例82:
把一支枪水平固定在小车上,小车放在光滑的水平地面上,枪发射出子弹时,关于枪、子弹、车的下列说法正确的是()
A.枪和子弹组成的系统动量守恒
B.枪和车组成的系统动量守恒
C.只有忽略不计子弹和枪筒之间的摩擦,枪、车和子弹组成的系统的动量才近似守恒
D
.枪、子弹、车组成的系统动量守恒
【错解分析】错解:
C。
学生选择改选项的理由是改选项的描述比较详细,因此根据感觉是它。
产生这样错误的原因是对动量守恒的条件没有弄清楚,内力和外力没有进行认真地区分。
【解题指导】判断系统是否动量守恒时,一定要抓住守恒条件,即系统不受外力或者所受合外力为0。
【答案】本题的正确选项为D。
本题C选项中所提到的子弹和枪筒之间的摩擦是系统的内力,在考虑枪、子弹、车组成的系统时,这个因素是不用考虑的。
根据受力分析,可知该系统所受合外力为0,符合动量守恒的条件,故选D。
练习82、木块a和b
用一根轻弹簧连接起来,放在光滑水平面上,a紧靠在墙壁上,在b上施加向左的水平力使弹簧压缩,如图1所示,当撤去外力后,下列说法中正确的是()
A.a尚未离开墙壁前,a和b系统的动量守恒
B.a尚未离开墙壁前,a与b系统的动量不守恒
C.a离开墙后,a、b系统动量守恒
D.a离开墙后,a、b系统动量不守恒
例83:
如图所示,位于光滑水平桌面上的
小滑块A和B都可视作质点,质量相等。
B与轻质弹簧相连。
设B静止,A以某一初速度向B运动并与弹簧发生碰撞。
在整个碰撞过程中,弹簧具有的最大弹性势能等于()
A.A的初动能
B.A的初动能的1/2
C.A的初动能的1/3
D.A的初动能的1/4
【错解分析】错解:
根据能量守恒,当小滑块的动能全部转化为弹簧的弹性势能的时候,弹簧具有最大弹性势能,因此选A。
产生错误的原因是学生没有进行认真的过程分析,没有弄清楚两个物体的运动情况,简单地根据感觉下结论。
【解题指导】处理带有弹簧的碰撞问题,认真分析运动的变化过程是关键,面对弹簧问题,一定要注重细节的分析,采取“慢镜头”的手段。
【答案】本
题的正确选项为B。
解决这样的问题,最好的方法就是能够将两个物体作用的过程细化。
具体分析如右图,开始A物体向B运动,如右上图;接着,A与弹簧接触,稍有作用,弹簧即有形变,分别对A、B物体产生如右中图的作用力,对A的作用力的效果就是产生一个使A减速的加速度,对B的作用力的效果
则是产生一个使B加速的加速度。
如此,A在减速,B在加速,一起向右运动,但是在开始的时候,A的速度依然比B的大,所以相同时间内,A走的位移依然比B大,故两者之间的距离依然在减小,弹簧不断压缩,弹簧产生的作用力越来越大,对A的加速作用和对B的加速作用而逐渐变大,于是,A的速度不断减小,B的速度不断增大,直到某个瞬间两个物体的速度一样,如右下图。
过了这个瞬间,由于弹簧的压缩状态没有发生任何变化,所以对两个物体的作用力以及力的效果也没有变,所以A要继续减速,B要继续加速,这就会使得B的速度变的比A大,于是A、B物体之间的距离开始变大。
因此,两个物体之间的距离最小的时候,也就是弹簧压缩量最大的时候,也就是弹性势能最大的时候,也就是系统机械能损失最大的时候,就是两个物体速度相同的时候。
根据动量守恒有
,根据能量守恒有
,以上两式联列求解的
,可见弹簧具有的最大弹性势能等于滑块A原来动能的一半,B正确。
练习83、如图所示,在光滑的水平面上放着质量不相等,大小相同的两个物块,开始物体乙静止,在乙上系有一个轻质弹簧。
物块甲以速度v向乙运动。
甲与轻质弹簧接触后连在一起,继续在水平面上运动。
在运动过程中()
A.当两者速度相同的瞬间,弹簧一定压缩量最大
B.当两者速度相同的瞬间,弹簧可能伸长最大
C.当一物块静止的瞬间,另一物块的速度一定为v
D.系统的机械能守恒,动量也守恒
例84:
小型迫击炮在总质量为1000kg的船上发射,炮弹的质量为2kg.若炮弹飞离炮口时相对于地面的速度为600m/s,且速度跟水平面成45°角,求发射炮弹后小船后退的速度?
【错解分析】错解:
根据动量守恒,系统初始总动量为0,则0=mv1'+(M-m)v2',带入数据,解得v2'=1.2m/s。
产生上述错误的原因有两个方面,一方面是对动量的矢量性认识不足;二是没有弄清楚本题只是单方向上符合动量守恒的条件。
【解题指导】取炮弹和小船组成的系统为研究对象,在发射炮弹的过程中,炮弹和炮身(炮和船视为固定在一起)的作用力为内力.系统受到的外力有炮弹和船的重力、水对船的浮力.在船静止的情况下,重力和浮力相等,但在发射炮弹时,浮力要大于重力.因此,在垂直方向上,系统所受到的合外力不为零,但在水平方向上系统不受外力(不计水的阻力),故在该方向上动量守恒.
【答案】发射炮弹前,总质量为1000kg的船静止,则总动量Mv=0.
发射炮弹后,炮弹在水平方向的动量为mv1'cos45°,船后退的动量为(M-m)v2'.
据动量守恒定律有
0=mv1'cos45°+(M-m)v2'.
取炮弹的水平速度方向为正方向,代入已知数据解得
练习84、如图所示,在光滑的水
平面上放着一个上部为半圆形光滑槽的木块,开始时木块是静止的,把一个小球
放到槽边从静止开始释放,关于两个物体的运动情况,下列说法正确的是
A.当小球到达最低点时,木块有最大速率
B.当小球的速率为零时,木块有最大速率
C.当小球再次上升到最高点时,木块的速率为最大
D.当小球再次上升到最高点时,木块的速率为零
例85:
两块厚度相同的木块A和B,并列紧靠着放在光滑的水平面上,其质量分别为mA=2.0kg,mB=0.90kg.它们的下底面光滑,上表面粗糙.另有质量mC=0.10kg的铅块C(其长度可略去不计)以vC=10m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面(见图),由
于摩擦,铅块最后停在本块B上,测得B、C的共同速度为v=0.50m/s,求:
木块A的速度和铅块C离开A时的速度.
【错解分析】错解:
设C离开A时的速度为vC,此时A的速度为vA,对于C刚要滑上A和C刚离开A这两个瞬间,由动量守恒定律知
mCvC=mAvA+mCv'C
(1)
以后,物体C离开A,与B发生相互作用.因此,可改选C与B为研究对象,对于C刚滑上B和C、B相对静止时的这两个瞬间,由动量守恒定律知
mCv'C=(mB+mC)v
(2)
由(l)式和
(2)式得木块A的速度
vA=0.25m/s
所以铅块C离开A时的速度
v'C=5m/s
产生上述错误的原因在于系统对象的选择不正确。
C滑上A时,由于B与A紧靠在一起,将推动B一起运动。
所以,此时的系统应该包括三个物体,而不是上面解题过程中认为的两个物体。
归根起来,产生上述错误还在于学生对于系统特征的不理解,系统强调内部构成物体的相互作用性,而这种相互作用并不是表面上的接触,而是内在的相互之间力的作用。
【解题指导】正确解决本题的关键就是将不同过程的研究对象弄清楚。
C滑上A时,由于B与A紧靠在一起,将推动B一起运动.取C与A、B这一系统为研究对象,水平方向不受外力,动量守恒.滑上后,C在A的摩擦力作用下作匀减速运动,(A+B)在C的摩擦力作用下作匀加速运动.待C滑出A后,C继续减速,B在C的摩擦力作用下继续作加速运动,于是A与B分离,直至C最后停于B上.
【答案】设C离开A时的速度为vC,此时A、B的共同速度为vA,对于C刚要滑上A和C刚离开A这两个瞬间,由动量守恒定律知
mCvC=(mA+mB)v
A+mCv'C
(1)
以后,物体C离开A,与B发生相互作用.从此时起,物体A不再加速,物体B将继续加速一段时间,于是B与A分离.当C相对静止于物体B上时,C与B的速度分别由v'C和vA变化到共同速度v.因此,可改选C与B为研究对象,对于C刚滑上B和C、B相对静止时的这两个瞬间,由动量守恒定律知
mCv'C+mBvA=(mB+mC)v
(2)
由(l)式得mCv'C=mCvC-(mA+mB)vA
代入
(2)式mCv'C-(mA+mC)vA+mBvA=(mB+mC)v.
得木块A的速度
所以铅块C离开A时的速度
练习85、如图所示,在光滑的水平面上有一质量为25kg的小车B,上面放一个质量为15kg的物体,物体与车间的滑动摩擦系数为0.2。
另有一辆质量为20kg的小车A以3m/s的速度向前运动。
A与B相碰后连在一起,物体一直在B车上滑动。
求:
(1)当车与物体以相同的速度前进时的速度。
(2)物体在B车上滑动的距离。
例86:
如图所示的装置中,质量为1.99kg的木块B与水平桌面间的接触是光滑的,质量为10g的子弹A以103m/s的速度沿水平方
向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短,求弹性势能的最大值。
【错解分析】错解:
根据能量守恒,弹簧获得弹性势能应该来自于子弹的动能,所以由
5000J。
产生上述错误的原因
在于没有认识到子弹打木块的过程是一个机械能不守恒过程,这个过程有着机械能与内能之间的转化。
【解题指导】处理子弹打击木块问题和压缩弹簧问题时,一定要把过程的初末态把握准确,同时要明确子弹与木块作用时是要伴随着机械能的损失的。
【答案】本题涉及的过程包括两个阶段:
子弹打木块和弹簧被压缩,前一个阶段的末状态是后一个阶段的初状态。
设子弹速度为v1,子弹留在木块中的末速度为v2,则,
子弹打木块过程,据动量守恒
,
压缩过程根据机械能守恒
50J
练习86、如图所示,两个质量都为M的木块A、B用轻质弹簧相连放在光滑的水平地面上,一颗质量为m的子弹以速度v射向A块并
嵌在其中,求弹簧被压缩后的最大弹性势能。
例87:
在静止的湖面上有一质量M=100kg的小船,船上站立质量m=50kg的人,船长L=6m,最初人和船静止.当人从船头走到船尾(如图),船后退多大距离?
(忽略水的阻力)
【错解分析】错解:
由船和人组成的系统,当忽略水的阻力时,水平方向动量守恒.取人前进的方向为正方向,设t时间内人由船头走到船尾,则人前进的平均速度为L/t,船在此时间内后退了x距离,则船后退的平均速度为x/t,水平方向动量守恒方程为
故
这一结果是错误的,其原因是在列动量守恒方程时,船后退的速度x/t是相对于地球的,而人前进的速度L/t是相对于船的。
相对于不同参考系的速度代入同一公式中必然要出错.
【解题指导】【答案】选地球为参考系,人在船上行走,相对于地球的平均速度为(L-x)/t,船相对于地球后退的平均速度为x/t,系统水平方向动量守恒方程为
故
平静的水面上有一载人小船,船和人的共同质量为M,站立在船上的人手中拿一质量为m的物体,起初人相对船静止,船、人、物以共
同速度v0前进。
当人相对于船以速度u向相反方向将物体抛出后,人和船的速度为多大?
(水的阻力不计)
练习87、人从车上练习打靶,车静止在光滑水平面上,人、车、枪、靶
的总质量为M。
车上备有n发质量为m的子弹。
枪口到靶的距离为d。
子弹打入靶中就留到靶内,空中最多飞行一颗子弹。
待子弹都打完,车移动的距离多大?
例88:
质量为M的小船以速度V0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
(相对于静止水面)向前跃入水中,然后小孩b沿水平方向以相同的速率
(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。
【错解分析】错解一:
参考系选错,方程为:
,出错的原因是没有看清题目的已知条件,习惯性地从“难题”的题设出发,取船为参考系,弄巧成拙。
错解二:
过程选取与正方向选取配合不当:
【解题指导】
【答案】设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为u,根据动量守恒定律,对小船M和小孩a、b组成的系统:
质量为M的小船以速度V0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和小孩b以相同的速率
(相对于船)向前、向后跃入水中,求小孩跃出后小船的速度。
练习88、小球1追碰小球2,碰撞前两球的动量分别为P1=5kg·m/s,P2=7kg·m/s,正碰后小球2的动量P2’=10kg·m/s。
两球的质量关系可能是:
( )
A.m2=m1 B.m2=2m1 C.m2=4m1 D.
m2=6m1
例89:
一个静止的质量为M的原子核,放射
出一个质量为m的粒子,粒子离开原子核时相对于核的速度为v0,原子核剩余部分的速率等于()
【错解分析】本题最容易错选成B、D.前者是没有注意到动量守恒定律中的速度必须统一相对于地面,误写成
0=mv0-(M-m)v'.
后者是已规定了正方向后,但计算矢量和时没有注意正负,误写成
0=m(v0-v')+(M-m)v'.
【解题指导】运用动量守恒定律处理问题
,既要注意参考系的统一,又要注意到方向性。
【答案】取整个原子核为研究对象。
由于放射过程极为短暂,放射过程中其他外力的冲量均可不计,系统的动量守恒.放射前的瞬间,系统的动量p1=0,放射出粒子的这一瞬间,设剩余部分对地的反冲速度为v',并规定粒子运动方向为正方向,则粒子的对地速度v=v0-v',系统的动量
p2=mv-(M-m)v'=m(v0-v')-(M-m)v'.
由p1=p2,即
0=m(v0-v)-(M-m)v'=mv0-Mv'.
故选C。
练习89、质量为M
的原子核,原来处于静止状态,当它以速度V放出一个质量为m的粒子时,剩余部分的速度为()
A.mV/(M-m)
B.-mV/(M-m)
C.mV/(M+m)
D.-mV/(M+m)
例90:
如图所示,质量为M=0.60kg的小砂箱,被长L=1.6m的细线悬于空中某点,现从左向右用弹簧枪向砂箱水平发射质量m=0.20kg,速度v0=20m/s的弹丸,假设砂箱每次在最低点时,就恰好有一颗弹丸射入砂箱,并留在其中(g=10m/s2,不计空气阻力,弹丸与砂箱的相互作用时间极短)则:
(1)第一颗弹丸射入砂箱后,砂箱能否做完整的圆周运动?
计算并说明理由。
(2)第二、第三颗弹丸射入砂箱并相对砂箱静止时,砂箱的速度分别为多大?
【错解分析】本题容易出错的在第二问,产生错误的原因在于前、后两次系统的组成及动量计算没有弄清楚,因此解不出来,或者出问题。
【解题指导】对于过程比较复杂的问题,一定要把每个过程的特征弄清楚,向本题而言,实际上每一次子弹打击过程,都是一次动量守恒的过程,但是,每次的系统和初始动量却并不一样,所以,认识清楚这个特点,仔细分析就会避免错误的出现。
【答案】射入第一颗子弹的过程中,根据动量守恒
有:
得v1=5m/s.
此后,砂箱和弹丸向上摆动的过程中,机械能守恒,有:
解得h=1.25m<1.6m,不
能做完整圆周运动。
第二颗子弹射入过程中,由动量守恒定律,
解得:
.
第三颗子弹射入过程中,
解得
m/s.
练习90、木块质量是子弹质量的50倍,第一颗子弹以水平速度v1击中木块并陷入其中,木块摆动的最大角