动量守恒定律的典型模型及其应用课件.ppt

动量守恒定律应用 动量守恒定律的典型应用 几个模型 一 碰撞中动量守恒 四 子弹打木块类的问题 五 人船模型 平均动量守恒 二 反冲运动 爆炸模型 三 碰撞中弹簧模型 3 弹性碰撞的规律两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和动能守恒 以质量为m1速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为 结论 1 当两球质量相等时 两球碰撞后交换了速度 2 当质量大的球碰质量小的球时 碰撞后两球都向前运动 3 当质量小的球碰质量大的球时 碰撞后质量小的球被反弹回来 完全非弹性碰撞 碰撞后系统以相同的速度运动v1 v2 v 动量守恒 动能损失为 解决碰撞问题须同时遵守的三个原则 一 系统动量守恒原则 三 物理情景可行性原则例如 追赶碰撞 碰撞前 碰撞后 在前面运动的物体的速度一定不小于在后面运动的物体的速度 二 能量不增加的原则 例2 A B两球在光滑水平面上沿同一直线 向同一方向运动 A球动量为pA 5kg m s B球动量为pB 7kg m s 两球碰后B球动量变为pB 10kg m s 则两球质量关系可能是 A mA mBB mA 2mBC mB 4mAD mB 6mA 解析 由碰撞中动量守恒可求得pA 2kg m s要使A追上B 则必有 vA vB 即mB 1 4mA 碰后pA pB 均大于零 表示同向运动 则应有 vB vA 即 mB 5mA 碰撞过程中 动能不增加 则 答案 C 二 反冲运动 爆炸模型 图1 1 3为一空间探测器的示意图 P1 P2 P3 P4是四个喷气发动机 P1 P3的连线与空间一固定坐标系的x轴平行 P2 P4的连线与y轴平行 每台发动机喷气时 都能向探测器提供推力 但不会使探测器转动 开始时 探测器相对于坐标系以恒定的速率v0沿正x方向平动 先开动P1 使P1在极短的时间内一次性喷出质量为m的气体 气体喷出时相对于坐标系的速度大小为v 然后开动P2 使P2在极短的时间内一次性喷出质量为m的气体 气体喷出时相对坐标系的速度大小为v 此时探测器的速度大小为2v0 且方向沿正y方向 假设探测器的总质量为M 包括气体的质量 求每次喷出气体的质量m与探测器总质量M的比值和每次喷出气体的速度v与v0的比值 解析 探测器第一次喷出气体时 沿x方向动量守恒 且探测器速度变为零 即Mv0 mv 第二次喷出气体时 沿y方向动量守恒 0 M 2m 2v0 mv 解 得 答案 4 碰撞中弹簧模型 用轻弹簧相连的质量均为2kg的A B两物块都以的速度在光滑的水平地面上运动 弹簧处于原长 质量为4kg的物体C静止在前方 如图3所示 B与C碰撞后二者粘在一起运动 求 在以后的运动中 1 当弹簧的弹性势能最大时物体A的速度多大 2 弹性势能的最大值是多大 3 A的速度有可能向左吗 为什么 1 当A B C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大 由于A B C三者组成的系统动量守恒 有 2 B C碰撞时B C组成的系统动量守恒 设碰后瞬间B C两者速度为 三物块速度相等为vA时弹簧的弹性势能最大为EP 根据能量守恒 则作用后A B C动能之和 系统的机械能 故A不可能向左运动 1 运动性质 子弹对地在滑动摩擦力作用下匀减速直线运动 木块在滑动摩擦力作用下做匀加速运动 2 符合的规律 子弹和木块组成的系统动量守恒 机械能不守恒 3 共性特征 一物体在另一物体上 在恒定的阻力作用下相对运动 系统动量守恒 机械能不守恒 E f滑d相对 三 子弹打木块的模型 例1质量为M的木块静止在光滑水平面上 一质量为速度为的子弹水平射入木块中 如果子弹所受阻力的大小恒为f 子弹没有穿出木块 木块和子弹的最终速度为 在这个过程中木块相对地面的位移为 子弹相对与地面的位移为 子弹相对与木块的位移为 解 光滑水平面 子弹与木块水平方向动量守恒 对木块用动能定理 对子弹用动能定理 得到 观察方程 等式的左边表示摩擦力对系统做的功 右边表示系统动能的变化 那么它表示的物理意义是 在不受外力作用下 系统内部摩擦力做功 摩擦力与物体相对位移的乘积 等于系统动能的变化 这种模型适用条件是 一个物体在另一个物体表面或内部运动 在运动方向上不受外力 系统动量守恒 从能量的观点看 系统内部摩擦力做功 摩擦力与物体相对位移的 四 人船模型 例 静止在水面上的小船长为L 质量为M 在船的最右端站有一质量为m的人 不计水的阻力 当人从最右端走到最左端的过程中 小船移动的距离是多大 S L S 0 MS m L S 若开始时人船一起以某一速度匀速运动 则还满足S2 S1 M m吗 1 人船模型 是动量守恒定律的拓展应用 它把速度和质量的关系推广到质量和位移的关系 即 m1v1 m2v2则 m1s1 m2s22 此结论与人在船上行走的速度大小无关 不论是匀速行走还是变速行走 甚至往返行走 只要人最终到达船的左端 那么结论都是相同的 3 人船模型的适用条件是 两个物体组成的系统动量守恒 系统的合动量为零 例 质量为m的人站在质量为M 长为L的静止小船的右端 小船的左端靠在岸边 当他向左走到船的左端时 船左端离岸多远 应该注意到 此结论与人在船上行走的速度大小无关 不论是匀速行走还是变速行走 甚至往返行走 只要人最终到达船的左端 那么结论都是相同的 类碰撞中绳模型 如图所示 光滑水平面上有两个质量相等的物体 其间用一不可伸长的细绳相连 开始B静止 A具有 规定向右为正 的动量 开始绳松弛 那么在绳拉紧的过程中 A B动量变化可能是 如图所示 质量为M 4kg的平板车静止在光滑水平面上 其左端固定着一根轻弹 质量为m 1kg的小物体以水平速度v0 5m s从平板车右端滑上车 相对于平板车向左滑动了L 1m后把弹簧压缩到最短 然后又相对于平板车向右滑动到最右端而与之保持相对静止 求 1 小物体与平板车间的动摩擦因数 2 这过程中弹性势能的最大值 在光滑水平地面上放有一质量为M带光滑弧形槽的小车 一个质量为m的小铁块以速度v沿水平槽口滑去 如图所示 求 1 铁块能滑至弧形槽内的最大高度H 此刻小车速度 设m不会从左端滑离M 2 小车的最大速度 3 若M m 则铁块从右端脱离小车后将作什么运动 1 Hm Mv2 2g M m mv M m 2 2mv M m 3 铁块将作自由落体运动 图 1 所示为一根竖直悬挂的不可伸长的轻绳 下端栓一小物块A 上端固定在C点且与一能测量绳的拉力的测力传感器相连 已知有一质量为m0的子弹B沿水平方向以速度v0射入A内 未穿透 接着两者一起绕C点在竖直面内做圆周运动 在各种阻力都可忽略的条件下测力传感器测得绳的拉力F随时间t的变化关系如图2所示 已知子弹射入的时间极短 且图 2 中t 0为A B开始以相同速度运动的时刻 根据力学规律和题中 包括图 提供的信息 对反映悬挂系统本身性质的物理量 例如A的质量 及A B一起运动过程中的守恒量 A物体的质量与绳长 。