(1)应用动量守恒定律解题时要充分理解它的同时性、矢量性,且只需抓住始、末状态,无需考虑细节过程。
(2)应用动量守恒定律的关键是正确地选择系统和过程,并判断是否满足动量守恒的条件。
多个物体组成系统的动量守恒 [例3] (山东高考)如图1-2-3,光滑水平直轨道上两滑块A、B用橡皮筋连接,A的质量为m,开始时橡皮筋松弛,B静止,给A向左的初速度v0。一段时间后,B与A同向运动发生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间A的速度的两倍,也是碰撞前瞬间B的速度的一半。求:
图1-2-3
(1)B的质量;
(2)碰撞过程中A、B系统机械能的损失。
[解析] (1)以初速度v0的方向为正方向,设B的质量为mB,A、B碰撞后共同速度为v,v
由题意知:碰撞前瞬间A的速度为,碰撞前瞬间B的速度为2v,由动量守恒定律得
2
v
m+2mBv=(m+mB)v 2由①式得 1mB=m 2
② ①
(2)从开始到碰后的全过程,由动量守恒定律得 mv0=(m+mB)v
③
设碰撞过程A、B系统机械能的损失为ΔE,则 1v11
ΔE=m()2+mB(2v)2-(m+mB)v2
2222联立②③④式得 1
ΔE=mv02
6
11
[答案] (1)m (2)mv02
26
⑤ ④
善于选择系统和过程是解决这类问题的关键。大体有以下几种情况: (1)有时对系统和过程整体应用动量守恒; (2)有时只对某部分物体应用动量守恒; (3)有时分过程多次应用动量守恒; (4)有时抓住初、末状态动量守恒即可。
(对应学生用书页码P7)
1.把一支枪水平固定在小车上,小车放在光滑的水平面上,枪发射出一颗子弹时,关于枪、子弹和车,下列说法中正确的是( )
A.枪和子弹组成的系统动量守恒 B.枪和车组成的系统动量守恒
C.三者组成的系统因为子弹和枪筒之间的摩擦力很小,使系统的动量变化很小,可忽略不计,故系统动量近似守恒
D.三者组成的系统动量守恒,因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用,这两个外力的合力为零
解析:选D 由于枪水平放置,故三者组成的系统除重力和支持力(两外力平衡)外,无其他外力,动量守恒。子弹和枪筒之间的力应为系统的内力,对系统的总动量没有影响,故C项错误;分开枪和车,则枪和子弹的系统受到车对其外力作用,车和枪的系统受到子弹对其外力作用,动量都不守恒。
2.如图1-2-4所示,一个木箱原来静止在光滑水平面上,木箱内粗糙的底板上放着一个小木块。木箱和小木块都具有一定的质量。现使木箱获得一个向右的初速度v0,则( )
图1-2-4
A.小木块和木箱最终都将静止
B.小木块最终将相对木箱静止,二者一起向右运动
C.小木块在木箱内壁将始终来回往复碰撞,而木箱一直向右运动
D.如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止,则二者将一起向左运动
解析:选B 因系统受合外力为零,根据系统动量守恒可知最终两个物体以相同的速度
一起向右运动,故B正确。
3.在空中水平飞行的爆炸物突然裂成a、b两块,其中质量较大的a块的速度方向沿原来的方向,则( )
A.b的速度方向一定与原运动方向相反 B.落地时,a飞行的水平距离一定比b的大 C.a、b一定同时到达地面 D.a比b先落到地面
解析:选C 爆炸物的总动量在水平方向上守恒,b速度方向可能与原来运动方向相反,也可能相同,b的速度不一定小,A、B均错。a、b两块都从同一高度做平抛运动,由平抛运动的规律可知,两块一定同时落地,则选项C正确。
4.甲、乙两球在光滑水平面上发生碰撞。碰撞前,甲球向左运动,乙球向右运动,碰撞后一起向右运动,由此可以判断( )
A.甲的质量比乙小 C.甲的初动量比乙小
B.甲的初速度比乙小 D.甲的动量变化比乙小
乙v乙-
解析:选C 甲、乙两球碰撞过程中系统动量守恒,规定向右为正方向,则m
m甲v甲=(m甲+m乙)v>0,故m乙v乙>m甲v甲,即甲的初动量比乙的小。而甲的动量变化与乙的动量变化是大小相同的,故C正确。
5.(福建高考)一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置,由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化,则分离后卫星的速率v1为( )
图1-2-5
A.v0-v2 m2C.v0-v2
m1
B.v0+v2 m2D.v0+(v0-v2)
m1
解析:选D 火箭和卫星组成的系统,在分离前后沿原运动方向上动量守恒,由动量守m2恒定律有:(m1+m2)v0=m1v1+m2v2,解得:v1=v0+(v0-v2),D项正确。
m1
6.质量为M的木块在光滑的水平面上以速度v1向右运动,质量为m的子弹以速度v2
水平向左射入木块,要使木块停下来,必须发射子弹的数目为(子弹留在木块内)( )
?M+m?v2A.
mv1Mv1C. mv2
Mv1
B. ?M+m?v2mv1D. Mv2
解析:选C 设须发射数目为n,以v1为正方向,由动量守恒定律,得Mv1-n·mv2=0,Mv1
所以n=,故选C。
mv2
7.如图1-2-6所示,三个小球的质量均为m,B、C两球用轻弹簧连接后放在光滑的水平面上,A球以速度v0沿B、C两球球心的连线向B球运动,碰后A、B两球粘在一起。对A、B、C及弹簧组成的系统,下列说法正确的是( )
图1-2-6
A.机械能守恒,动量守恒 B.机械能不守恒,动量守恒
C.三球速度相等后,将一起做匀速运动 D.三球速度相等后,速度仍将变化
解析:选BD 因水平面光滑,故系统的动量守恒,A、B两球碰撞过程中机械能有损失,A错误,B正确;三球速度相等时,弹簧形变量最大,弹力最大,故三球速度仍将发生变化,C错误,D正确。
8.如图1-2-7所示,一平板车静止在光滑的水平地面上,甲、乙两人分别站在车上左右两端。当两人同时相向而行时,发现小车向左移动。则( )
图1-2-7
A.若两人质量相等,必定是v甲>v乙 B.若两人质量相等,必定是v乙>v甲 C.若两人速率相等,必定是m甲>m乙 D.若两人速率相等,必定是m乙>m甲
解析:选AC 取甲、乙两人和平板车为系统,系统动量守恒。由于总动量始终为零,小车向左移动,说明甲和乙的总动量方向向右,即甲的动量大于乙的动量。当两人质量相等时,必定是v甲>v乙,所以选项A正确、B错误。若两人速率相等,则必
图1-2-8