提醒
(1)在處理爆炸問(wèn)題列動(dòng)量守恒方程時(shí)應(yīng)注意:爆炸前的動(dòng)量是指即將爆炸那一刻的動(dòng)量,爆炸后的動(dòng)量是指爆炸剛好結(jié)束那一刻的動(dòng)量。
(2)在爆炸過(guò)程中,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,但是機(jī)械能一定不守恒,且爆炸前那一刻的機(jī)械能一定小于爆炸剛好結(jié)束那一刻的機(jī)械能。
(注意:由于爆炸過(guò)程中物體的位移很小可以忽略,故爆炸過(guò)程中物體的重力勢(shì)能可以認(rèn)為不變,機(jī)械能的變化體現(xiàn)為動(dòng)能的變化)

【典例4】 (分方向動(dòng)量守恒)如圖所示,小車(chē)放在光滑的水平面上,將系著繩的小球拉開(kāi)到一定的角度,然后同時(shí)放開(kāi)小球和小車(chē),那么在以后的過(guò)程中(  )
A.小球向左擺動(dòng)時(shí),小車(chē)也向左運(yùn)動(dòng),且系統(tǒng)動(dòng)量守恒
B.小球向左擺動(dòng)時(shí),小車(chē)向右運(yùn)動(dòng),且系統(tǒng)動(dòng)量守恒
C.小球向左擺到最高點(diǎn)時(shí),小球的速度為零而小車(chē)的速度不為零
D.在任意時(shí)刻,小球和小車(chē)在水平方向上的動(dòng)量一定大小相等、方向相反(或都為零)
D [依題意,小車(chē)和小球組成的系統(tǒng)水平方向不受外力作用,所以系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒,則有小球向左擺動(dòng)時(shí),小車(chē)向右運(yùn)動(dòng),故A、B錯(cuò)誤;由于系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒,所以在任意時(shí)刻,小球和小車(chē)在水平方向上的動(dòng)量一定大小相等、方向相反(或都為零),小球向左擺到最高點(diǎn)時(shí),小球的速度為零,則小車(chē)的速度也為零,故C錯(cuò)誤,D正確。]
【教用·備選例題】 如圖所示,質(zhì)量為M的滑塊靜止在光滑的水平面上,滑塊的光滑弧面底部與桌面相切,一個(gè)質(zhì)量為m的小球以速度v0向滑塊滾來(lái),小球最后未越過(guò)滑塊,則小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí),小球和滑塊的速度大小是(  )

A.  B.  C.  D.
A [小球沿滑塊上滑的過(guò)程中,小球和滑塊組成的系統(tǒng)在水平方向上不受外力,因而系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒,小球到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)和滑塊具有相同的對(duì)地速度v(若速度不相同,必然相對(duì)運(yùn)動(dòng),此時(shí)一定不是最高點(diǎn))。由系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒得mv0=(M+m)v,所以v=。]
【典例5】 (涉及動(dòng)量守恒的臨界問(wèn)題)如圖所示,有一質(zhì)量為m的小球,以速度v0滑上靜置于光滑水平面上帶有四分之一光滑圓弧軌道的滑塊?;瑝K的質(zhì)量為3m,小球在上升過(guò)程中始終未能沖出圓弧,重力加速度為g,在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中(  )
A.小球和滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒
B.小球在圓弧軌道最高點(diǎn)的速度大小為
C.小球在圓弧軌道上能上升的最大高度為
D.小球離開(kāi)圓弧軌道時(shí)圓弧軌道的速度大小為

C [在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,小球和滑塊組成的系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒,系統(tǒng)豎直方向動(dòng)量不守恒,故A錯(cuò)誤;小球在圓弧軌道上升到最高點(diǎn)時(shí)小球與滑塊速度相同,系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒,規(guī)定v0的方向?yàn)檎较?,有mv0=4mv,解得v=,故B錯(cuò)誤;根據(jù)機(jī)械能守恒定律得×4mv2+mgh,解得h=,故C正確;小球離開(kāi)圓弧軌道時(shí),根據(jù)動(dòng)量守恒定律,則有mv0=mv1+3mv2,根據(jù)機(jī)械能守恒定律,則有,聯(lián)立以上兩式可得v1=-,故D錯(cuò)誤。故選C。]
規(guī)律總結(jié) 動(dòng)量守恒定律應(yīng)用中還有以下常見(jiàn)臨界情形
(1)光滑水平面上的A物體以速度v去撞擊靜止的B物體,A、B兩物體相距最近時(shí),兩物體速度必定相等,此時(shí)彈簧最短,其壓縮量最大。
(2)物體A以速度v0滑到靜止在光滑水平面上的足夠長(zhǎng)的小車(chē)B上,當(dāng)A、B兩物體的速度相等時(shí),A在B上滑行的距離最遠(yuǎn)。
(3)質(zhì)量為M的滑塊靜止在光滑水平面上,滑塊的光滑弧面底部與水平面相切,一個(gè)質(zhì)量為m的小球以速度v0向滑塊滾來(lái)。設(shè)小球不能越過(guò)滑塊,則小球到達(dá)滑塊上的最高點(diǎn)(即小球豎直方向上的速度為零)時(shí),兩物體的速度肯定相等(方向?yàn)樗较蛴?。
【教用·備選例題】 (多選)滑板運(yùn)動(dòng)是由沖浪運(yùn)動(dòng)演變而成的一種運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目。如圖所示,一同學(xué)在水平地面上進(jìn)行滑板練習(xí),該同學(xué)站在滑板A前端以20 m/s的共同速度向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),在滑板A正前方有一靜止的滑板B。在滑板A接近滑板B時(shí),該同學(xué)迅速?gòu)幕錋跳上滑板B,接著又從滑板B跳回滑板A,兩滑板恰好不相撞(以相同速度運(yùn)動(dòng))。該同學(xué)的質(zhì)量為45 kg,兩滑板的質(zhì)量均為2.5 kg,不計(jì)滑板
與地面間的摩擦,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.上述過(guò)程中該同學(xué)與滑板A和滑板B組成的系統(tǒng)水平方向上動(dòng)量守恒
B.該同學(xué)跳上滑板B后,他和滑板B的速度大小為19 m/s
C.該同學(xué)從滑板A跳上滑板B后,滑板A的速度小于19 m/s
D.該同學(xué)跳離滑板B的過(guò)程中,對(duì)滑板B的沖量小于47.5 N·s


AD [上述過(guò)程中該同學(xué)與滑板A和滑板B組成的系統(tǒng)水平方向合外力為0,水平方向上動(dòng)量守恒,A正確;該同學(xué)從滑板B跳回滑板A,兩滑板恰好不相撞,三者共速為v,由動(dòng)量守恒可得(M+m)v0=(M+2m)v,解得v=19 m/s,該同學(xué)從滑板B跳離過(guò)程中,動(dòng)量守恒(M+m)v1=Mv-mv2,化簡(jiǎn)整理得v1同學(xué)跳離A時(shí),使A減速,跳回A時(shí)再一次使A減速到19 m/s,說(shuō)明該同學(xué)從滑板A跳上滑板B后,滑板A的速度大于19 m/s,C錯(cuò)誤;該同學(xué)跳離滑板B后,滑板B的動(dòng)量為p=mv=47.5 N·s,又有跳離前B已經(jīng)有與A運(yùn)動(dòng)同向的動(dòng)量,所以該同學(xué)跳離滑板B的過(guò)程中,對(duì)滑板B的沖量大小等于動(dòng)量變化量,小于47.5 N·s,D正確。故選AD。]
應(yīng)用遷移·隨堂評(píng)估自測(cè)
1.如圖所示,光滑水平地面上有一小車(chē),一輕彈簧的一端與車(chē)廂的擋板相連,另一端與滑塊相連,滑塊與車(chē)廂的水平底板有摩擦。用力向右推動(dòng)車(chē)廂,使彈簧壓縮,撤去推力時(shí)滑塊在車(chē)廂底板上有相對(duì)滑動(dòng)。在地面參考系(可視為慣性系)中,從撤去推力開(kāi)始,小車(chē)、彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)(  )
A.動(dòng)量守恒,機(jī)械能守恒
B.動(dòng)量守恒,機(jī)械能不守恒
C.動(dòng)量不守恒,機(jī)械能守恒
D.動(dòng)量不守恒,機(jī)械能不守恒

B [撤去推力,系統(tǒng)所受合外力為0,動(dòng)量守恒,滑塊和小車(chē)之間有滑動(dòng)摩擦力,由于摩擦生熱,故系統(tǒng)機(jī)械能減少,B正確。]
2.某機(jī)車(chē)以0.8 m/s的速度駛向停在鐵軌上的15節(jié)車(chē)廂,跟它們對(duì)接。機(jī)車(chē)跟第1節(jié)車(chē)廂相碰后,它們連在一起具有一個(gè)共同的速度,緊接著又跟第2節(jié)車(chē)廂相碰,就這樣,直至碰上最后一節(jié)車(chē)廂。設(shè)機(jī)車(chē)和車(chē)廂的質(zhì)量都相等,則跟最后一節(jié)車(chē)廂相碰后車(chē)廂的速度為(鐵軌的摩擦忽略不計(jì))(  )
A.0.053 m/s   B.0.05 m/s
C.0.057 m/s   D.0.06 m/s

B [取機(jī)車(chē)和15節(jié)車(chē)廂整體為研究對(duì)象,由動(dòng)量守恒定律得mv0=(m+15m)v,解得v=×0.8 m/s=0.05 m/s,故選項(xiàng)B正確。]
3.(源自魯科版教材)(多選)如圖所示,粗糙的長(zhǎng)板A靜止在光滑水平面上,左端連接一輕彈簧,物塊B從A上表面右端以初速度v0滑上A后向左運(yùn)動(dòng),后經(jīng)彈簧又被反彈,并恰好停留在A的最右端。若以A與B為系統(tǒng),以下說(shuō)法正確的是(  )
A.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)機(jī)械能守恒
B.運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)機(jī)械能不守恒
C.在B壓縮彈簧運(yùn)動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒
D.彈簧壓縮量最大時(shí)B的速度與B的最終速度相同



BCD [由題意可知,A與B最終的速度是相等的,由于摩擦生熱,運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中二者組成的系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒,故A錯(cuò)誤,B正確;二者組成的系統(tǒng)位于光滑的水平地面上,在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中二者在水平方向受到的合外力為零,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒(注意摩擦力和彈簧彈力是系統(tǒng)的內(nèi)力),故C正確;當(dāng)彈簧壓縮量最大時(shí)A與B相對(duì)速度恰好為零,則B的速度和A的速度是相同的,由于最終B恰好停留在A的最右端,二者沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以二者的速度也相同,可知兩個(gè)時(shí)刻A與B的速度都相等,結(jié)合動(dòng)量守恒定律可知,彈簧壓縮量最大時(shí)B的速度與B的最終速度相同,故D正確。]
回歸本節(jié)知識(shí),完成以下問(wèn)題:
1.動(dòng)量守恒定律的研究對(duì)象是什么?
提示:相互作用的系統(tǒng)。
2.合外力對(duì)系統(tǒng)做功為零,系統(tǒng)動(dòng)量就守恒嗎?
提示:不一定守恒。
3.一個(gè)系統(tǒng)初、末動(dòng)量大小相等,動(dòng)量就守恒嗎?
提示:不一定守恒。
4.動(dòng)量守恒的條件是什么?
提示:系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零。
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?題組一 相互作用的兩個(gè)物體的動(dòng)量改變
1.噴氣背包作為航天員艙外活動(dòng)的主要?jiǎng)恿ρb置,它能讓航天員保持較高的機(jī)動(dòng)性。如圖所示,一個(gè)連同裝備總質(zhì)量為120 kg的航天員,裝備內(nèi)有一個(gè)噴嘴可以使壓縮氣體以相對(duì)空間站40 m/s的速度噴出。航天員在距離空間站30 m處與空間站處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài),航天員完成太空行走任務(wù)后,必須向著返回空間站方向的反方向釋放壓縮氣體,才能回到空間站。若噴出的氣體總質(zhì)量為0.2 kg,則返回時(shí)間約為(  )
課時(shí)分層作業(yè)(三) 動(dòng)量守恒定律
A.450 s  B.500 s  C.550 s  D.600 s

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A [設(shè)航天員未噴氣前質(zhì)量為M,設(shè)噴出的氣體質(zhì)量為m、速度為v,則噴出氣體后的航天員速度設(shè)為v1、質(zhì)量為(M-m),題意可知M=120 kg、m=0.2 kg、v=40 m/s,把噴出的氣體和噴出氣體后的航天員作為系統(tǒng),分析可知,該過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)量守恒,取噴出的氣體速度方向?yàn)檎较颍瑒t0=mv-(M-m)v1,解得v1≈0.066 8 m/s。噴氣后,航天員勻速運(yùn)動(dòng)到空間站,故所需時(shí)間t= s≈450 s,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。]
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?題組二 動(dòng)量守恒的判斷
2.關(guān)于動(dòng)量守恒,下列說(shuō)法正確的是 (  )
A.系統(tǒng)中所有物體的加速度都為零時(shí),系統(tǒng)的動(dòng)量守恒
B.系統(tǒng)只有重力做功,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒
C.系統(tǒng)內(nèi)部有相互作用的摩擦力,系統(tǒng)的動(dòng)量一定不守恒
D.只要系統(tǒng)所受合力不為零,則系統(tǒng)在任何方向上動(dòng)量都不可能守恒
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A [系統(tǒng)中所有物體的加速度都為零時(shí),系統(tǒng)所受合力為零,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,A正確;系統(tǒng)所受合力為零時(shí),系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,與重力是否做功、系統(tǒng)內(nèi)部是否有相互作用的摩擦力無(wú)關(guān),B、C錯(cuò)誤;系統(tǒng)所受合力不為零,系統(tǒng)總動(dòng)量不守恒,但如果系統(tǒng)在某一方向上所受合力為零,則系統(tǒng)在該方向上動(dòng)量守恒,D錯(cuò)誤。]
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3.如圖所示,凹槽靜止在光滑的水平地面上,內(nèi)表面為光滑圓柱面,在其左側(cè)有一固定在地面上的木樁,現(xiàn)將可視為質(zhì)點(diǎn)的小球從距A點(diǎn)正上方H高處由靜止釋放,然后由A點(diǎn)經(jīng)半圓形軌道從B點(diǎn)沖出,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不計(jì)空氣阻力,則小球從釋放到第一次運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程,凹槽和小球組成的系統(tǒng)(  )
A.機(jī)械能守恒,水平方向動(dòng)量守恒
B.機(jī)械能守恒,水平方向動(dòng)量不守恒
C.機(jī)械能不守恒,水平方向動(dòng)量守恒
D.機(jī)械能不守恒,水平方向動(dòng)量不守恒
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B [小球從釋放到第一次運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過(guò)程中,凹槽和小球組成的系統(tǒng)只有動(dòng)能與重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化,故系統(tǒng)機(jī)械能守恒;小球從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到凹槽最低點(diǎn)的過(guò)程中,木樁對(duì)凹槽有水平方向的力,故凹槽和小球組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量不守恒。B正確。]
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4.如圖所示,甲、乙兩個(gè)帶電小球繞O點(diǎn)在光滑水平面內(nèi)互相環(huán)繞做勻速圓周運(yùn)動(dòng),兩者的間距不變,可類比“雙星模型”。已知甲的動(dòng)量大小為p,動(dòng)能為Ek,甲、乙做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為k,下列說(shuō)法正確的是(  )
A.甲、乙不屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng)
B.甲、乙組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒,總動(dòng)量不為0
C.甲的速度大小為
D.乙的質(zhì)量為
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D [甲、乙的運(yùn)動(dòng)可類比“雙星模型”,屬于同軸轉(zhuǎn)動(dòng),故A錯(cuò)誤;甲、乙組成的系統(tǒng)不受外力作用,動(dòng)量守恒,總動(dòng)量為0,故B錯(cuò)誤;根據(jù)動(dòng)量、動(dòng)能的公式p=mv,Ek=可知甲的速度為v=,故C錯(cuò)誤;甲、乙的總動(dòng)量為0,則p=mv=m′v′,根據(jù)線速度與角速度的關(guān)系有,甲、乙做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑之比為k,則m′=,故D正確;故選D。]
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?題組三 動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用
5.修路過(guò)程中常常使用打樁機(jī),如圖所示,打樁過(guò)程可簡(jiǎn)化為:重錘從空中某一固定高度由靜止釋放,與鋼筋混凝土預(yù)制樁在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生碰撞,并以共同速度下降一段距離后停下來(lái)。不計(jì)空氣阻力,則(  )
A.重錘質(zhì)量越大,撞預(yù)制樁前瞬間的速度越大
B.重錘質(zhì)量越大,預(yù)制樁被撞后瞬間的速度越大
C.碰撞過(guò)程中重錘對(duì)預(yù)制樁的作用力大于預(yù)制樁對(duì)重錘的作用力
D.整個(gè)過(guò)程中,重錘和預(yù)制樁的系統(tǒng)動(dòng)量守恒
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B [設(shè)重錘質(zhì)量為M,預(yù)制樁質(zhì)量為m,根據(jù)Mgh=可得v=,重錘與預(yù)制樁撞前瞬間的速度大小與重錘質(zhì)量無(wú)關(guān),A錯(cuò)誤;碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒,則Mv=(M+m)v1,可得v1=v,因此重錘質(zhì)量越大,預(yù)制樁被撞后瞬間的速度越大,B正確;根據(jù)牛頓第三定律,碰撞過(guò)程中重錘對(duì)預(yù)制樁的作用力大小等于預(yù)制樁對(duì)重錘的作用力大小,C錯(cuò)誤;整個(gè)過(guò)程中,由于受到阻力和重力作用,重錘和預(yù)制樁組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒,D錯(cuò)誤。]
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6.如圖甲所示,光滑水平面上有A、B兩物塊,已知A物塊的質(zhì)量mA=2 kg,且以一定的初速度向右運(yùn)動(dòng),與靜止的物塊B發(fā)生碰撞并一起運(yùn)動(dòng),碰撞前后的位移—時(shí)間圖像如圖乙所示(規(guī)定向右為正方向),則碰撞后的速度及物體B的質(zhì)量分別為(  )
A.2 m/s,5 kg
B.2 m/s,3 kg
C.3.5 m/s,2.86 kg
D.3.5 m/s,0.86 kg
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B [由題圖乙可知,碰前A的速度vA= m/s=5 m/s, 碰后A、B的共同速度v= m/s=2 m/s, A、B碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒,以向右為正方向,由動(dòng)量守恒定律得mAvA=(mA+mB)v,解得mB=3 kg, B正確。]
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7.如圖所示,用不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)細(xì)繩將木塊懸掛于一點(diǎn)O,開(kāi)始時(shí)木塊靜止不動(dòng)。一顆質(zhì)量為m的彈丸水平向右射入質(zhì)量為M=50m的木塊后未射出木塊,第一顆彈丸的速度為v1=255 m/s,射入木塊后二者共同擺動(dòng)的最大擺角為α,當(dāng)其第一次返回初始位置時(shí),第二顆彈丸以水平速度v2又擊中木塊,且也未射出木塊,使木塊向右擺動(dòng)且最大擺角仍為α,木塊和彈丸可視為質(zhì)點(diǎn),空氣阻力不計(jì),則第二顆彈丸的水平速度v2大小為(  )
A.515 m/s   B.618 m/s
C.721 m/s   D.824 m/s
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A [根據(jù)擺動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能守恒和兩次擊中木塊擺動(dòng)的角度相等可知,兩次擊中木塊后木塊的速度相同設(shè)為v,由動(dòng)量守恒定律得第一次mv1=(m+M)v,第二次mv2-(m+M)v=(2m+M)v,又M=50m,聯(lián)立以上三式得第二粒彈丸的水平速度v2=515 m/s,故選A。]
8.如圖所示,一輛裝有沙子且與沙子質(zhì)量之和為M的小車(chē)以速度v1在光滑水平面上運(yùn)動(dòng),一質(zhì)量為m、速度為v2的小球沿俯角為θ的方向落到車(chē)上并埋在車(chē)?yán)锏纳持校藭r(shí)小車(chē)的速度為(  )
A.      B.
C.   D.

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B [小車(chē)與小球組成的系統(tǒng)在水平方向不受外力,以向右為正方向,在水平方向上由動(dòng)量守恒定律有Mv1+mv2cos θ=(m+M)v,解得v=,B正確。]
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9.如圖所示,一平板車(chē)停在光滑的水平面上,某同學(xué)站在小車(chē)上,若他設(shè)計(jì)下列操作方案,最終能使平板車(chē)持續(xù)地向右駛?cè)サ氖?  )

A.該同學(xué)在圖示位置用大錘連續(xù)敲打車(chē)的左端
B.只要從平板車(chē)的一端走到另一端即可
C.在車(chē)上裝個(gè)電風(fēng)扇,不停地向左吹風(fēng)
D.他站在車(chē)的右端將大錘丟到車(chē)的左端

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C [把人和車(chē)看成整體,用大錘連續(xù)敲打車(chē)的左端,根據(jù)動(dòng)量守恒定律可以知道,系統(tǒng)的總動(dòng)量為零,車(chē)不會(huì)持續(xù)地向右駛?cè)ィ蔄錯(cuò)誤;人從平板車(chē)的一端走到另一端的過(guò)程中,系統(tǒng)水平方向不受外力,動(dòng)量守恒,系統(tǒng)總動(dòng)量為零,車(chē)不會(huì)持續(xù)地向右駛?cè)?,故B錯(cuò)誤;電風(fēng)扇向左吹風(fēng),電風(fēng)扇會(huì)受到一個(gè)向右的反作用力,從而使平板車(chē)持續(xù)地向右駛?cè)ィ蔆正確;站在車(chē)的右端將大錘丟到車(chē)的左端的過(guò)程中,系統(tǒng)水平方向不受外力,動(dòng)量守恒,系統(tǒng)總動(dòng)量為零,車(chē)不會(huì)持續(xù)地向右駛?cè)?,故D錯(cuò)誤。]
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10.(多選)如圖所示,動(dòng)量分別為pA=12 kg·m/s、pB=13 kg·m/s的兩個(gè)小球A、B在光滑的水平面上沿一直線向右運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后兩球發(fā)生正碰,分別用ΔpA、ΔpB表示兩小球動(dòng)量的變化量。則下列選項(xiàng)中可能正確的是(  )
A.ΔpA=-3 kg·m/s、ΔpB=3 kg·m/s
B.ΔpA=-2 kg·m/s、ΔpB=2 kg·m/s
C.ΔpA=-24 kg·m/s、ΔpB=24 kg·m/s
D.ΔpA=3 kg·m/s、ΔpB=-3 kg·m/s
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AB [若ΔpA=-3 kg·m/s,ΔpB=3 kg·m/s,遵守動(dòng)量守恒定律,碰撞后A、B的動(dòng)量分別為pA′=pA+ΔpA=9 kg·m/s,pB′=pB+ΔpB=16 kg·m/s,A的動(dòng)量減小,B的動(dòng)量增加,則碰后A的動(dòng)能減小,B的動(dòng)能增加,總動(dòng)能可能不增加,所以是可能的,故A正確;若ΔpA=-2 kg·m/s,ΔpB=2 kg·m/s,遵守動(dòng)量守恒定律,碰撞后A、B的動(dòng)量分別為pA′=10 kg·m/s,pB′=15 kg·m/s,A的動(dòng)量減小,B的動(dòng)量增加,則碰后A的動(dòng)能減小,B的動(dòng)能增加,總動(dòng)能可能不增加,所以是可能的,故B正確;若ΔpA=-24 kg·m/s、ΔpB=24 kg·m/s,
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碰后兩球的動(dòng)量分別為pA′=-12 kg·m/s,pB′=37 kg·m/s,根據(jù)關(guān)系式Ek=可知,A球的質(zhì)量和動(dòng)量大小不變,動(dòng)能不變,而B(niǎo)球的質(zhì)量不變,但動(dòng)量增大,所以B球的動(dòng)能增大,這樣系統(tǒng)的機(jī)械能比碰前增大了,故C錯(cuò)誤;若ΔpA=3 kg·m/s、ΔpB=-3 kg·m/s,遵守動(dòng)量守恒定律,碰撞后A、B的動(dòng)量分別為pA′=15 kg·m/s,pB′=10 kg·m/s,可知碰后A的動(dòng)量增加,B的動(dòng)量減小,由于碰撞過(guò)程中,A受到向左的沖力,B受到向右的沖力,所以A、B仍沿原方向運(yùn)動(dòng)時(shí),A的動(dòng)量應(yīng)減小,B的動(dòng)量應(yīng)增加,因此這組數(shù)據(jù)是不可能的,故D錯(cuò)誤。故選AB。]
題號(hào)
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11.如圖所示,甲、乙兩個(gè)小孩各乘一輛冰車(chē)在水平冰面上游戲,甲和他的冰車(chē)總質(zhì)量為M甲=30 kg,乙和他的冰車(chē)總質(zhì)量M乙也是
30 kg,游戲時(shí)甲推著一個(gè)質(zhì)量m=15 kg的箱子和他一起以大小為v0=2 m/s的速度滑行,乙以同樣大小的速度迎面滑來(lái),為了避免相撞,甲突然將箱子沿冰面推給乙,箱子滑到乙處時(shí)乙迅速把它抓住。若不計(jì)冰面的摩擦,甲至少要以多大的速度(相對(duì)地面)將箱子推出,才能避免與乙相撞(  )
A.2.2 m/s   B.5.2 m/s
C.6 m/s   D.10 m/s

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B [設(shè)甲以速度v將箱子推出后恰好與乙不相撞,推出箱子后甲的速度為v甲,抓住箱子后乙的速度為v乙,取向右為正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,對(duì)于甲和箱子,有(M甲+m)v0=M甲v甲+mv,對(duì)于乙和箱子,有mv-M乙v0=(m+M乙)v乙,當(dāng)甲與乙恰好不相撞時(shí),v甲=v乙,聯(lián)立各式解得v=5.2 m/s。故選B。]
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12.如圖所示,一塊足夠長(zhǎng)的木板,靜止在光滑水平面上。
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(1)將質(zhì)量為m的物塊以初速度v0放在該木板上,若木板質(zhì)量為M,求木板的最終速度大??;
(2)在該木板上自左向右并排放有序號(hào)為1,2,3,…,n的物塊,所有物塊的質(zhì)量均為m,與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)都相同。開(kāi)始時(shí),木板靜止不動(dòng),第1,2,3,…,n號(hào)物塊的初速度分別為v0,2v0,3v0,…,nv0,方向都向右,若木板的質(zhì)量與所有物塊的總質(zhì)量相等,最終所有物塊與木板以共同速度勻速運(yùn)動(dòng)。設(shè)物塊之間均無(wú)相互碰撞,求:
題號(hào)
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(ⅰ)所有物塊與木板一起勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小vn;
(ⅱ)通過(guò)分析與計(jì)算說(shuō)明第3(3[解析] (1)對(duì)物塊與木板組成的系統(tǒng),由動(dòng)量守恒定律得mv0=
(m+M)v
解得木板的最終速度大小v=。
(2)(ⅰ)對(duì)所有物塊與木板組成的整體,由動(dòng)量守恒定律得
m(v0+2v0+3v0+…+nv0)=(nm+M)vn
且M=nm
解得所有物塊與木板一起勻速運(yùn)動(dòng)的速度大小vn=v0。
題號(hào)
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(ⅱ)第3號(hào)物塊速度由3v0減為v3時(shí),序數(shù)在第3號(hào)物塊后面的每個(gè)物塊的動(dòng)量都減少m(3v0-v3),取木板與前3號(hào)物塊為一部分,則增加的動(dòng)量
Δp1=(M+3m)v3-(mv0+m·2v0+m·3v0)
剩余物塊減少的動(dòng)量Δp2=(n-3)m(3v0-v3)
根據(jù)整體動(dòng)量守恒Δp2=Δp1
解得v3=v0
題號(hào)
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或另一種解法
m(v0+2v0+3v0+…+nv0)=
解得v3=v0。
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[答案] (1) (2)(ⅰ)v0 (ⅱ)
謝 謝!

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