2、選擇合適的研究對象,確定體系,進行現狀分析。 由于現在的高考題量較少,需要對知識的廣度和深度進行比較全面的考察,所以這個題目知識在一定的過程中一般會以短題的形式出現,分數不會超過6分。 然而,其結果會影響問題中其他過程的求解,通常對問題的解決起著關鍵作用。 這一部分涉及到的問題往往與牛頓運動定律、動能定理、機械能守恒定律、能量轉換與守恒定律等一起綜合考察。這部分知識綜合性很強,需要較高的物理思維能力。 一直是歷年來高考的難點。 2、知識復習: 1、動量的概念: (1)定義:P=mv; (2)動量是矢量,其方向與速度方向相同; (3) 動量是一個狀態量,并且是瞬時的。 2、動量守恒的條件: (1)充分必要條件:系統不受外力作用或總外力為零; (2) 近似
3、條件:雖然系統所受的外力不等于0,但系統的內力遠大于外力。 此時,系統可近似視為動量守恒,如碰撞、爆炸、反沖運動等; (3)某一方向動量守恒:雖然系統所受的外力之和不為零,但系統某一方向所受的外力之和為零,則該方向的動量守恒。 3、動量不變定律: (1)內容:如果一個系統不受外力影響或外力為零,則系統的總動量保持不變; (2)適用范圍:研究對象不是單一對象,而是兩個或兩個以上對象的系統。 它既適用于宏觀低速情況,也適用于微觀高速情況。 它是自然界最普遍的法則之一。 它是解決碰撞、爆炸、反沖以及更復雜的系統相互作用問題的基本定律。 4、動量守恒定律的表達式: (1) p=p/[含義:相互作用前系統的總動量p等于相互的動量。
4、作用后的總動量p(從守恒定律的角度表述)] (2) p =p/-p=0 【含義:系統總動量的增量等于零(從守恒定律的角度表述)的增量)] (3) 對于由兩個相互作用的物體組成的系統: p1+p2=p1/ +p2/ 或 m1v1 +m2v2=m1v1/+m2v2/ 【含義: 前兩個物體的動量矢量和相互作用等于相互作用后動量的矢量且】p1/-p1= -(p2/-p2) 或 p1= -p2 或 p1+p2=0 【含義:兩個物體的動量變化相等大小方向相反] 5、彈性碰撞和非彈性碰撞: (1)彈性碰撞:碰撞前后系統沒有機械能損失。 求解問題時,可列出動量守恒和動能守恒兩個方程; (2)非彈性碰撞:碰撞前后系統都有機械能損失。 求解問題時,只需列出運動方程即可。
5、數量守恒方程。 6、碰撞過程遵循的規則應同時遵守三個原則(用于對結果進行理性討論):系統動量守恒和系統動能不增加。 實際場景是可能的:碰撞前后兩個物體的位置關系(沒有交叉)和速度。 這種關系應該遵循客觀實際。 例如,物體A追逐物體B并發生碰撞。 碰撞前,A 的速度必須大于 B 的速度。碰撞后,A 的速度必須小于或等于 B 的速度,或者 A 必須向相反方向移動。 7、應用動量守恒定律求解 問題的一般步驟: (1)確定研究對象(即系統); (2)分析系統中物體之間的相互作用,判斷是否滿足動量常數(一般碰撞、爆炸、反沖、外力為零時系統中物體之間相互作用的動量守恒); (3) 確定系統初態和終態動量的表達式; (4) 根據動量守恒定律建立并求解方程組; (五)對結果進行必要的討論。
6. 3. 典型實例分析熱點 1. 動量守恒定律在連體問題中的應用 實例1.(2011惠州三模第36題)如圖所示,一塊長木板B,其質量M=2kg 靜止在光滑的水平面上。 ,在B的右側放置一個垂直的固定擋板,B的右端距離擋板S有一個小物體A(可以看作一個粒子),質量為m=1kg。 它以初速度從B的左端水平向上滑動B。 A 和 B 之間的動摩擦系數已知。 A從未脫離B。在B與垂直擋板相撞之前,A和B相對靜止。 B 與擋板碰撞的時間很短,碰撞后又以原來的速度反彈。 求: (1) B 與擋板碰撞時的速度 (2) S 的最短距離 (3) 在至少板B的長度L必須為(保留小數點后2位) 思想點:由于水平面是光滑的,所以A從B向上滑動的過程中相對靜止,所以A和B組成的系統滿足定律動量守恒; 在此過程中,A對B的滑動摩擦力
7. 摩擦力是恒定的力。 B 作勻加速直線運動。 可以用牛頓第二定律來求解B運動的位移。 A、B以相同速度與擋板碰撞后,系統動量逆轉,A、B系統后續過程的動量仍滿足動量守恒。 分析: (1) 假設B與擋板碰撞時的速度為,由動量守恒定律求得。 解方程并得到; (2) 當A、B速度完全相同時,B到擋板S的距離最短,由牛頓第二定律計算,B的加速度為,解為; (3) 當A向上滑動B直至B碰撞擋板時,A、B之間的相對位移為,根據動能定理,有,解為; B 與擋板碰撞后,A 和 B 最終一起向左移動,共同速度為 ,由動量守恒定律求得,解為 ,此時 A 和 B 的相對位移過程是 ,則有 ,解是 ,所以。 解題提示:本題主要考查動量定理、牛頓第二定律和動能定理的綜合應用。 正確分析
8. 分析和分解物理過程是解方程的關鍵。 動量守恒定律、牛頓第二定律、動能定理是解決連體問題的三把利劍。 熱點話題2.動量守恒定律在碰撞問題中的應用例2.(2012年廣東六校聯考)。 如圖所示,兩根圓形光滑細管在垂直平面內重疊,形成“8”字形通道,在“8”字形通道底部B連接一根內徑相同的粗糙水平直管AB。 已知E距地面高度h=3.2m。 質量m=1kg的小球a以v0=12m/s的速度從A點向右運動,進入直管。 當到達B點時,形成“8”字形。 軌道向上移動。 當它到達D點時,軌道上恰好沒有力。 它直接進入DE管(DE管是光滑的),與原來靜止在E處的質量M=4kg的球b正面碰撞(都可以看到ab)。 作為粒子)。已知碰撞后球a的邊緣
9、沿原路徑返回,速度與碰撞前相同,球b從E點水平拋出,其水平范圍s=0.8m。 (取g=10m/s2) (1) 求球b碰撞后的速度; (2)求“8”字形管上、下圓的半徑r和R; (3)如果小球a在AB管內移動,當阻力一定時,請判斷小球a返回BA管時能否通過A端。 思考:球a從A點移動到B點時,受到摩擦力的作用。 我們可以利用動能定理來建立一個方程。 從B點到D點,滿足機械能守恒定律。 當E點與b球碰撞時,動量滿足。 根據常數定理,球b離開E點后作水平拋擲運動,球a的返回可由機械能守恒定律和動能定理求解。 分析: (1) 球b離開DE后,進行水平投擲運動。 垂直方向h=gt2,水平方向s=vbt。 解為vb=1m/s; (
10. 2)a、b碰撞過程中,動量守恒,水平右方向為正方向。 解為mva=-m+Mvb:va=3m/s。 碰撞前,a對D點軌道沒有力。由牛頓第二定律mg=m,解為:r=0.9m,由幾何關系:h=2R+2r,解為:R= 0.7m; (3)小球a的動能由B到D。定理為:-mgh=mvmv。 假設小球a從A到B,克服摩擦阻力所做的功為Wf。 那么動能定理有-Wf = mvmv。 解為:Wf=35.5J。 小球a從D返回到B。根據動能定理:mgh= m(vB)2m()2 解為:m(vB)2=32.5J Wf 因此,當小球a返回BA時管子不能從A端出去。 解題秘訣:本題以圓周運動和平面運動兩種運動模型為載體,綜合考察
11、復習了動量守恒定律、機械能守恒定律、動能定理等兩類運動的基本定律和重要知識點。 熟悉運動的基本定律和力學的基本定律是解決此類問題的關鍵。 4.小測試熱點 3.動量守恒定律在彈簧連接問題中的應用 1.(2012肇慶一號模型題35)如圖所示,一個半徑為R的光滑半圓環軌道垂直固定在a 水平光滑的桌面上,一個輕質的彈簧被兩個小球a、b擠壓(小球沒有綁在彈簧上),處于靜止狀態。 兩個小球同時釋放。 小球a、b與桌子上的彈簧分離后,小球a從B點滑動到光滑半圓軌道最高點A時的速度為。 已知球a的質量為m,球b的質量為2m,重力加速度為g。 求:(1)球a在環形軌道最高點處對軌道的壓力; (2) 球b釋放后離開彈簧時的速度;
12、(3)釋放球前彈簧的彈性勢能。 (思路建議:小球a在圓形軌道上做圓周運動,其最高點處的力由圓周運動定律和機械能守恒定律求解,結合牛頓第三定律,可得軌道上所受的力可以計算出在A點時的壓力;由于問題中小球的軌道都是光滑的,因此兩個小球在彈簧作用下的分離過程滿足動量守恒定律;彈性勢彈簧的能量可以用能量守恒定律求解。)熱點4.動量守恒定律在多物體運動問題中的應用應用2.(陽江一中聯考第36題)學校與陽春一中2012年上學期末)A是質量mA=0.98kg的塊(可視為質點),B、C是完全相同的木板動量守恒彈性碰撞例題,質量m=1.0kg。已知木板與地面的動摩擦因數為0.2,木塊A與木板之間的動摩擦因數為1。假設木塊之間的最大靜摩擦力木板和木板和地面是
13、滑動摩擦力大小相等。 有一顆質量m0=0.02kg的子彈以v=300m/s的速度擊中方塊A并在方塊中停留(過程很短)。 求:(1)子彈擊中物塊后,常見的速度大小; (2)求子彈與A塊組成的系統在射擊過程中產生的熱量Q。 (3)如果要求A塊在B板上移動,則使B、C板相對于地面靜止; 當塊A在板C上滑動時,板C開始移動。 求1應滿足的條件。 (思想點:子彈擊中木塊時,時間極短,子彈與木塊可以看成是非彈性碰撞過程,子彈與木塊組成的系統可以用守恒定律求解動量;然后由能量轉換和守恒定律得到子彈和木塊組成的系統在射擊過程中產生的熱量,當子彈和木塊達到相同的速度后,A, B、C不能形成動量守恒系統,因此有以下過程
14.程必須運用牛頓運動定律和直線運動定律來解決這個問題。 )熱點 5、動量守恒定律在電磁場中的應用 3、如圖所示,將兩根沒有阻力的光滑金屬軌道相距L放置在水平絕緣面上。 半徑為R的圓弧部分在垂直平面內,水平直線導軌部分足夠長,處于磁感應強度為B且垂直向下的均勻磁場中。 金屬桿ab、cd垂直于兩條光滑的金屬導軌,接觸良好。 桿ab的質量為2m,阻力為r。 桿 cd 質量為 m,阻力為 r。 開始時,CD桿靜止在水平直導軌上。 ab桿從弧形導軌頂部釋放,無初速度。 進入水平直導軌后,不與cd桿接觸,保持向右移動。 求:(1)桿cd在水平直導軌上的最大加速度(2)兩桿在導軌上運動時產生的焦耳熱(思路:由于導軌是光滑的,所以滑動過程中, ab滿足機械能守恒定律,可求得ab進入磁場瞬間的速度,并確定此時產生的感應電動勢,結合閉路歐姆定律,可得可以確定ab和cd組成的閉環中的瞬時電流,進而確定作用在cd上的安培力的大小,利用牛頓第二定律可以計算出cd的加速度。在水平導軌上動量守恒彈性碰撞例題,安培力是兩桿之間的內力,系統滿足動量守恒定律,最終它們一起運動的速度是向右勻速直線運動,所以它們的公共速度可以為成立。 結合能量轉換和守恒定律,可以求出兩根桿在整個運動過程中產生的熱量。)