专题6：碰撞与动量守恒知识点(教师版).doc

专题6：碰撞与动量守恒知识点(教师版).doc

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动量全章复习资料（专题）　

一、冲量与动量、动量与动能概念专题

　　●1．冲量I：

I＝Ft，有大小有方向（恒力的冲量沿F的方向），是矢量．两个冲量相同必定是大小相等方向相同，讲冲量必须明确是哪个力的冲量，单位是N·s．

　　●2．动量p：

p＝mv，有大小有方向（沿v的方向）是矢量，两个动量相同必定是大小相等方向相同，单位是kg·m/s．

　　●3．动量与动能（Ek＝mv2）的关系是：

　　p2＝2mEk．动量与动能的最大区别是动量是矢量，动能是标量．

　　【例题】A、B两车与水平地面的动摩擦因数相同，则下列哪些说法正确？

A．若两车动量相同，质量大的滑行时间长；B．若两车动能相同，质量大的滑行时间长；　

C．若两车质量相同，动能大的滑行时间长；D．若两车质量相同，动量大的滑行距离长．

【分析】根据动量定理F·t＝mvt-mv0得mmg·t＝p　∴t＝∝——A不正确；根据t＝∝——B不正确；根据t＝∝——C正确；根据动能定理F合·scosa＝得mmgs＝Ek＝，　∴s＝∝p2——D正确．

训练题

（1）如图5—1所示，两个质量相等的物体在同一高度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止自由滑下，到达斜面底端的过程中，两个物体具有的物理量相同的是：

　A．重力的冲量；B．弹力的冲量；C．合力的冲量；

D．刚到达底端时的动量；E．刚到达底端时动量的水平分量；

　F．以上几个量都不同．

　1．F　　分析：

物体沿斜面作匀加速直线运动，由位移公式，得=gsinq·t2　　t2∝

q不同，则t不同．又IG＝mgt　　IN＝Nt　　所以IG、IN方向相同，大小不同，选项A、B错误；根据机械能守恒定律，物体到达底端的速度大小相等，但方向不同；所以刚到达底端时的动量大小相等但方向不同，其水平分量方向相同但大小不等，选项D、E错误；又根据动量定理I合＝ΔP＝mv－0可知合力的冲量大小相等，但方向不同，选项C错误．　　

（2）对于任何一个固定质量的物体，下面几句陈述中正确的是：

　　A．物体的动量发生变化，其动能必变化；B．物体的动量发生变化，其动能不一定变化；

　　C．物体的动能发生变化，其动量不一定变化；D．物体的动能变化，其动量必有变化．

2．BD　　分析：

动量和动能的关系是P2＝2mEk，两者最大区别是动量是矢量，动能是标量．质量一定的物体，其动量变化可能速度大小、方向都变化或速度大小不变方向变化或速度大小变化方向不变．只要速度大小不变，动能就不变．反之，动能变化则意味着速度大小变化，意味着动量变化．

（8）A车质量是B车质量的2倍，两车以相同的初动量在水平面上开始滑行，如果动摩擦因数相同，并以SA、SB和tA、tB分别表示滑行的最远距离和所用的时间，则

　A．SA＝SB，tA＝tB；　B．SA＞SB，tA＞tB；C．SA＜SB，tA＜tB；D．SA＞SB，tA＜tB．

8．C　分析：

由mv＝mmgt知tA＝tB/2,　由Fs＝mv2＝知sA/sB＝1/2

二、动量定理专题

　　●1．动量定理表示式：

FΔt＝Δp．式中：

（1）FΔt指的是合外力的冲量；

（2）Δp指的是动量的增量，不要理解为是动量，它的方向可以跟动量方向相同（同一直线动量增大）也可以跟动量方向相反（同一直线动量减小）甚至可以跟动量成任何角度，但Δp一定跟合外力冲量I方向相同；（3）冲量大小描述的是动量变化的多少，不是动量多少，冲量方向描述的是动量变化的方向，不一定与动量的方向相同或相反．

　　●2．牛顿第二定律的另一种表达形式：

据F＝ma得F＝m，即是作用力F等于物体动量的变化率Δp/Δt，两者大小相等，方向相同．

　　●3．变力的冲量：

不能用Ft直接求解，如果用动量定理Ft＝Δp来求解，只要知道物体的始末状态，就能求出I，简捷多了．

　　注意：

若F是变量时，它的冲量不能写成Ft，而只能用I表示．

　　●4．曲线运动中物体动量的变化：

曲线运动中速度方向往往都不在同一直线上，如用Δp＝mv′-mv0来求动量的变化量，是矢量运算，比较麻烦，而用动量定理I＝Δp来解，只要知道I，便可求出Δp，简捷多了．

＊【例题1】质量为0.4kg的小球沿光滑水平面以5m/s的速度冲向墙壁，又以4m/s的速度被反向弹回（如图5—2），球跟墙的作用时间为0.05s，求：

（1）小球动量的增量；

（2）球受到的平均冲力．

　【分析】根据动量定理Ft＝mv2-mv1，由于式中F、v1、v2都是矢量，而现在v2与v1反向，如规定v1的方向为正方向，那么v1＝5m/s，v2＝-4m/s，所以：

（1）动量的增量　Δp＝mv2-mv1＝0.4×（-4-5）kg·m/s＝-3.6kg·m/s．　负号表示动量增量与初动量方向相反．

（2）F＝N＝-72N．冲力大小为72N，冲力的方向与初速反向．

　【例题2】以速度v0平抛出一个质量为1lg的物体，若在抛出3s后它未与地面及其它物体相碰，求它在3s内动量的变化．

　【分析】不要因为求动量的变化，就急于求初、未动量而求其差值，这样不但求动量比较麻烦，而且动量是矢量，求矢量的差也是麻烦的．但平抛出去的物体只受重力，所求动量的变化应等于重力的冲量，重力是恒量，其冲量容易求出．即：

Δp＝Ft＝1×10×3kg·m/s＝30kg·m/s．

　　总结与提高若速度方向变而求动量的变化量，则用ΔP＝Ft求；若力是变力而求冲量，则用I＝mvt-mv0求．

训练题

（2）某质点受外力作用，若作用前后的动量分别为p、p′，动量变化为Δp，速度变化为Δv，动能变化量为ΔEk，则：

　A．p＝-p′是不可能的；　B．Δp垂直于p是可能的；　C．Δp垂直于Δv是可能的；　D．Δp≠0，ΔEk＝0是可能的．

　　2．BD　　提示：

对B选项，ΔP方向即为合力F合的方向，P的方向即为速度v的方向，在匀速圆周运动中，F合⊥v（即ΔP⊥P）；对C选项，ΔP的方向就是Δv的方向，∵ΔP＝mΔv，故C选项错．

　　（4）在空间某一点以大小相同的速度分别竖直上抛，竖直下抛，水平抛出质量相等的小球，若空气阻力不计，经过t秒：

（设小球均未落地）

A．作上抛运动小球动量变化最小；　B．作下抛运动小球动量变化最大；　

C．三小球动量变化大小相等；　D．作平抛运动小球动量变化最小．

4．C　　提示：

由动量定理得：

mgt＝Δp，当t相同时，Δp相等，选项C对．

　（8）若风速加倍，作用在建筑物上的风力大约是原来的：

　　A．2倍；　　B．4倍；　C．6倍；　　D．8倍．

　　8．B　　提示：

设风以速度v碰到建筑物，后以速度v反弹，在t时间内到达墙的风的质量为m，由动量定理得：

　Ft＝mv－m（－v）＝2mv，　当v变为2v时，在相同时间t内到达墙上的风的质量为2m，有：

　F′t＝2m·2v－2m（－2v）＝8mv，　　∴F′＝4F，故选项B对．

（9）质量为0.5kg的小球从1.25m高处自由下落，打到水泥地上又反弹竖直向上升到0.8m高处时速度减为零．若球与水泥地面接触时间为0.2s，求小球对水泥地面的平均冲击力．（g取10m/s，不计空气阻力）

　　9．解：

小球碰地前的速度　v1＝＝＝5m/s　小球反弹的速度　v2＝＝＝4m/s

　　以向上为正方向，由动量定理：

　（F－mg）t＝mv2－mv1　∴F＝0.5×（4＋5）/0.2＋0.5×10＝27.5N　方向向上．

四、动量守恒条件专题

　　●1．外力：

所研究系统之外的物体对研究系统内物体的作用力．

　　●2．内力：

所研究系统内物体间的相互作用力．

　　●3．系统动量守恒条件：

系统不受外力或所受外力合力为零（不管物体是否相互作用）．系统不受外力或所受外力合力为零，说明合外力的冲量为零，故系统总动量守恒．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的动量改变量大小相等方向相反，系统总动量保持不变．也就是说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．

训练题

（2）如图5—7所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象（系统），则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中

　　A．动量守恒、机械能守恒；　　B．动量不守恒，机械能不守恒；

　　C．动量守恒、机械能不守恒；　　D．动量不守恒，机械能守恒．

　2．B　　解：

过程一：

子弹打入木板过程（Δt很小），子弹与木板组成的系统动量守恒，但机械能不守恒（∵子弹在打入木块过程有热能产生）；过程二：

木块（含子弹）压缩弹簧，对三者组成的系统机械能守恒，但动量不守恒（∵对系统：

F合≠0），所以全程动量、机械能均不守恒．

　（3）光滑水平面上A、B两小车中有一弹簧（如图5—8），用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态，将两小车及弹簧看作系统，下面的说法正确的是：

　　A．先放B车后放A车，（手保持不动），则系统的动量不守恒而机械能守恒；

　　B，先放A车，后放B车，则系统的动量守恒而机械能不守恒；

　　C．先放A车，后用手推动B车，则系统的动量不守恒，机械能也不守恒；

　　D．若同时放开两手，则A、B两车的总动量为零．

　　3．ACD提示：

对A选项：

先放B车时，A、B车及弹簧三者组成的系统合外力F合≠0，∴动量不守恒，但由于按A车的手不动，故手不做功，此系统机械能守恒．对C选项：

F合≠0，且F合又对系统做功（机械能增加），∴动量及机械能均不守恒．

五、动量守恒定律各种不同表达式的含义及其应用专题

　　●1．p＝p′（系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p′）

　　●2．Δp＝0（系统总动量增量为零）．

　　●3．Δp1＝-Δp2（相互作用两个物体组成的系统，两物体动量增量大小相等方向相反）．

　　●4．m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′（相互作用两个物体组成系统，前动量和等于后动量和）

　　●5．以上各式的运算都属矢量运算，高中阶段只限于讨论一维情况（物体相互作用前、后的速度方向都在同一直线上），可用正、负表示方向．处理时首先规定一个正方向，和规定正方向相同的为正，反之为负，这样就转化为代数运算式，但所有的动量都必须相对于同一参照系．

　　【例题】质量m1＝10g的小球在光滑的水平桌面上以v1＝30cm/s的速率向右运动，恰遇上质量m2＝50g的小球以v2＝10cm/s的速率向左运动，碰撞后，小球m2恰好停止，那么碰撞后小球m1的速度是多大？

方向如何？

　　【分析与解答】设v1的方向即向右为正方向，则各速度的正负号为：

v1＝30cm/s，v2＝-10cm/s，v2′＝0，据m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2有10v1′＝10×30＋50×（-10）．

　　解得v1′＝-20（cm/s），负号表示碰撞后，m1的方向与v1的方向相反，即向左．

　　总结提高解此类题一定要规定正方向．正确找出初末态动量．

训练题

　　（3）一只小船静止在湖面上，一个人从小船的一端走到另一端（不计水的阻力），以下说法中正确的是：

　　A．人在小船上行走，人对船作用的冲量比船对人作用的冲量小，所以人向前运动得快，船后退得慢；

　　B．人在船上行走时，人的质量比船小，它们所受冲量的大小是相等的，所以人向前运动得快，船后退得慢；

　　C．当人停止走动时，因船的惯性大，所以船将会继续后退；

　　D．当人停止走动时，因总动量任何时刻都守恒，所以船也停止后退．

　　3．BD　　分析：

对A：

人对船的作用力和船对人的作用力等大反向，作用时间相等，所以两冲量大小相等；选项A错．对C：

人在船上走的过程，对人和船构成的系统，总动量守恒，所以人停则船停；选项C错．

（6）一辆总质量为M的列车，在平直