高中物理选修35动量守恒定律的应用_高中物理动量守恒定律

高中物理选修35动量守恒定律的应用由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“高中物理动量守恒定律”。

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选修3-5 第十六章 动量守恒定律

【动量定理】

一、动量

1、动量：运动物体的质量和速度的乘积叫做动量．P=mv ①是矢量，方向与速度方向相同；动量的合成与分解，按平行四边形法则、三角形法则。是状态量；

②通常说物体的动量是指运动物体某一时刻的动量(状态量)，计算物体此时的动量应取这一时刻的瞬时速度。③是相对量；物体的动量亦与参照物的选取有关，常情况下，指相对地面的动量。单位是kg·m/s；

2、动量的变化及其计算方法

①ΔP=P一P0，主要计算P0、P在一条直线上的情况。

②利用动量定理ΔP=F·t，通常用来解决P0、P不在一条直线上或F为恒力的情况。

二、冲量

1、冲量：力和力的作用时间的乘积叫做该力的冲量．I= F·t ①是矢量，如果在力的作用时间内，力的方向不变，则力的方向就是冲量的方向；冲量的合成与分解，按平行四边形法则与三角形法则．

②冲量不仅由力的决定，还由力的作用时间决定。而力和时间都跟参照物的选择无关，所以力的冲量也与参照物的选择无关。单位是N·s；

2、冲量的计算方法

①I= F·t．采用定义式直接计算、主要解决恒力的冲量计算问题。I=Ft ②利用动量定理 Ft=ΔP．主要解决变力的冲量计算问题，但要注意上式中F为合外力（或某一方向上的合外力）。

三、动量定理

1、动量定理：物体受到合外力的冲量等于物体动量的变化．Ft=mv一mv02、应用动量定理的思路：

（1）明确研究对象和受力的时间（明确质量m和时间t）；

（2）分析对象受力和对象初、末速度（明确冲量I合，和初、未动量P0，P）；

（3）规定正方向，目的是将矢量运算转化为代数运算；

（4）根据动量定理列方程

例1.质量为60 kg的建筑工人,不慎从高空跌下,幸好弹性安全带的保护使他悬挂起来。已知弹性安全带的缓冲时间是1.5 s,安全带自然长度为5 m,g取10 m/s,则安全带所受的平均冲力的大小为()A.500 N

例2.如图所示,一个质量为1 kg的滑块在固定于竖直平面内半径为R的光滑轨道内运动,若滑块在圆心等高处的C点由静止释放,到达最低点B时的速度为5 m/s,求滑块从C点到B点的过程中合外力的冲量。B.1 100 NC.600 N

D.1 000 N/ 8

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【动量守恒定律】

一、动量守恒定律

1、内容：相互作用的物体，如果不受外力或所受外力的合力为零，它们的总动量保持不变，即作用前的总动量与作用后的总动量相等．

2、动量守恒定律适用的条件

①系统不受外力或所受合外力为零． ②当内力远大于外力时．

③某一方向不受外力或所受合外力为零，或该方向上内力远大于外力时，该方向的动量守恒．

3、常见的表达式

①p=p0，其中p、p0分别表示系统的末动量和初动量，表示系统作用前的总动量等于作用后的总动量。②Δp=0，表示系统总动量的增量等于零。

③Δp1=－Δp2，其中Δp1、Δp2分别表示系统内两个物体初、末动量的变化量，表示两个物体组成的系统，各自动量的增量大小相等、方向相反。

其中①的形式最常见，具体来说有以下几种形式

A、m1vl＋m2v2＝m1vl＋m2v2，各个动量必须相对同一个参照物，适用于作用前后都运动的两个物体组成的系统。B、0= m1vl＋m2v2，适用于原来静止的两个物体组成的系统。

C、m1vl＋m2v2=（m1＋m2）v，适用于两物体作用后结合在一起或具有共同的速度。//

4、动量守恒定律的“四性”

在应用动量守恒定律处理问题时,要注意“四性”

①矢量性：动量守恒定律是一个矢量式，对于一维的运动情况，应选取统一的正方向，凡与正方向相同的动量为正，相反的为负。若方向未知可设与正方向相同而列方程，由解得的结果的正负判定未知量的方向。

②瞬时性：动量是一个状态量，即瞬时值，动量守恒指的是系统任一瞬时的动量恒定，列方程m1vl＋m2v2＝m1vl＋m2v2时，等号左侧是作用前各物体的动量和，等号右边是作用后各物体的动量和，不同时刻的动量不能相加。

③相对性：由于动量大小与参照系的选取有关，应用动量守恒定律时，应注意各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的速度，一般以地球为参照系

④普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体所组成的系统，也适用于多个物体组成的系统，不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统。

/

/

例

1、一辆质量为60kg的小车上有一质量为40kg的人（相对车静止）一起以2m／s的速度向前运动，突然人相对车以 4m／s的速度向车后跳出去，则车速为多大？

例

2、两名质量相等的滑冰人甲和乙都静止于光滑的水平冰面上,现在其中一人向另一人抛出一篮球,另一人接球后再抛出,如此反复几次后,甲和乙最后的速率关系是()A.若甲最先抛球,则一定是v甲>v乙B.若乙最后接球,则一定是v甲>v乙

C.只有甲先抛球,乙最后接球,才有v甲>v乙D.无论怎么抛球和接球,都是v甲>v乙

5、应用动量守恒定律的基本思路

①明确研究对象和力的作用时间，即要明确要对哪个系统，对哪个过程应用动量守恒定律。②分析系统所受外力、内力，判定系统动量是否守恒。

③分析系统初、末状态各质点的速度，明确系统初、末状态的动量。④规定正方向，列方程。

⑤解方程。如解出两个答案或带有负号要说明其意义。/ 8

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例

3、如图所示,在光滑水平面上静止着一倾角为θ、质量为M的斜面体B。现有一质量为m的物体A以初速度v0沿斜面向上滑,若A刚好可以到达B的顶端,求A滑到B的顶端时A的速度的大小。

二、碰撞

碰撞指的是物体间相互作用持续时间很短，而物体间相互作用力很大的现象．在碰撞现象中，一般都满足内力远大于外力，故可以用动量守恒定律处理碰撞问题．

1、弹性碰撞

在弹性力作用下，碰撞过程只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失的碰撞，称为弹性碰撞。

设两小球质量分别为m1、m2，碰撞前后速度为v1、v2、v1、v2，碰撞过程无机械能损失，求碰后二者的速度．

根据动量守恒

m1 v1＋m2 v2＝m1 v1＋m2 v2 „„①

根据机械能守恒

½m1 v1十½m2v2= ½m1 v1十½m2 v2 „„②

由①②得v1= /2

2/2

/2

/

/

/

/m/1m2v12m2v2m1m2，v2=

/

m2m1v22m1v1m1m2

仔细观察v1、v2结果很容易记忆,当v2=0时v1= ////

m1m2v1m1m2，v2=

/

2m1v1

m1m

2①当v2=0时；m1=m2 时v1=0，v2=v

1这就是我们经常说的交换速度、动量和能量．

②m1＞＞m2，v1=v1，v2=2v1．碰后m1几乎未变，仍按原来速度运动，质量小的物体将以m1的速度的两倍向前运动。③m1《m2，vl=一v1，v2=0．

碰后m1被按原来速率弹回，m2几乎未动。

2、非弹性碰撞

①非弹性碰撞：受非弹性力作用，使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞。

②完全非弹性碰撞：是非弹性碰撞的特例，这种碰撞的特点是碰后粘在一起，或碰后具有共同速度，其动能损失最大。

注意：在碰撞的一般情况下系统动能都不会增加（有其他形式的能转化为机械能的除外，如爆炸过程），这也常是判断一些结论是否成立的依据． ////

三、几种常见模型

模型

1、子弹打击木块模型

子弹打木块实际上是一种完全非弹性碰撞。作为一个典型，它的特点是：子弹以水平速度射向原来静止的木块，并留在木块中跟木块共同运动。

例1.如图所示,质量为 m 的子弹以初速度 v0射向静止在光滑水平面上的质量为 M 的木块，并留在木块中不再射出，子弹钻入木块深度为 d.求木块与子弹相对静止时的速度，木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离．/ 8

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变式练习

1、子弹以一定的初速度射入放在光滑水平面上的木块中，并共同运动下列说法中正确的是： A、子弹克服阻力做的功等于木块动能的增加与摩 擦生的热的总和 B、木块对子弹做功的绝对值等于子弹对木块做的功 C、木块对子弹的冲量大小等于子弹对木块的冲量

D、系统损失的机械能等于子弹损失的动能和子弹对木块所做的功的差

总结子弹打击木块模型

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 ΔEK=Q = f 滑d相对

变式练习

2、如图所示，质量m=20kg的物体以水平速度v0=5m/s滑上静止在水平地面的平板小车的左端．小车质量M=80kg，物体在小车上滑行一段距离后相对于小车静止．已知物体与平板间的动摩擦因数μ=0.8，小车与地面间的摩擦可忽略不计，g取10m/s2，求：

（1）物体相对小车静止时，小车的速度大小；（2）整个过程中系统产生的热量；（3）小车在地面上滑行的距离．

模型

2、人船模型

例2.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？

变式练习1.如图所示,一小车静止在光滑水平面上,甲、乙两人分别站在车的左、右两侧,整个系统原来静止,则当两人同时相向运动时()

A.要使小车静止不动,甲、乙速率必须相等 B.要使小车向左运动,甲的速率必须比乙的大 C.要使小车向左运动,甲的动量必须比乙的大 D.要使小车向左运动,甲的动量必须比乙的小 / 8

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变式练习2.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？

变式练习

3、载人气球原静止在高度为H的高空，气球的质量为M，人的质量为m，现人要沿气球上的软绳梯滑至地面，则绳梯至少要多长？

总结人船模型

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。

模型

3、弹簧模型

例3.如图所示，质量为m的小物体B连着轻弹簧静止于光滑水平面上，质量为2m的小物体A以速度v0向右运动，则当弹簧被压缩到最短时，弹性势能Ep为多大？

相互作用的两个物体在很多情况下，皆可当作碰撞处理，那么对相互作用中两个物体相距恰“最近”、相距恰“最远”或恰上升到“最高点”等一类临界问题，求解的关键都是“速度相等”。

例4.光滑水平面上放着一质量为M的槽,槽与水平面相切且光滑,如图所示,一质量为m的小球以v0向槽运动,若开始时槽固定不动,求小球上升的高度(槽足够高);若槽不固定,则小球上升的高度又为多少?/ 8

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【巩固练习】 子弹打击木块

1.如图所示，一小车停在光滑水平面上，车上一人持枪向车的竖直挡板连续平射，所有子弹全部嵌在挡板内没有穿出，当射击持续了一会儿后停止，则小车

A．速度为零B．对原静止位置的位移不为零

C．将向射击方向作匀速运动D．将向射击相反方向作匀速运动

2.质量为3m、长度为L的木块静止放置在光滑的水平面上。质量为m的子弹（可视为质点）以初速度v 0水平向右射入木块，穿出木块时速度变为2/5v 0。试求：

①子弹穿出木块后，木块的速度大小；

②子弹穿透木块的过程中，所受到平均阻力的大小。

3.如图所示，用细线悬挂一质量M=2.45kg的木块，摆长l=1.6m，一质量m=50g的子弹沿水平方向以初速度v 0射入 静止的木块，并留在木块内随木块一起摆动，测得木块偏离竖直位置的最大角度为60°，求子弹初速度v 0大小

4.用长为L=1.6m的轻绳悬挂一个质量M=1kg的木块，一质量m=10g的子弹以 =500m／s的速度沿水平方向射入木块，子弹打穿木块后的速度v=100m／s(g=10 m/s2)，试求：(1)这一过程中系统损失的机械能是多少？(2)木块能上升的高度是多少？

(3)木块返回最低点时绳的张力是多大？/ 8

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弹簧模型

1.如图所示，质量为2m的木板静止在光滑的水平面上，轻弹簧固定在木板左端，质量为m的小木块（视为质点）从木板右端以速度v 0沿木板向左滑行，小木块撞击弹簧，使弹簧压缩到最短时，它相对木板滑行的距离为L。设小木块和木板间的动摩擦因数为μ，则弹簧压缩到最短时，木板的速度是多大？弹簧的弹性势能是多大？

2.如图所示，一轻质弹簧两端连着物体A和B，放在光滑的水平面上，物体A被水平速度为v 0的子弹击中，子弹嵌在其中。已知A的质量是B的质量的3/4，子弹的质量是B的质量的1/4，求

（1）A物体获得的最大速度

（2）弹簧压缩量最大时B物体的速度（3）弹簧的最大弹性势能

人船模型

1.如图所示，甲乙两船的质量（包括船、人和货物）分别为10m、12m，两船沿同一直线同一方向运动，速度分别为2v 0、v 0。为避免两船相撞，乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船，甲船上的人将货物接住，求跑出货物的最小速度。

2.气球质量为200kg，载有质量为50kg的人，静止在空中距地面20m高的地方，气球下悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑到地面，为了安全到达地面，这根绳长至少为_______m 与电磁综合应用

1.质量为m1、m2的两个小球A、B带有等量异种电荷，通过绝缘轻弹簧相连接，置于绝缘光滑的水平面上。突然加一水平向右的匀强电场后，两球A、B将由静止开始运动。对两小球A、B和弹簧组成的系统，在以后的运动过程中，下列说法正确的是（设整个过程中不考虑电荷间库仑力的作用且弹簧不超过弹性限度）（）

A.系统机械能不断增加

B.系统机械能守恒

C.系统动量不断增加

D.系统动量守恒/ 8

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2.如图所示，一根足够长的水平滑杆SS′上套有一质量为m的光滑金属圆环，在滑杆的正下方与其平行放置一足够长的光滑水平的绝缘轨道PP′，PP′穿过金属环的圆心．现使质量为M的条形磁铁以水平速度v0沿绝缘轨道向右运动，则下列组合正确的是（）

①磁铁穿过金属环后，两者将先、后停下来 ②磁铁若能穿过金属环，在靠近和离开金属环的过程中金属环的感应电流方向相同，金属环所受的安培力方向相同． ③磁铁与圆环的最终速度Mv0

Mm④整个过程最多能产生热量Mm2v0

2(Mm)A．①②

B．③④

C．②③

D．①④

三个物体碰撞

1.光滑水平轨道上有三个木块A、B、C,质量分别为mA=3m、mB=mC=m,开始时B、C均静止,A以初速度v0向右运动,A与B相撞后分开,B又与C发生碰撞并粘在一起,此后A与B间的距离保持不变。求B与C碰撞前B的速度大小。

2.如图所示，倾角为θ的斜面上静止放置三个质量均为m的木箱，相邻两木箱的距离均为l．工人用沿斜面的力推最下面的木箱使之上滑，逐一与其它木箱碰撞．每次碰撞后木箱都粘在一起运动．整个过程中工人的推力不变，最后恰好能推着三个木箱匀速上滑．已知木箱与斜面间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g．设碰撞时间极短，求

（1）工人的推力；

（2）三个木箱匀速运动的速度；（3）在第一次碰撞中损失的机械能．/ 8