高中物理——动量守恒专题解析

2018年12月03日 浏览:

动量守恒定律

如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变.这就是动量守恒定律。

系统:当我们的研究的对象是两个或多个物体时,我们说着两个 物体组成了一个力学系统。

内力:两个物体属于一个系统内,那么他们之间的力叫做内力。

外力:系统以外的力叫做外力。

动量守恒定律表达式

(1) m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2,两个物体组成系统相互作用前后,动量保持不变。

(2) Δp1=-Δp2,相互作用的两物体组成的系统,两物体的动量变化量大小相等、方向相反。

(3) Δp=0,系统的动量变化量为零。

对动量守恒定律的理解

(1) 矢量性:只讨论物体相互作用前后速度方向都在同一条直线上的情况,这时要选取一个正方向,用正负号表示各矢量的方向。

(2) 瞬时性:动量是一个状态量,动量守恒指的是系统任一瞬时的动量恒定。

(3) 相对性:动量的大小与参考系的选取有关,一般以地面为参考系。

(4) 普适性:

①适用于两物体系统及多物体系统;

②适用于宏观物体以及微观物体;

③适用于低速情况及高速情况。

动量守恒定律的简单应用

1.应用动量守恒定律的条件

(1) 系统不受外力或系统所受的合外力为零。

(2) 系统所受的合外力不为零,比系统内力小得多。

(3) 系统所受的合力不为零,在某个方向上的分量为零。

2.运用动量守恒定律解题的基本思路

(1) 确定研究对象并进行受力分析和过程分析;

(2) 确定系统动量在研究过程中是否守恒;

(3) 明确过程的初、末状态的系统动量;

(4) 选择正方向,根据动量守恒定律列方程。

3.动量守恒条件和机械能守恒条件的比较

(1) 守恒条件不同:系统动量守恒是系统不受外力或所受外力的矢量和为零;机械能守恒的条件是只有重力或弹簧弹力做功,重力或弹簧弹力以外的其他力不做功。

(2) 系统动量守恒时,机械能不一定守恒。

(3) 系统机械能守恒时,动量不一定守恒。

例1:如图所示的装置中,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,弹簧被压缩,现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究系统,则此系统,则此系统在从子弹开始射入到弹簧被压缩到最短的整个过程中( )

A.动量守恒,机械能守恒

B.动量不守恒,机械能不守恒

C.弹性势能由最大变到最小

D.机械能由最大值变为稳定值

系统动量守恒的条件是不受外力或所受的外力之和为零,根据判断系统动能和势能之和是否保持不变,判断系统机械能是否守恒.

【解析】

A、B、系统在从子弹开始射入到弹簧被压缩至最短的整个过程中,由于墙壁对弹簧有力的作用,所以系统所受的外力之和不为零,所以系统动量不守恒.

在整个过程中,由于子弹射入木块的过程中有内能产生,所以系统机械能不守恒.故A错误,B正确.

C、弹性势能随着弹簧压缩量的增大而增大,由最小变到最大,故C错误.

D、系统在从子弹开始射入到弹簧被压缩到最短的整个过程中,子弹射入木块的过程,系统克服阻力做功,系统的机械能减少,当子弹留在木块内不动时,系统的机械能不再变化,达到稳定值,故D正确.

故选:BD.

例2:如图所示,在光滑的水平面上固定着两轻质弹簧,一弹性小球在两弹簧间往复运动,把小球和弹簧视为一个系统,则小球在运动过程中( )

A.系统的动量守恒,动能守恒

B.系统的动量守恒,机械能守恒

C.系统的动量不守恒,机械能守恒

D.系统的动量不守恒,动能守恒

C

【解析】

小球和弹簧组成的系统受到重力和水平地面的支持力两个外力,小球与弹簧相互作用时,弹簧会用墙壁的作用力,所受合外力不等于零,动量不守恒;在运动过程中,小球和槽通过弹簧相互作用,但因为只有弹簧的弹力做功,动能和势能相互转化,而总量保持不变,机械能守恒.故C正确,A、B、D错误.

例3:如图所示,A、B木块紧靠在一起且静止于光滑水平面上,木块C以一定的初速度v从A的左端开始向右滑行,最后停在B木块的右端,对此过程,下列叙述正确的是( )

A.当C在B上滑行时,B、C组成的系统动量守恒

B.当C在A上滑行时,A、C组成的系统动量守恒

C.无论C是在A上滑行还是在B上滑行,A、B、C三物块组成的系统都动量守恒

D.当C在B上滑行时,A、B、C组成的系统动量不守恒

当系统所受合外力为零时,系统动量守恒,根据题意分析答题.

【解析】

A、当C在B上滑行时,A与B、C已经分离,B、C组成的系统所受合外力为零,则B、C组成的系统动量守恒,故A正确;

B、当C在A上滑行时,A、C组成的系统要受到B对系统水平向左的力,系统所受合外力不为零,则A、C组成的系统动量不守恒,故B错误;

C、无论C是在A上滑行还是在B上滑行,A、B、C三物块组成的系统所受合外力都为零,系统动量都守恒,故C正确;

D、当C在B上滑行时,A、B、C组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,故D错误;

故选:AC.

例4:如图所示,A、B两物体的质量mA>mB,中间用一段细绳相连并有一被压缩的弹簧,放在平板小车C上后,A、B、C均处于静止状态.若地面光滑,则在细绳被剪断后,A、B从C上未滑离之前,A、B沿相反方向滑动过程中( )

A.若A、B与C之间的摩擦力大小相同,则A、B组成的系统动量守恒,A、B、C组成的系统动量也守恒

B.若A、B与C之间的摩擦力大小不相同,则A、B组成的系统动量不守恒,A、B、C组成的系统动量也不守恒

C.若A、B与C之间的摩擦力大小不相同,则A、B组成的系统动量不守恒,但A、B、C组成的系统动量守恒

D.以上说法均不对

系统动量守恒的条件是合外力为零,通过分析研究对象的受力情况,确定合外力,即可进行分析和判断.

【解析】

A、若A、B与C之间的摩擦力大小相同,在细绳被剪断后,弹簧释放的过程中,A、B所受的滑动摩擦力方向相反,则对于A、B组成的系统所受的合外力为零,动量守恒;对三个物体组成的系统,竖直方向上重力与支持力平衡,水平方向不受外力,合外力为零,所以A、B、C组成的系统动量也守恒,故A正确.

B、C、若A、B与C之间的摩擦力大小不相同,在细绳被剪断后,弹簧释放的过程中,A、B所受的滑动摩擦力方向相反,则对于A、B组成的系统所受的合外力不为零,动量不守恒;但对三个物体组成的系统,合外力为零,A、B、C组成的系统动量仍守恒,故B错误,C正确.

D、由上分析可知D错误.

故选:AC

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例5:如图,大小相同的摆球a和b的质量分别为m和3m,摆长相同,并排悬挂,平衡时两球刚好接触.现摆球a向左拉开一小角度后释放.若两球的碰撞是弹性的,下列判断正确的是( )

A.第一次碰撞后的瞬间,两球的速度大小相等

B.第一次碰撞后的瞬间,两球的动量大小相等

C.第一次碰撞后,两球的最大摆角不相同

D.发生第二次碰撞时,两球在各自的平衡位置

AD

【解析】

两球在碰撞前后,水平方向不受外力,故水平方向两球组成的系统动量守恒,由动量守恒定律有:

,两球碰撞是弹性的,

故机械能守恒,即:

解两式得:

可见第一次碰撞后的瞬间,两球的速度大小相等,

故A正确;因两球质量不相等,故两球碰后的动量大小不相等,方向相反,故B错误;

两球碰后上摆过程,机械能守恒,故上升的最大高度相等,另摆长相等,故两球碰后的最大摆角相同,故C错误;

由单摆的周期公式可知,两球摆动周期相同,经半个周期后,两球在平衡位置处发生第二次碰撞,故D正确。