2019-2020学年人教版高中物理选修3-5学案：第十六章 章末整合 含答案.docx

章末整合动量守恒定律一、动量定理及应用1内容：物体所受合外力的冲量等于它的动量变化2公式：Ftmv2mv1，它为一矢量式，在一维情况时可变为代数式运算3研究对象是质点它说明的是外力对时间的积累效应应用动量定理分析或解题时，只考虑物体的初、末状态的动量，而不必考虑中间的运动过程4解题思路：(1)确定研究对象，进行受力分析；(2)确定初、末状态的动量mv1和mv2(要先规定正方向，以便确定动量的正负，还要把v1和v2换成相对于同一惯性参考系的速度)；(3)利用Ftmv2mv1列方程求解例1质量为0.2 kg的小球竖直向下以6 m/s的速度落至水平地面，再以4 m/s的速度反向弹回，取竖直向上为正方向，则小球与地面碰撞前后的动量变化为_ kg·m/s.若小球与地面的作用时间为0.2 s，则小球受到地面的平均作用力大小为_N(取g10 m/s2)答案212解析由题知vt4 m/s方向为正，则动量变化pmvtmv00.2×4 kg·m/s0.2×(6)kg·m/s2 kg·m/s.由动量定理F合·tp得(Nmg)tp，则Nmg N0.2×10 N12 N.借题发挥(1)动量、动量的变化量和动量定理都是矢量或矢量式，应用时先规定正方向(2)物体动量的变化率等于它所受的力，这是牛顿第二定律的另一种表达形式二、多过程问题中的动量守恒1合理选择系统(由哪些物体组成)和过程，分析系统所受的外力，看是否满足动量守恒的条件分析物体所经历的过程时，注意是否每个过程都满足动量守恒2合理选择初、末状态，选定正方向，根据动量守恒定律列方程例2图1(2013·山东高考)如图1所示，光滑水平轨道上放置长木板A(上表面粗糙)和滑块C，滑块B置于A的左端，三者质量分别为mA2 kg、mB1 kg、mC2 kg.开始时C静止，A、B一起以v05 m/s的速度匀速向右运动，A与C发生碰撞(时间极短)后C向右运动，经过一段时间，A、B再次达到共同速度一起向右运动，且恰好不再与C碰撞求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小答案2 m/s解析长木板A与滑块C处于光滑水平轨道上，两者碰撞时间极短，碰撞过程中滑块B与长木板A间的摩擦力可以忽略不计，长木板A与滑块C组成的系统，在碰撞过程中动量守恒，则mAv0mAvAmCvC两者碰撞后，长木板A与滑块B组成的系统，在两者达到同速之前系统所受合外力为零，系统动量守恒，mAvAmBv0(mAmB)v长木板A和滑块B达到共同速度后，恰好不再与滑块C碰撞，则最后三者速度相等，vCv联立以上各式，代入数值解得：vA2 m/s例3图2两块厚度相同的木块A和B，紧靠着放在光滑的水平面上，其质量分别为mA0.5 kg，mB0.3 kg，它们的下底面光滑，上表面粗糙；另有一质量mC0.1 kg的滑块C(可视为质点)，以vC25 m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面，如图2所示，由于摩擦，滑块最后停在木块B上，B和C的共同速度为3.0 m/s，求：(1)当C在A上表面滑动时，C和A组成的系统动量是否守恒？C、A、B三个物体组成的系统动量是否守恒？(2)当C在B上表面滑动时，C和B组成的系统动量是否守恒？C刚滑上B时的速度vC是多大？答案(1)不守恒守恒(2)守恒4.2 m/s解析(1)当C在A上表面滑动时，由于B对A有作用力，C和A组成的系统动量不守恒对于C、A、B三个物体组成的系统，所受外力的合力为零，动量守恒(2)当C在B上表面滑动时，C和B发生相互作用，系统不受外力作用，动量守恒由动量守恒定律得：mCvCmBvA(mBmC)vBCA、B、C三个物体组成的系统，动量始终守恒，从C滑上A的上表面到C滑离A，由动量守恒定律得：mCvCmCvC(mAmB)vA由以上两式联立解得vC4.2 m/s，vA2.6 m/s.三、动量和能量综合问题分析1动量定理和动量守恒定律是矢量表达式，还可写出分量表达式；而动能定理和能量守恒定律是标量表达式，绝无分量表达式2动量守恒及机械能守恒都有条件注意某些过程动量守恒，但机械能不守恒；某些过程机械能守恒，但动量不守恒；某些过程动量和机械能都守恒但机械能不守恒的过程，能量仍守恒3当两物体相互作用后具有相同速度时，相互作用过程损失的机械能最多例4图3(2014·河北石家庄高二期末)如图3所示，在一光滑的水平面上，有三个质量都是m的物体，其中B、C静止，中间夹着一个质量不计的弹簧，弹簧处于松弛状态，今物体A以水平速度v0撞向B，且立即与其粘在一起运动求整个运动过程中(1)弹簧具有的最大弹性势能；(2)物体C的最大速度答案(1)mv(2)v0解析(1)A、B碰撞过程动量守恒，mv02mv1；A、B碰撞后至弹簧被压缩到最短，三物体组成的系统动量守恒，机械能守恒，故2mv13mv2，×2mv×3mvEp，可得Epmv.(2)弹簧恢复原长时，C物体的速度达到最大，由系统动量守恒和机械能守恒，得3mv22mv3mvm，×2mv×3mvmv，可得vmv0.例5(2014·天津高二期末)质量为m1.0 kg的物块A以v04.0 m/s速度沿粗糙水平面滑向静止在水平面上质量为M2.0 kg的物块B，物块A和物块B碰撞时间极短，碰后两物块粘在一起已知物块A和物块B均可视为质点，两物块间的距离为L1.75 m，两物块与水平面间的动摩擦因数均为0.20，重力加速度g10 m/s2.求：图4(1)物块A和物块B碰撞前的瞬间，物块A的速度v的大小；(2)物块A和物块B碰撞的过程中，物块A对物块B的冲量I；(3)物块A和物块B碰撞的过程中，系统损失的机械能E.答案(1)3 m/s(2)I2 N·s方向水平向右(3)E3 J解析(1)物块A运动到和物块B碰撞前的瞬间，根据动能定理可知：mgLmv2mv解得：v3 m/s(2)以物块A和物块B为系统，根据动量守恒可知：mv(mM)v1以物块B为研究对象，根据动量定理可知：IMv1解得：I2 N·s方向水平向右(3)以物块A和物块B为系统，根据能量关系可知：Emv2(mM)v解得：E3 J.