对系统应用动量定理. 系统的动量定理就是系统所受合外力的冲量等于系统总动量的变化.若将系统受到的每一个外力.系统内每一个物体的速度均沿正交坐标系x轴和y轴分解.则系统的动量定理的数学表达式如下: . 对于不需求解系统内部各物体间相互作用力的问题.采用系统的动量定理求解将会使求解简单.过程明确. 例10.如图3所示. 质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进.当速度为V0时拖车突然与汽车脱钩.到拖车停下瞬间司机才发现.若汽车的牵引力一直未变.车与路面的动摩擦因数为μ.那么拖车刚停下时.汽车的瞬时速度是多大? 分析与解:以汽车和拖车系统为研究对象.全过程系统受的合外力始终为.该过程经历时间为V0/μg.末状态拖车的动量为零.全过程对系统用动量定理可得: 注意:这种方法只能用在拖车停下之前.因为拖车停下后.系统受的合外力中少了拖车受到的摩擦力.因此合外力大小不再是. 例11.如图4所示.矩形盒B的质量为M.放在水平面上.盒内有一质量为m的物体A.A与B.B与地面间的动摩擦因数分别μ1.μ2.开始时二者均静止.现瞬间使物体A获取一向右且与矩形盒B左.右侧壁垂直的水平速度V0.以后物体A在盒B的左右壁碰撞时.B始终向右运动.当A与B最后一次碰撞后.B停止运动.A则继续向右滑行距离S后也停止运动.求盒B运动的时间t. 分析与解:以物体A.盒B组成的系统为研究对象.它们在水平方向所受的外力就是地面盒B的滑动摩擦力.而A与B间的摩擦力.A与B碰撞时的相互作用力均是内力.设B停止运动时A的速度为V.且假设向右为正方向.由系统的动量定理得: 当B停止运动后.对A应用动能定理得: 由以上二式联立解得:. 问题4:能根据动量守恒条件判定系统的动量是否守恒? 例12.如图5所示的装置中.木块B与水平桌面间的接触是光滑的.子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内.将弹簧压缩到最短.现将子弹.木块和弹簧合在一起作为研究对象.则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中: A.动量守恒.机械能守恒 B.动量不守恒.机械能不守恒 C.动量守恒.机械能不守恒 D.动量不守恒.机械能守恒 分析与解:若以子弹.木块和弹簧合在一起作为研究对象.从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短时.弹簧固定端墙壁对弹簧有外力作用.因此动量不守恒.而在子弹射入木块时.存在剧烈摩擦作用.有一部分能量将转化为内能.机械能也不守恒.实际上.在子弹射入木块这一瞬间过程.取子弹与木块为系统则可认为动量守恒.子弹射入木块后木块压缩弹簧过程中.机械能守恒.但动量不守恒.物理规律总是在一定条件得出的.因此在分析问题时.不但要弄清取谁作研究对象.还要弄清过程的阶段的选取.判断各阶段满足物理规律的条件. 例13.质量为M的小车中挂有一个单摆.摆球的质量为M0.小车和单摆以恒定的速度V0沿水平地面运动.与位于正对面的质量为M1的静止木块发生碰撞.碰撞时间极短.在此过程中.下列哪些说法是可能发生的( ) A.小车.木块.摆球的速度都发生变化.分别为V1.V2和V3.且满足: V0=MV1+M1V2+M0V3, B.摆球的速度不变.小车和木块的速度为V1.V2.且满足:MV0=MV1+M1V2, C.摆球的速度不变.小车和木块的速度都为V.且满足:MV0=V, D.小车和摆球的速度都变为V1.木块的速度变为V2.且满足: V1+M1V2 分析与解:小车与木块相碰.随之发生的将有两个过程:其一是.小车与木块相碰.作用时间极短.过程结束时小车与木块速度发生了变化.而小球的速度未变,其二是.摆球将要相对于车向右摆动.又导致小车与木块速度的改变.但是题目中已明确指出只需讨论碰撞的极短过程.不需考虑第二过程.因此.我们只需分析B.C两项.其实.小车与木块相碰后.将可能会出现两种情况.即碰撞后小车与木块合二为一或它们碰后又分开.前者正是C项所描述的.后者正是B项所描述的.所以B.C两项正确. 问题5:能根据动量守恒定律求解“合二为一 和“一分为二 问题. “合二为一 问题:两个速度不同的物体.经过相互作用.最后达到共同速度. “一分为二 问题:两个物体以共同的初速度运动.由于相互作用而分开各自以不同的速度运动. 例14.甲.乙两小孩各乘一辆小车在光滑水平面上匀速相向行驶.速度均为6m/s.甲车上有质量为m=1kg的小球若干个.甲和他的车及所带小球的总质量为M1=50kg.乙和他的车总质量为M2=30kg.现为避免相撞.甲不断地将小球以相对地面16.5m/s的水平速度抛向乙.且被乙接住.假设某一次甲将小球抛出且被乙接住后刚好可保证两车不致相撞.试求此时: (1)两车的速度各为多少?(2)甲总共抛出了多少个小球? 分析与解:甲.乙两小孩依在抛球的时候是“一分为二 的过程.接球的过程是“合二为一 的过程. (1)甲.乙两小孩及两车组成的系统总动量沿甲车的运动方向.甲不断抛球.乙接球后.当甲和小车与乙和小车具有共同速度时.可保证刚好不撞.设共同速度为V.则: M1V1-M2V1=V (2)这一过程中乙小孩及时的动量变化为:△P=30×6-30× 每一个小球被乙接收后.到最终的动量弯化为 △P1=16.5×1-1.5×1=15 故小球个数为 例15.人和冰车的总质量为M.另有一个质量为m的坚固木箱.开始时人坐在冰车上静止在光滑水平冰面上.某一时刻人将原来静止在冰面上的木箱以速度V推向前方弹性挡板.木箱与档板碰撞后又反向弹回.设木箱与挡板碰撞过程中没有机械能的损失.人接到木箱后又以速度V推向挡板.如此反复多次.试求人推多少次木箱后将不可能再接到木箱?(已知) 解析:人每次推木箱都可看作“一分为二 的过程.人每次接箱都可以看作是“合二为一 的过程.所以本题为多个“一分为二 和“合二为一 过程的组合过程. 设人第一次推出后自身速度为V1. 则:MV1=mV. 人接后第二次推出.自身速度为V2.则mV+2mV=MV2 (因为人每完成接后推一次循环动作.自身动量可看成增加2mV) 设人接后第n次推出.自身速度为Vn.则mV+2mV(n-1)=MVn ∴Vn=V . 若Vn≥V .则人第n次推出后.不能再接回.将有关数据代入上式得n≥8.25.∴n=9. 问题6:会用动量守恒定律解“人船模型 问题 两个物体均处于静止.当两个物体存在相互作用而不受外力作用时.系统动量守恒.这类问题的特点:两物体同时运动.同时停止. 例16.载人气球原静止于高h的高空.气球质量为M.人的质量为m.若人沿绳梯滑至地面.则绳梯至少为多长? 分析与解:气球和人原静止于空中.说明系统所受合力为零.故人下滑过程中系统动量守恒.人着地时.绳梯至少应触及地面.若设绳梯长为L.人沿绳梯滑至地面的时间为t.由动量守恒定律有:,解得. 例17.如图7所示.质量为M的车静止在光滑水平面上.车右侧内壁固定有发射装置.车左侧内壁固定有沙袋.发射器口到沙袋的距离为d.把质量为m的弹丸最终射入沙袋中.这一过程中车移动的距离是 . 分析与解:本题可把子弹看作“人 .把车看作“船 .这样就可以用“人船模型 来求解. ,解得. 例18.质量为M.长为L的船静止在静水中.船头及船尾各站着质量分别为m1及m2的人.当两人互换位置后.船的位移有多大? 分析与解:利用“人船模型 易求得船的位移大小为:.提示:若m1>m2,本题可把等效为一个人.把看着船.再利用人船模型进行分析求解较简便. 问题7:会分析求解“三体二次作用过程 问题 所谓“三体二次作用 问题是指系统由三个物体组成.但这三个物体间存在二次不同的相互作用过程.解答这类问题必须弄清这二次相互作用过程的特点.有哪几个物体参加?是短暂作用过程还是持续作用过程?各个过程遵守什么规律?弄清上述问题.就可以对不同的物理过程选择恰当的规律进行列式求解. 例19.光滑的水平面上.用弹簧相连的质量均为2kg的A.B两物块都以V0=6m/s的速度向右运动.弹簧处于原长.质量为4kg的物块C静止在前方.如图8所示.B与C碰撞后二者粘在一起运动.在以后的运动中.当弹簧的弹性势能达到最大为 J时.物块A的速度是 m/s. 分析与解:本题是一个“三体二次作用 问题:“三体 为A.B.C三物块.“二次作用 过程为第一次是B.C二物块发生短时作用.而A不参加.这过程动量守恒而机械能不守恒,第二次是B.C二物块作为一整体与A物块发生持续作用.这过程动量守恒机械能也守恒. 对于第一次B.C二物块发生短时作用过程.设B.C二物块发生短时作用后的共同速度为VBC.则据动量守恒定律得: (1) 对于第二次B.C二物块作为一整体与A物块发生持续作用.设发生持续作用后的共同速度为V.则据动量守恒定律和机械能守恒定律得: mAV0+ (2) (3) 由式可得:当弹簧的弹性势能达到最大为EP=12J时.物块A的速度V=3 m/s. 例20.如图9所示为三块质量均为m.长度均为L的木块.木块1和木块2重叠放置在光滑的水平桌面上.木块3沿光滑水平桌面运动并与叠放在下面的木块2发生碰撞后粘合在一起.如果要求碰后原来叠放在上面的木块1完全移到木块3上.并且不会从木块3上掉下.木块3碰撞前的动能应满足什么条件?设木块之间的动摩擦因数为m. 分析与解:设第3块木块的初速度为V0,对于3.2两木块的系统.设碰撞后的速度为V1.据动量守恒定律得:mV0=2mV1 1 对于3.2整体与1组成的系统.设共同速度为V2.则据动量守恒定律得: 2mV1=3mV2 2 (1)第1块木块恰好运动到第3块上.首尾相齐.则据能量守恒有: 3 由123联立方程得:Ek3=6μmgL 4 (2)第1块运动到第3块木块上.恰好不掉下.据能量守恒定律得: 5 由125联立方程得:Ek3=9μmgL 故: 问题8.会分析求解“二体三次作用过程 问题 所谓“二体三次作用 问题是指系统由两个物体组成.但这两个物体存在三次不同的相互作用过程.求解这类问题的关键是正确划分三个不同的物理过程.并能弄清这些过程的特点.针对相应的过程应用相应的规律列方程解题. 例21.如图10所示.打桩机锤头质量为M.从距桩顶h高处自由下落.打在质量为m的木桩上.且在极短时间内便随桩一起向下运动.使得木桩深入泥土的距离为S.那么在木桩下陷过程中泥土对木桩的平均阻力是多少? 分析与解:这是一道联系实际的试题.许多同学对打木桩问题的过程没有弄清楚.加上又不理解“作用时间极短 的含意而酿成错误.其实 打木桩问题可分为三个过程: 其一:锤头自由下落运动过程.设锤刚与木桩接 触的速度为V0.则据机械能守恒定律得: Mgh=,所以V0=. 其二:锤与木桩的碰撞过程.由于作用时间极短. 内力远大于外力.动量守恒.设碰后的共同速度为V. 据动量守恒定律可得: MV0=(M+m)V, 所以V= 其三:锤与桩一起向下做减速运动过程.设在木桩下陷过程中泥土对木桩的平均阻力为f,由动能定理可得: (M+m)gS-fS=0-,所以f=(M+m)g+. 例22.如图11所示.C是放在光滑的水平面上的一块木板.木板的质量为3m.在木板的上面有两块质量均为m的小木块A和B.它们与木板间的动摩擦因数均为μ.最初木板静止.A.B两木块同时以方向水平向右的初速度V0和2V0在木板上滑动.木板足够长. A.B始终未滑离木板.求: (1)木块B从刚开始运动到与木板C速度刚好相等的过程中.木块B所发生的位移, (2)木块A在整个过程中的最小速度. 分析与解:(1)木块A先做匀减速直线运动.后做匀加速直线运动,木块B一直做匀减速直线运动,木板C做两段加速度不同的匀加速直线运动.直到A.B.C三者的速度相等为止.设为V1.对A.B.C三者组成的系统.由动量守恒定律得: 解得:V1=0.6V0 对木块B运用动能定理.有: 解得 (2)设木块A在整个过程中的最小速度为V′.所用时间为t.由牛顿第二定律: 对木块A:, 对木板C:, 当木块A与木板C的速度相等时.木块A的速度最小.因此有: 解得 木块A在整个过程中的最小速度为: 问题9:会用动量守恒定律解“碰撞类 问题 查看更多

 

题目列表(包括答案和解析)

某物理兴趣小组应用如图甲所示的装置,将质量为m=1.5kg的钩码P与质量为M=5.0kg的小车Q组成的系统作为研究对象来验证动能定理,其实验步骤如下:(重力加速度g取10m/s2

       A.将一端带滑轮的木板放在水平桌面上,滑轮的一端伸出桌边沿;

       B.在木板不带滑轮的一端安装打点计时器,用导线将打点计时器跟50Hz交流电源相连;

       C.将小车Q放在木板上打点计时器的附近,纸带穿过打点计时器的限位孔并与小车相连;

       D.细绳的一端与小车Q相连,另一端跨过滑轮与钩码P相连;

       E.接通打点计时器后释放小车Q,打点计时器在纸带上打下一系列点如图乙所示。图中A、B、C……H是计数点,每相邻两个计数点间有4个记录点未标出,设纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔为T。

   (1)纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔T=        S。

   (2)由乙图所示的纸带通过分析计算可知,小车Q运动中受到的阻力f=         

   (3)从打点计时器打下B点到打下C点的过程中,对钩码P与小车Q组成的系统,合外力做功的公式为W=      (用M、m、g、f、T、S1、S2、S3……中的相关符号表示);钩码P与小车Q组成系统的动能改变量△Ek=    (用M、m、g、f、T、S1、S2、S3……中的相关符号表示)

   (4)该实验中,每次实验所求得的W都略大于△Ek,引起该实验误差的原因是       (只要答对一个就可得分)

 


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某物理兴趣小组应用如图甲所示的装置,将质量为m=1.5kg的钩码P与质量为M=5.0kg的小车Q组成的系统作为研究对象来验证动能定理,其实验步骤如下:(重力加速度g取10m/s2

       A.将一端带滑轮的木板放在水平桌面上,滑轮的一端伸出桌边沿;

       B.在木板不带滑轮的一端安装打点计时器,用导线将打点计时器跟50Hz交流电源相连;

       C.将小车Q放在木板上打点计时器的附近,纸带穿过打点计时器的限位孔并与小车相连;

       D.细绳的一端与小车Q相连,另一端跨过滑轮与钩码P相连;

       E.接通打点计时器后释放小车Q,打点计时器在纸带上打下一系列点如图乙所示。图中A、B、C……H是计数点,每相邻两个计数点间有4个记录点未标出,设纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔为T。

   (1)纸带上两个相邻的计数点之间的时间间隔T=        S。

   (2)由乙图所示的纸带通过分析计算可知,小车Q运动中受到的阻力f=         

   (3)从打点计时器打下B点到打下C点的过程中,对钩码P与小车Q组成的系统,合外力做功的公式为W=      (用M、m、g、f、T、S1、S2、S3……中的相关符号表示);钩码P与小车Q组成系统的动能改变量△Ek=    (用M、m、g、f、T、S1、S2、S3……中的相关符号表示)

   (4)该实验中,每次实验所求得的W都略大于△Ek,引起该实验误差的原因是       (只要答对一个就可得分)

 


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涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式,它的基本原理如图甲所示。水平面上固定一块铝板,当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时,铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用。

涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式。某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程。车厢下端安装有电磁铁系统,能在长为,宽的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场,磁感应强度可随车速的减小而自动增大(由车内速度传感器控制),但最大不超过,将铝板简化为长大于,宽也为的单匝矩形线圈,间隔铺设在轨道正中央,其间隔也为,每个线圈的电阻为,导线粗细忽略不计。在某次实验中,模型车速度为时,启动电磁铁系统开始制动,车立即以加速度做匀减速直线运动,当磁感应强度增加到时就保持不变,直到模型车停止运动。已知模型车的总质量为,空气阻力不计。不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响。

(1)电磁铁的磁感应强度达到最大时,模型车的速度为多大?

(2)模型车的制动距离为多大?

(3)为了节约能源,将电磁铁换成若干个并在一起的永磁铁组,两个相邻的磁铁磁极的极性相反,且将线圈改为连续铺放,如图丙所示,已知模型车质量减为,永磁铁激发的磁感应强度恒为,每个线圈匝数为,电阻为,相邻线圈紧密接触但彼此绝缘。模型车仍以的初速度开始减速,为保证制动距离不大于,至少安装几个永磁铁?

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涡流制动是一种利用电磁感应原理工作的新型制动方式,它的基本原理如图甲所示。水平面上固定一块铝板,当一竖直方向的条形磁铁在铝板上方几毫米高度上水平经过时,铝板内感应出的涡流会对磁铁的运动产生阻碍作用。

涡流制动是磁悬浮列车在高速运行时进行制动的一种方式。某研究所制成如图乙所示的车和轨道模型来定量模拟磁悬浮列车的涡流制动过程。车厢下端安装有电磁铁系统,能在长为,宽的矩形区域内产生竖直方向的匀强磁场,磁感应强度可随车速的减小而自动增大(由车内速度传感器控制),但最大不超过,将铝板简化为长大于,宽也为的单匝矩形线圈,间隔铺设在轨道正中央,其间隔也为,每个线圈的电阻为,导线粗细忽略不计。在某次实验中,模型车速度为时,启动电磁铁系统开始制动,车立即以加速度做匀减速直线运动,当磁感应强度增加到时就保持不变,直到模型车停止运动。已知模型车的总质量为,空气阻力不计。不考虑磁感应强度的变化引起的电磁感应现象以及线圈激发的磁场对电磁铁产生磁场的影响。

(1)电磁铁的磁感应强度达到最大时,模型车的速度为多大?

(2)模型车的制动距离为多大?

(3)为了节约能源,将电磁铁换成若干个并在一起的永磁铁组,两个相邻的磁铁磁极的极性相反,且将线圈改为连续铺放,如图丙所示,已知模型车质量减为,永磁铁激发的磁感应强度恒为,每个线圈匝数为,电阻为,相邻线圈紧密接触但彼此绝缘。模型车仍以的初速度开始减速,为保证制动距离不大于,至少安装几个永磁铁?

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为了强调物理学对当今社会的重要作用并纪念爱因斯坦,2004年联合国第58次大会把2005年定为国际物理年。爱因斯坦在100年前发表了5篇重要论文,内容涉及狭义相对论、量子论和统计物理学,对现代物理学的发展作出了巨大贡献。某人学了有关的知识后,有如下理解,其中正确的是
[     ]
A、所谓布朗运动就是液体分子的无规则运动
B、光既具有波动性,又具有粒子性
C、在光电效应的实验中,入射光强度增大,光电子的最大初动能随之增大
D、质能方程表明:物体具有的能量与它的质量有简单的正比关系

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