(課改地區(qū)專用)2018-2019學(xué)年高考物理總復(fù)習(xí) 專題二 動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律 習(xí)題課 動(dòng)量和能量的綜合應(yīng)用學(xué)案 新人教版
《(課改地區(qū)專用)2018-2019學(xué)年高考物理總復(fù)習(xí) 專題二 動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律 習(xí)題課 動(dòng)量和能量的綜合應(yīng)用學(xué)案 新人教版》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《(課改地區(qū)專用)2018-2019學(xué)年高考物理總復(fù)習(xí) 專題二 動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律 習(xí)題課 動(dòng)量和能量的綜合應(yīng)用學(xué)案 新人教版(15頁珍藏版)》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、習(xí)題課 動(dòng)量和能量的綜合應(yīng)用 動(dòng)量守恒定律應(yīng)用中的臨界問題分析 [要點(diǎn)歸納] 分析臨界問題的關(guān)鍵是尋找臨界狀態(tài),在動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用中,常常出現(xiàn)相互作用的兩物體相距最近、避免相碰和物體開始反向等臨界狀態(tài),其臨界條件常常表現(xiàn)為兩物體的相對速度關(guān)系與相對位移關(guān)系,這些特定關(guān)系的判斷是求解這類問題的關(guān)鍵。 [精典示例] [例1] 如圖1所示,甲車質(zhì)量m1=20 kg,車上有質(zhì)量M=50 kg 的人,甲車(連同車上的人)以v=3 m/s的速度向右滑行,此時(shí)質(zhì)量m2=50 kg的乙車正以v0=1.8 m/s的速度迎面滑來,為了避免兩車相撞,當(dāng)兩車相距適當(dāng)距離時(shí),人從甲車跳到乙車上,求人跳
2、出甲車的水平速度(相對地面)應(yīng)當(dāng)在什么范圍以內(nèi)才能避免兩車相撞?不計(jì)地面和小車的摩擦,且乙車足夠長。 圖1 解析 人跳到乙車上后,如果兩車同向,甲車的速度小于或等于乙車的速度就可以避免兩車相撞,以人、甲車、乙車組成的系統(tǒng)為研究對象,由水平方向動(dòng)量守恒得: (m1+M)v-m2v0=(m1+m2+M)v′,解得v′=1 m/s。 以人與甲車為一系統(tǒng) ,人跳離甲車過程水平方向動(dòng)量守恒得:(m1+M)v=m1v′+Mu,解得u=3.8 m/s。因此,只要人跳離甲車的速度u≥3.8 m/s,就可避免兩車相撞。 答案 大于等于3.8 m/s [針對訓(xùn)練1] 如圖2所示,甲、乙兩小孩各乘一
3、輛冰車在水平冰面上游戲,甲和他的冰車總質(zhì)量為M=30 kg,乙和他的冰車總質(zhì)量也是30 kg。游戲時(shí),甲推著一個(gè)質(zhì)量為m=15 kg 的箱子和他一起以v0=2 m/s的速度滑行,乙以同樣大小的速度迎面滑來,為了避免相撞,甲突然將箱子沿冰面推給乙,箱子滑到乙處,乙迅速抓住。若不計(jì)冰面摩擦。 圖2 (1)若甲將箱子以速度v推出,甲的速度v1為多少?(用字母表示) (2)設(shè)乙抓住迎面滑來的速度為v的箱子后反向運(yùn)動(dòng),乙抓住箱子后的速度v2為多少?(用字母表示) (3)若甲、乙最后不相撞,甲、乙的速度應(yīng)滿足什么條件?箱子被推出的速度至少多大? 解析 (1)設(shè)甲運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?,甲將箱子?/p>
4、出的過程,甲和箱子組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,由動(dòng)量守恒定律得:(M+m)v0=mv+Mv1① 解得v1=② (2)箱子和乙作用的過程動(dòng)量守恒,以箱子的速度方向?yàn)檎较颍蓜?dòng)量守恒定律得:mv-Mv0=(m+M)v2③ 解得v2=④ (3)甲、乙不相撞的條件是v1≤v2⑤ 其中v1=v2為甲、乙恰好不相撞的條件。 聯(lián)立②④⑤三式,并代入數(shù)據(jù)得v≥5.2 m/s。 答案 (1) (2) (3)v1≤v2 5.2 m/s 滑塊—木板類模型 [要點(diǎn)歸納] 1.把滑塊、木板看做一個(gè)整體,摩擦力為內(nèi)力,在光滑水平面上滑塊和木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 2.由于摩擦生熱,機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能
5、,系統(tǒng)機(jī)械能不守恒。應(yīng)由能量守恒求解問題。 3.注意:若滑塊不滑離木板,就意味著二者最終具有共同速度,機(jī)械能損失最多。 [精典示例] [例2] 如圖3所示,在光滑的水平面上有一質(zhì)量為M的長木板,以速度v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),將質(zhì)量為m的小鐵塊輕輕放在木板上的A點(diǎn),這時(shí)小鐵塊相對地面速度為零,小鐵塊相對木板向左滑動(dòng)。由于小鐵塊和木板間有摩擦,最后它們之間相對靜止,已知它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,問: 圖3 (1)小鐵塊跟木板相對靜止時(shí),它們的共同速度多大? (2)它們相對靜止時(shí),小鐵塊與木板上的A點(diǎn)距離多遠(yuǎn)? (3)在全過程中有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能? 解析 (1)木板與小鐵塊
6、組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。以v0的方向?yàn)檎较?,由?dòng)量守恒定律得,Mv0=(M+m)v′,則v′=。 (2)由功能關(guān)系可得,摩擦力在相對位移上所做的功等于系統(tǒng)動(dòng)能的減少量,μmgx相=Mv-(M+m)v′2。 解得x相=。 (3)方法一:由能量守恒定律可得, Q=Mv-(M+m)v′2= 方法二:根據(jù)功能關(guān)系,轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能等于系統(tǒng)克服摩擦力做的功,即ΔE=Q=μmg·x相=。 答案 (1) (2) (3) 滑塊—滑板類模型是通過板塊之間的滑動(dòng)摩擦力發(fā)生相互作用,當(dāng)系統(tǒng)所受合外力為零時(shí),系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,但機(jī)械能一般不守恒,多用能量守恒求解,需要注意的是,滑塊若不滑離木塊,意味著二者最
7、終具有共同速度?! ? [針對訓(xùn)練2] 如圖4所示,C是放在光滑的水平面上的一塊木板,木板的質(zhì)量為3m,在木板的上表面有兩塊質(zhì)量均為m的小木塊A和B,它們與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ。最初木板靜止,A、B兩木塊同時(shí)以相向的水平初速度v0和2v0滑上長木板,木板足夠長,A、B始終未滑離木板也未發(fā)生碰撞。求: 圖4 (1)木塊B的最小速度是多少? (2)木塊A從剛開始運(yùn)動(dòng)到A、B、C速度剛好相等的過程中,木塊A所發(fā)生的位移是多少? 解析 (1)由題知,B向右減速,A向左減速,此時(shí)C靜止不動(dòng);A先減速到零后與C一起反向向右加速,B向右繼續(xù)減速,三者共速時(shí),B的速度最小。 取向右為
8、正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律:m·2v0-mv0=5mv, 解得B的最小速度v= (2)A向左減速的過程,根據(jù)動(dòng)能定理有-μmgx1=0-mv, 向左的位移為x1= A、C一起向右加速的過程,根據(jù)動(dòng)能定理有μmgx2=×4m, 向右的位移為x2= 取向左為正方向,整個(gè)過程A發(fā)生的位移為x=x1-x2= 即此過程中A發(fā)生的位移向左,大小為。 答案 見解析 子彈打木塊類模型 [要點(diǎn)歸納] 1.子彈打木塊的過程很短暫,認(rèn)為該過程內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,則系統(tǒng)動(dòng)量守恒。 2.在子彈打木塊過程中摩擦生熱,系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化。 3.若子彈不穿出木塊,二者最后有共同速度,機(jī)械
9、能損失最多。 [精典示例] [例3] 如圖5所示,在光滑水平地面上的木塊M緊挨輕彈簧靠墻放置。子彈m以速度v0沿水平方向射入木塊并在極短時(shí)間內(nèi)相對于木塊靜止下來,然后木塊壓縮勁度系數(shù)未知的彈簧至彈簧最短。已知子彈質(zhì)量為m,木塊質(zhì)量是子彈質(zhì)量的9倍,即M=9m;彈簧最短時(shí)彈簧被壓縮了Δx;勁度系數(shù)為k,形變量為x的彈簧的彈性勢能可表示為Ep=kx2。求: 圖5 (1)子彈射入木塊到剛相對于小木塊靜止的過程中損失的機(jī)械能; (2)彈簧的勁度系數(shù)。 解析 (1)設(shè)子彈射入木塊到剛相對于木塊靜止時(shí)的速度為v,由動(dòng)量守恒定律mv0=(m+M)v,解得v= 設(shè)子彈射入木塊到剛相對于木塊
10、靜止的過程中損失的機(jī)械能為ΔE, 由能量守恒定律ΔE=mv-(m+M)v2 代入數(shù)據(jù)得ΔE=。 (2)彈簧最短時(shí)彈簧被壓縮了Δx,其彈性勢能可表示為Ep=k(Δx)2 木塊壓縮輕彈簧過程,由機(jī)械能守恒定律,(m+M)v2=Ep,解得k=。 答案 (1) (2) [針對訓(xùn)練3] 如圖6所示,在水平地面上放置一質(zhì)量為M的木塊,一質(zhì)量為m的子彈以水平速度v射入木塊(未穿出),若木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,子彈與木塊間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ0,求: 圖6 (1)子彈射入后,木塊在地面上前進(jìn)的距離; (2)射入的過程中,系統(tǒng)損失的機(jī)械能; (3)子彈在木塊中打入的深度。 解析 因子
11、彈未射出,故碰撞后子彈與木塊的速度相同,而系統(tǒng)損失的機(jī)械能為初、末狀態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)能之差。 (1)設(shè)子彈射入木塊后,二者的共同速度為v′,取子彈的初速度方向?yàn)檎较?,則由動(dòng)量守恒得mv=(M+m)v′① 二者一起沿地面滑動(dòng),前進(jìn)的距離為x,由動(dòng)能定理得 -μ(M+m)gx=0-(M+m)v′2② 由①②兩式解得x= (2)射入過程中損失的機(jī)械能ΔE=mv2-(M+m)v′2③ 解得ΔE=。 (3)設(shè)子彈在木塊中打入的深度,即子彈相對于木塊的位移為x相對,則ΔE=μ0mgx相對, 得x相對==。 答案 (1) (2) (3) 1.如圖7所示,一輛質(zhì)量m0=3 kg的小車A靜
12、止在光滑的水平面上,小車上有一質(zhì)量m=1 kg的光滑小球B,將一輕彈簧壓縮并鎖定,此時(shí)彈簧的彈性勢能為6 J,小車右壁間距為L。解除鎖定,小球脫離彈簧后與小車右壁碰撞,并被粘住。設(shè)小球脫離彈簧時(shí)小球的速度大小為v,整個(gè)過程中,小車移動(dòng)的距離為x,則( ) 圖7 A.v=4 m/s,x= B.v=3 m/s,x= C.v=1 m/s,x=L D.v=3 m/s,x=L 解析 解除鎖定后彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,根據(jù)動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律有mv1-m0v2=0,Ep=mv+m0v,代入數(shù)據(jù)解得v1=3 m/s;v2=1 m/s。設(shè)整個(gè)過程所用時(shí)間為t,由動(dòng)量守恒定律m-m0=
13、0,x1+x2=L代入數(shù)據(jù)解得x1=,x2=L,故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。 答案 B 2.(多選)矩形滑塊由不同材料的上、下兩層粘合在一起組成,將其放在光滑的水平面上,質(zhì)量為m的子彈以速度v水平射向滑塊,若射擊下層,子彈剛好不射出,若射擊上層,則子彈剛好能射進(jìn)一半厚度,如圖8所示,上述兩種情況相比較( ) 圖8 A.子彈對滑塊做功一樣多 B.子彈對滑塊做的功不一樣多 C.系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量一樣多 D.系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量不一樣多 解析 兩次都沒射出,則子彈與滑塊最終達(dá)到共同速度,設(shè)為v共,由動(dòng)量守恒定律可得mv=(M+m)v共,得v共= v;子彈對滑塊所做的功等于滑塊獲得的動(dòng)能,故
14、選項(xiàng)A正確;系統(tǒng)損失的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能,故選項(xiàng)C正確。 答案 AC 3.如圖9所示,一質(zhì)量M=6 kg的平板小車在光滑的水平面上以v0=2 m/s的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng),將一個(gè)質(zhì)量m=2 kg的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))無初速度地放在小車中央,最終物塊停在小車上的某位置。已知物塊與小車之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,取g=10 m/s2。求物塊與小車因摩擦產(chǎn)生的內(nèi)能Q和小車的最小長度L。 圖9 解析 (1)物塊相對小車靜止時(shí),二者有共同速度為v1,由動(dòng)量守恒定律得:Mv0=(M+m)v1 得:v1= v0=×2 m/s=1.5 m/s。 由功能關(guān)系得:Q=×Mv-×(M+m)v 代入數(shù)據(jù)得
15、:Q=3 J 設(shè)物塊相對小車的位移為x,則由功能關(guān)系:μmgx=Q 得:x=0.75 m,因?yàn)殚_始物塊放在小車中央,故平板小車的最小長度L=1.5 m。 答案 3 J 1.5 m 4.如圖10所示,固定在水平地面上的光滑圓弧面與質(zhì)量為6 kg的小車C的上表面平滑相接,在圓弧面上有一個(gè)質(zhì)量為2 kg的滑塊A,在小車C的左端有一個(gè)質(zhì)量為2 kg的滑塊B,滑塊A與B均可看做質(zhì)點(diǎn)?,F(xiàn)使滑塊A從距小車的上表面高h(yuǎn)=1.25 m處由靜止下滑,與B碰撞后瞬間粘合在一起共同運(yùn)動(dòng),最終沒有從小車C上滑出。已知滑塊A、B與小車C的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ=0.5,小車C與水平地面的摩擦忽略不計(jì),取g=10 m/s
16、2。求: 圖10 (1)滑塊A與B碰撞后瞬間的共同速度的大小; (2)小車C上表面的最短長度。 解析 (1)設(shè)滑塊A滑到圓弧末端時(shí)的速度大小為v1,由機(jī)械能守恒定律得:mAgh=mAv① 代入數(shù)據(jù)解得v1==5 m/s② 設(shè)A、B碰后瞬間的共同速度為v2,滑塊A與B碰撞瞬間與車C無關(guān),滑塊A與B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒, mAv1=(mA+mB)v2③ 代入數(shù)據(jù)解得v2=2.5 m/s④ (2)設(shè)小車C上表面的最短長度為L,滑塊A與B最終沒有從小車C上滑出,三者最終速度相同設(shè)為v3, 根據(jù)動(dòng)量守恒定律有(mA+mB)v2=(mA+mB+mC)v3⑤ 根據(jù)能量守恒定律有μ(m
17、A+mB)gL=(mA+mB)v-(mA+mB+mC)v⑥ 聯(lián)立⑤⑥式代入數(shù)據(jù)解得L=0.375 m。⑦ 答案 (1)2.5 m/s (2)0.375 m 5.如圖11所示,兩個(gè)質(zhì)量都是M=0.2 kg的砂箱A、B,并排放在光滑的水平桌面上,一顆質(zhì)量m=0.1 kg的子彈以v0=130 m/s的水平速度射向A,射穿A后,進(jìn)入B并同B一起運(yùn)動(dòng),測得A、B落地點(diǎn)到桌邊緣的水平距離之比為2∶3,求: 圖11 (1)砂箱A、B離開桌面時(shí)的速度的大小vA、vB; (2)子彈剛穿出砂箱A時(shí)速度的大小v; (3)若砂箱A的厚度L=0.1 m,則子彈在穿過A的過程中受到的平均阻力多大? 解
18、析 (1)在子彈穿過A進(jìn)入B的過程中,A、B和子彈組成的系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律,設(shè)A、B離開桌面的瞬時(shí)速度分別為vA、vB,規(guī)定子彈初速度方向?yàn)檎较?,則有: mv0=MvA+(m+M)vB① 離開桌面后,A、B分別做平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,由于平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是相等的, 則:vA∶vB=(vA·t)∶(vB·t)=xA∶xB=2∶3② 聯(lián)立①②并代入數(shù)據(jù)解得:vA=20 m/s,vB=30 m/s。 (2)子彈剛穿出砂箱A時(shí),A與B的速度是相等的,設(shè)子彈的速度的大小為v,則:mv0=2MvA+mv③ 代入數(shù)據(jù)解得:v=50 m/s。 (3)由能量守恒定律,在子彈穿過砂箱A的
19、過程中
FL=mv-mv2-×2Mv,得:F=6 400 N
答案 (1)20 m/s 30 m/s (2)50 m/s (3)6 400 N
1.質(zhì)量相同的A、B兩木塊從同一高度自由下落,當(dāng)A木塊落至某一位置時(shí)被水平飛來的子彈很快的擊中(設(shè)子彈未穿出),則A、B兩木塊在空中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間ta、tb的關(guān)系是( )
A.ta=tb B.ta>tb
C.ta
20、開一定距離,如圖1所示,具有初動(dòng)能E0的第1個(gè)物塊向右運(yùn)動(dòng),依次與其余兩個(gè)靜止物塊發(fā)生碰撞,最后這三個(gè)物塊粘在一起,這個(gè)整體的動(dòng)能為( ) 圖1 A.E0 B. C. D. 解析 碰撞過程動(dòng)量守恒mv0=3mv1,解得v1=① E0=mv② Ek′=×3mv③ 由①②③得Ek′=。 答案 C 3.如圖2所示,位于光滑水平桌面上的小滑塊P和Q質(zhì)量相等,都可視作質(zhì)點(diǎn)。Q與輕質(zhì)彈簧相連。設(shè)Q靜止,P以某一初速度向Q運(yùn)動(dòng)并與彈簧發(fā)生碰撞。在整個(gè)碰撞過程中,彈簧具有的最大彈性勢能等于( ) 圖2 A.P的初動(dòng)能 B.P的初動(dòng)能的 C.P的初動(dòng)能的 D.P的
21、初動(dòng)能的 解析 把小滑塊P和Q以及彈簧看成一個(gè)系統(tǒng),系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。在整個(gè)碰撞過程中,當(dāng)小滑塊P和Q的速度相等時(shí),彈簧的彈性勢能最大。設(shè)小滑塊P的初速度為v0,兩滑塊的質(zhì)量均為m,則mv0=2mv,v=,所以彈簧具有的最大彈性勢能Ep=mv-×2mv2=mv=Ek0,故選項(xiàng)B正確。 答案 B 4.如圖3所示,質(zhì)量為M、長為L的長木板放在光滑水平面上,一個(gè)質(zhì)量也為M的物塊(視為質(zhì)點(diǎn))以一定的初速度從左端沖上長木板,如果長木板是固定的,物塊恰好停在長木板的右端,如果長木板不固定,則物塊沖上長木板后在木板上最多能滑行的距離為( ) 圖3 A.L B. C. D. 解析 長
22、木板固定時(shí),由動(dòng)能定理得μMgL=Mv,若長木板不固定有Mv0=2Mv,μMgs=Mv-×2Mv2,得s=,選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。 答案 D 5.如圖4所示,在光滑水平面上,有一質(zhì)量為M=3 kg的薄板和質(zhì)量m=1 kg的物塊,都以v=4 m/s 的初速度朝相反方向運(yùn)動(dòng),它們之間有摩擦,薄板足夠長,當(dāng)薄板的速度為2.7 m/s時(shí),物塊的運(yùn)動(dòng)情況是( ) 圖4 A.做減速運(yùn)動(dòng) B.做加速運(yùn)動(dòng) C.做勻速運(yùn)動(dòng) D.以上運(yùn)動(dòng)都有可能 解析 開始階段,m向左減速,M向右減速,當(dāng)m的速度為零時(shí),設(shè)此時(shí)M的速度為v1。規(guī)定向右為正方向,根據(jù)動(dòng)量守恒定律得:(M-m)v=Mv1,
23、代入數(shù)據(jù)解得:v1≈2.67 m/s<2.7 m/s,所以m處于向左減速過程中。 答案 A 6.一炮彈質(zhì)量為m,以一定的傾角斜向上發(fā)射,達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)速度大小為v,方向水平。炮彈在最高點(diǎn)爆炸成兩塊,其中一塊恰好做自由落體運(yùn)動(dòng),質(zhì)量為,則爆炸后另一塊瞬時(shí)速度大小為( ) A.v B. C. D.0 解析 爆炸過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有:mv=mv′,解得:v′=v。 答案 C 7.如圖5所示,A、B兩個(gè)木塊用輕彈簧相連接,它們靜止在光滑水平面上,A和B的質(zhì)量分別是99m和100m,一顆質(zhì)量為m的子彈以速度v0水平射入木塊A內(nèi)沒有穿出,則在以后的過程中彈簧彈性勢能的最大值為( )
24、 圖5 A. B. C. D. 解析 子彈射入木塊A,根據(jù)動(dòng)量守恒有mv0=100mv1=200mv2,則v1=,v2=,彈性勢能的最大值Ep=×100mv-×200mv=。 答案 A 8. (多選)質(zhì)量為M、內(nèi)壁間距為L的箱子靜止于光滑的水平面上,箱子中間有一質(zhì)量為m的小物塊,小物塊與箱子底板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。初始時(shí)小物塊停在箱子正中間,如圖6所示?,F(xiàn)給小物塊一水平向右的初速度v,小物塊與箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中間,并與箱子保持相對靜止。設(shè)碰撞都是彈性碰撞,則整個(gè)過程中,系統(tǒng)損失的動(dòng)能為( ) 圖6 A.mv2 B. v2 C.NμmgL D.
25、NμmgL 解析 根據(jù)動(dòng)量守恒,小物塊和箱子的共同速度v′=,損失的動(dòng)能ΔEk=mv2-(M+m)v′2= v2,所以B正確;根據(jù)能量守恒,系統(tǒng)損失的動(dòng)能等于因摩擦產(chǎn)生的熱量,而計(jì)算熱量的方法是摩擦力乘以相對路程,所以ΔEk=NFfL=NμmgL,所以選項(xiàng)D正確。 答案 BD 9.(多選)如圖7所示,用輕繩將兩個(gè)彈性小球b、a緊緊束縛在一起并發(fā)生微小的形變,現(xiàn)正在光滑水平面上以速度v0=0.1 m/s向右做直線運(yùn)動(dòng),已知兩彈性小球b、a的質(zhì)量分別為m1=1 kg和m2=2 kg。一段時(shí)間后輕繩突然自動(dòng)斷開,斷開后兩球仍沿原直線運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過t=5.0 s兩球的間距為s=4.5 m,則下列說法
26、正確的是( ) 圖7 A.剛分離時(shí),a、b兩球的速度方向相同 B.剛分離時(shí),b球的速度大小為0.4 m/s C.剛分離時(shí),a球的速度大小為0.7 m/s D.兩球分開過程中釋放的彈性勢能為0.27 J 解析 在輕繩突然自動(dòng)斷開過程中,兩球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。設(shè)斷開后兩球仍沿原直線運(yùn)動(dòng),速度分別為v1和v2,設(shè)剛分離時(shí),a、b兩球的速度方向相同,由動(dòng)量守恒定律,(m1+m2)v0=m1v1+m2v2,根據(jù)題述,經(jīng)過t=5.0 s兩球的間距為s=4.5 m,有v1t-v2t=s,聯(lián)立解得:v1=0.7 m/s,v2=-0.2 m/s,負(fù)號(hào)說明b球的速度方向向左,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,C
27、正確;由機(jī)械能守恒定律,兩球分開過程中釋放的彈性勢能為Ep=m1v+m2v-(m1+m2)v=0.27 J,選項(xiàng)D正確。 答案 CD 10.(多選)如圖8所示,輕質(zhì)彈簧的一端固定在墻上,另一端與質(zhì)量為m的物體A相連,A放在光滑水平面上,有一質(zhì)量與A相同的物體B,從離水平面高h(yuǎn)處由靜止開始沿光滑曲面滑下,與A相碰后一起將彈簧壓縮,彈簧復(fù)原過程中某時(shí)刻B與A分開且沿原曲面上升。下列說法正確的是( ) 圖8 A.彈簧被壓縮時(shí)所具有的最大彈性勢能為mgh B.彈簧被壓縮時(shí)所具有的最大彈性勢能為 C.B與A分開后能達(dá)到的最大高度為 D.B與A分開后能達(dá)到的最大高度不能計(jì)算 解析 根
28、據(jù)機(jī)械能守恒定律可得B剛到達(dá)水平面的速度v0=,根據(jù)動(dòng)量守恒定律可得A與B碰撞后的速度為v=v0,所以彈簧被壓縮時(shí)所具有的最大彈性勢能為Epm=·2mv2=mgh,即選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確;當(dāng)彈簧再次恢復(fù)原長時(shí),A與B分開,B以大小為v的速度向左沿曲面上滑,根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得mgh′=mv2,B能達(dá)到的最大高度為h′=h,即選項(xiàng)C正確,D錯(cuò)誤。 答案 BC 11.如圖9所示,在光滑的水平面上放著一個(gè)質(zhì)量為M=0.39 kg的木塊(可視質(zhì)點(diǎn)),在木塊正上方有一個(gè)固定懸點(diǎn)O,在懸點(diǎn)O和木塊之間連接一根長度為0.4 m的輕繩(輕繩不可伸長且剛好被拉直)。有一顆質(zhì)量為m=0.01 kg 的子彈以水
29、平速度v0射入木塊并留在其中(作用時(shí)間極短),g取10 m/s2,要使木塊能繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),求:子彈射入的最小速度。 圖9 解析 當(dāng)木塊恰好能繞O點(diǎn)在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),在最高點(diǎn)重力提供向心力, 由牛頓第二定律得:(M+m)g=(M+m), 解得:v1=2 m/s, 從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)過程系統(tǒng)機(jī)械能守恒,由機(jī)械能守恒得: (M+m)v2=(M+m)v+(M+m)g·2L, 解得:v=2 m/s, 子彈射入木塊過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒,以向右為正方向, 由動(dòng)量守恒定律得:mv0=(M+m)v, 解得:v0=80 m/s。 答案 80 m/s 12.如圖10所示
30、,有一質(zhì)量為m的小球,以速度v0滑上靜置于光滑水平面上的光滑圓弧軌道。已知圓弧軌道的質(zhì)量為2m,小球在上升過程中始終未能沖出圓弧,重力加速度為g,求: 圖10 (1)小球在圓弧軌道上能上升的最大高度;(用v0、g表示) (2)小球離開圓弧軌道時(shí)的速度大小。 解析 (1)小球在軌道上上升最高時(shí)兩物體速度相同,系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒,規(guī)定小球運(yùn)動(dòng)的初速度方向?yàn)檎较?,有:mv0=3mv,得:v=, 根據(jù)機(jī)械能守恒得:mv=×3mv2+mgh 解得:h= (2)小球離開圓弧軌道時(shí),根據(jù)動(dòng)量守恒,則有:mv0=mv1+2mv2, 根據(jù)機(jī)械能守恒,則有:mv=mv+×2mv, 聯(lián)
31、立以上兩式可得:v1=-v0,則小球離開圓弧軌道時(shí)的速度大小為。 答案 (1) (2) 13.如圖11所示,物體A置于靜止在光滑水平面上的平板小車B的左端,在A的上方O點(diǎn)用細(xì)線懸掛一小球C(可視為質(zhì)點(diǎn)),線長L=0.8 m。現(xiàn)將小球C拉至水平無初速度釋放,并在最低點(diǎn)與A物體發(fā)生水平正碰,碰撞后小球C反彈的最大高度為h=0.2 m。已知A、B、C的質(zhì)量分別為mA=4 kg、mB=8 kg和mC=1 kg,A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,A、C碰撞時(shí)間極短,且只碰一次,取重力加速度g=10 m/s2。 圖11 (1)求小球C與物體A碰撞前瞬間受到細(xì)線的拉力大小; (2)求A、C碰撞后
32、瞬間A的速度大??; (3)若物體A未從小車B上掉落,小車B的最小長度為多少? 解析 (1)小球碰撞前在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng) 根據(jù)機(jī)械能守恒定律,得mC gL=mCv 由牛頓第二定律,得F-mCg= 解得v0=4 m/s,F(xiàn)=30 N (2)設(shè)A、C碰撞后的速度大小分別為vA、vC,v0的方向?yàn)檎较? 由機(jī)械能守恒和動(dòng)量守恒,得mCgh=mCv mCv0=mAvA-mCvC 解得vC=2 m/s,vA=1.5 m/s (3)設(shè)A在B上相對滑動(dòng)的最終速度為v,相對位移為x, 由動(dòng)量守恒和能量守恒,得mAvA=(mA+mB)v μmAgx=mAv-(mA+mB)v2,解得x=0.375 m 要使A不從B車上滑下,小車的最小長度為0.375 m(或 m) 答案 (1)30 N (2)1.5 m/s (3)0.375 m(或 m) 15
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