高中物理第16章《动量守恒定律》ppt课件新人教版选修.ppt

第十六章动量守恒定律复习课【知识要点【知识要点】（一）动量（一）动量（二）冲量（二）冲量（三）动量定理（三）动量定理（四）动量守恒定律（四）动量守恒定律（五）解决碰撞和反冲问题是动量守恒定律（五）解决碰撞和反冲问题是动量守恒定律的重要应用。的重要应用。（一）动量（一）动量1.1.一个物体的动量一个物体的动量: : 运动物体的质量和速度的乘积叫动量运动物体的质量和速度的乘积叫动量. . 动量是从动力学的角度描述物体运动状态的物理量，它反动量是从动力学的角度描述物体运动状态的物理量，它反映了物体作机械运动时的映了物体作机械运动时的“惯性惯性”大小。大小。 动量是矢量，其方向与速度的方向相同。动量是矢量，其方向与速度的方向相同。 动量是状态量，它与某时刻物体的质量和瞬时速度相对应动量是状态量，它与某时刻物体的质量和瞬时速度相对应。 动量具有相对性，其速度的大小跟参考系的选择有关，通动量具有相对性，其速度的大小跟参考系的选择有关，通常都以地面为参考系。常都以地面为参考系。vmPmv是指该系统内所有各个物体动量的矢量和。是指该系统内所有各个物体动量的矢量和。2.质点系的动量质点系的动量:21PPP 在一维的情况下，在一维的情况下，P P1 1、 P P2 2的方向相同或相反，的方向相同或相反，这时这时P P1 1、 P P2 2的方向可以用的方向可以用“+”+”、“-”-”号来表示。号来表示。先选定先选定P P1 1或或P P2 2中的某个方向为正方向即坐标的正方中的某个方向为正方向即坐标的正方向，则与坐标正方向同向的为正值，反向的为负值向，则与坐标正方向同向的为正值，反向的为负值。这样，矢量式就变成了代数式。这样，矢量式就变成了代数式 p=Pp=P2 2+P+P1 1 尽管尽管P P1 1、 P P2 2的正、负跟选取的坐标正方向有关的正、负跟选取的坐标正方向有关，但，但p p的结果跟正方向的选择无关。的结果跟正方向的选择无关。 P=pP=p1 1+p+p2 2=2+3=2+3=（kgkgm/sm/s） P=pP=p1 1+p+p2 2=2+(-3)=-1(kg=2+(-3)=-1(kgm/sm/s）在同一直线上求总动量的标量化处理办法在同一直线上求总动量的标量化处理办法-1-2-3 这是动量变化量的定义式，这是一个矢量关系式。这是动量变化量的定义式，这是一个矢量关系式。P也是一个矢量。动量的变化量也是一个矢量。动量的变化量P是一个过程量，它描述在是一个过程量，它描述在某一过程中，物体动量变化的大小和方向。某一过程中，物体动量变化的大小和方向。 若物体的质量不变，则若物体的质量不变，则 p=mv； 若物体的速度不变，而质量发生变化，则若物体的速度不变，而质量发生变化，则 p=vm。 是物体是物体(或物体系或物体系)末动量与初末动量与初动量的矢量差动量的矢量差. P=p2-p13.动量的增量动量的增量:P(二二)冲量冲量 1.恒力的冲量：恒力的冲量： 力和力的作用时间的乘积叫作力的冲量力和力的作用时间的乘积叫作力的冲量 冲量是描述作用在物体上的力在一段时间内的累冲量是描述作用在物体上的力在一段时间内的累积效应的物理量。积效应的物理量。 冲量是矢量。恒力的冲量，其方向与该恒力的方冲量是矢量。恒力的冲量，其方向与该恒力的方向相同。向相同。 冲量是过程量，跟一段时间间隔相对应。冲量是过程量，跟一段时间间隔相对应。 由于力和时间的量度跟参考系的选择无关，所以由于力和时间的量度跟参考系的选择无关，所以冲量与参考系的选择无关。冲量与参考系的选择无关。FtI 中学物理不能计算连续变力的冲量中学物理不能计算连续变力的冲量,但是要但是要能计算分过程是恒力能计算分过程是恒力,总过程是变力总过程是变力,且为一维且为一维空间的冲量问题空间的冲量问题. 即使是一个变力，它在一段确定时间内的即使是一个变力，它在一段确定时间内的冲量也具有确定的大小和方向，只是不能直接冲量也具有确定的大小和方向，只是不能直接用公式用公式I=Ft来计算。来计算。2.变力的冲量：变力的冲量： 物体所受的冲量是指物体所受合外力的冲物体所受的冲量是指物体所受合外力的冲量，即物体所受所有外力的冲量的矢量和。量，即物体所受所有外力的冲量的矢量和。 I=I1+I23.物体所受的冲量物体所受的冲量: 质点系所受的冲量是指该物体系内所质点系所受的冲量是指该物体系内所有各个物体所受外力的冲量的矢量和。有各个物体所受外力的冲量的矢量和。 I=I1+I24. 质点系所受的冲量质点系所受的冲量: 在一维的情况下，在一维的情况下，I I1 1、 I I2 2的方向相同或相反，这时的方向相同或相反，这时I I1 1、 I I2 2的方向可以用的方向可以用“+”+”、“-”-”号来表示。先选定号来表示。先选定I I1 1或或I I2 2中的某中的某个方向为正方向即坐标的正方向，则与坐标正方向同向的为个方向为正方向即坐标的正方向，则与坐标正方向同向的为正值，反向的为负值。这样，矢量式就变成了代数式正值，反向的为负值。这样，矢量式就变成了代数式 I=II=I1 1+I+I2 2 尽管尽管I I1 1、 I I2 2的正、负跟选取的坐标正方向有关，但的正、负跟选取的坐标正方向有关，但I I的的结果跟正方向的选择无关。结果跟正方向的选择无关。 例例1. I=I1. I=I1 1+I+I2 2=2+3=5(N=2+3=5(Ns)s) 例例2. I=I2. I=I1 1+I+I2 2=2+(-3)=-1(N=2+(-3)=-1(Ns)s)在同一直线上求合冲量的标量化处理方法在同一直线上求合冲量的标量化处理方法(三三)动量定理：动量定理： 1.1.一个物体的动量定理一个物体的动量定理: : 物体在一段时间内所受到的合外力的冲量，等于物体在这物体在一段时间内所受到的合外力的冲量，等于物体在这段时间内动量的变化，其表达式为段时间内动量的变化，其表达式为 I=I=p=Pp=P2 2-P-P1 1 。 当物体所受的合外力为恒力当物体所受的合外力为恒力F F时，且在作用时间时，且在作用时间t t内，内，物体的质量物体的质量m m不变，则动量定理可写成不变，则动量定理可写成 F Ft=mt=mv=mvv=mv2 2-mv-mv1 1 。 这是一个矢量式这是一个矢量式, ,它表达了三个矢量间的关系它表达了三个矢量间的关系. . 在一维的情况下，在一维的情况下，I I 、 P P1 1、 P P2 2的方向相同或相反，这的方向相同或相反，这时时I I 、 P P1 1、 P P2 2的方向可以用的方向可以用“+”+”、“-”-”号来表示。先选号来表示。先选定定I I 、 P P1 1或或P P2 2中的某个方向为正方向即坐标的正方向，则与中的某个方向为正方向即坐标的正方向，则与坐标正方向同向的为正值，反向的为负值。这样，矢量式就坐标正方向同向的为正值，反向的为负值。这样，矢量式就变成了代数式变成了代数式 I= PI= P2 2 - - P P1 1 尽管尽管I I 、 P P1 1、 P P2 2的正、负跟选取的坐标正方向有关，但的正、负跟选取的坐标正方向有关，但按该方程解答的结果跟正方向的选择无关。按该方程解答的结果跟正方向的选择无关。 例例1. I= p1. I= p2 2 - p - p1 1 =3-2=1(N =3-2=1(Ns)s) 例例2. p2. p2 2 = p = p1 1+ + I I =(+2)+(-5)=-3(kg=(+2)+(-5)=-3(kgm/s)m/s)对于在同一直线上应用动量定理的标量化处理方法对于在同一直线上应用动量定理的标量化处理方法 动量定理说明冲量是物体动量发生变化的原因，它动量定理说明冲量是物体动量发生变化的原因，它定量地描述了作用在物体上的合外力通过一段时间的定量地描述了作用在物体上的合外力通过一段时间的累积所产生的效果。动量定理跟前一章中的动能定理累积所产生的效果。动量定理跟前一章中的动能定理分别从不同的角度具体地描述了力是改变物体运动状分别从不同的角度具体地描述了力是改变物体运动状态的原因。态的原因。 动量定理动量定理F Ft=mvt=mv2 2-mv-mv1 1虽然可以用牛顿第二定律虽然可以用牛顿第二定律F=maF=ma和运动学公式和运动学公式 a=(va=(v2 2-v-v1 1)/)/t t推导出来，但用动量推导出来，但用动量定理来的解决具体问题时，比直接用牛顿第二定律要定理来的解决具体问题时，比直接用牛顿第二定律要优越得多。优越得多。F=maF=ma是一个瞬时的关系式，只跟某一状态是一个瞬时的关系式，只跟某一状态相对应。而一个过程是由无数个状态组成的。运用牛相对应。而一个过程是由无数个状态组成的。运用牛顿第二定律时，必须顾及到过程中的每一个状态，每顿第二定律时，必须顾及到过程中的每一个状态，每一个细节。而运用动量定理时，只要抓住这个过程的一个细节。而运用动量定理时，只要抓住这个过程的初、末状态，不必顾及过程中的细节。初、末状态，不必顾及过程中的细节。 动量定理的表达式是一个矢量式，等号两边的物理动量定理的表达式是一个矢量式，等号两边的物理量不仅大小相等，而且方问也相同。且物体所受合外量不仅大小相等，而且方问也相同。且物体所受合外力的冲量，也就是物体所受各个力的冲量的矢量和。力的冲量，也就是物体所受各个力的冲量的矢量和。说明：说明：例例1按正交分解法按正交分解法沿水平方向沿水平方向: I: Ix x=0, mv=0, mv2x2x=mv=mv1 1, v, v2x2x=v=v1 1 沿竖直方向沿竖直方向: I: Iy y=mgt, mgt=mv=mgt, mgt=mv2y2y, v, v2y2y=gt=gt例例2.2.用动量定理研究平抛运动用动量定理研究平抛运动 例例3.3.已知已知: :初末速均为零初末速均为零, ,拉力拉力F F作用时间作用时间t t1 1, ,而而t t2 2时时间段没有拉力作用间段没有拉力作用, , 求阻力求阻力f .f .根据动量定理根据动量定理:(F-f)t:(F-f)t1 1-ft-ft2 2=0=0解得解得:f=Ft:f=Ft1 1/(t/(t1 1+t+t2 2) ) 例例4.4.已知已知:m,h:m,h1 1,h,h2 2, , t. t. 求求:N=?:N=?解: (N-mg)t=mv2-(-mv1)V12=2gh1V22=2gh2由以上三式可解得mgtghghmN21222.2.物体系的动量定理物体系的动量定理 动量定理不仅适用于单个物体，同样也适用于物体系。动量定理不仅适用于单个物体，同样也适用于物体系。 FtFt+ ft =mv+ ft =mv2 2-mv-mv1 1 式中式中F F表示系统外力表示系统外力,f,f表示系统内力表示系统内力. . 因为内力是成对的，大小相等，方向相反，作用时间因为内力是成对的，大小相等，方向相反，作用时间相同，所以整个系统内的内力的总冲量必定为零。相同，所以整个系统内的内力的总冲量必定为零。 ft=0ft=0 而系统的总动量的变化量，是指系统内所有各个物体而系统的总动量的变化量，是指系统内所有各个物体的动量变化量的矢量和。的动量变化量的矢量和。 所以当研究对象为物体系时，动量定理可表述为：所以当研究对象为物体系时，动量定理可表述为： 一个系统所受合外力的冲量，等于在相应时间内，该一个系统所受合外力的冲量，等于在相应时间内，该系统的总动量的变化。系统的总动量的变化。 其中其中“外力外力”仅指仅指外界外界对对系统内物体系统内物体的作用力，不包的作用力，不包括括系统内各物体间相互作用的内力系统内各物体间相互作用的内力。 FtFt =mv =mv2 2-mv-mv1 1 I=-fI=-fm m t t +f +fM M t =0 t =0一对内力的功一对内力的功 W=fsW=fs相相以子弹打木块为例以子弹打木块为例 W=-fW=-fm ms sm m+f+fM Ms sM M=-fd=-fd一对内力的冲量一对内力的冲量 I=0I=0以子弹打木块为例说明以子弹打木块为例说明:但一对内力的功却不一定为零但一对内力的功却不一定为零一位质量为一位质量为m m的运动员从下蹲状态向上起跳，经的运动员从下蹲状态向上起跳，经时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为V V，过程中：，过程中：，地面对他做的功为，地面对他做的功为B B 地面对他的冲量为地面对他的冲量为，地面对他做的功为零，地面对他做的功为零，地面对他做的功为，地面对他做的功为D D 地面对他的冲量为地面对他的冲量为，地面对他做的功为零，地面对他做的功为零A A 地面对他的冲量为地面对他的冲量为C 地面对他的冲量为地面对他的冲量为2006年全国理综年全国理综 （1 1）正确选择研究对象，这关系到确定系）正确选择研究对象，这关系到确定系统与外界，内力和外力。统与外界，内力和外力。 （2 2）对研究对象进行受力分析，运动过程）对研究对象进行受力分析，运动过程的分析，确定初、末状态，应注意物体的初、的分析，确定初、末状态，应注意物体的初、末速度应该是相对于同一个惯性参考系的。末速度应该是相对于同一个惯性参考系的。 （3 3）在一维的情况下，选取坐标正方向，）在一维的情况下，选取坐标正方向，由此得出各已知矢量的正、负号，代入公式由此得出各已知矢量的正、负号，代入公式I=pI=p2 2-p-p1 1进行运算。进行运算。 （4 4）在二维的情况下）在二维的情况下, ,用正交分解法。用正交分解法。正确运用动量定理的关键是：正确运用动量定理的关键是：例例. .已知已知:m,a,M,:m,a,M,求求:N=? f=?:N=? f=?解解: :按正交分解法按正交分解法沿竖直方向沿竖直方向: : (N-Mg-mg)t=-mat sin (N-Mg-mg)t=-mat sin 得得 N=(M+m)g-ma sin N=(M+m)g-ma sin 沿水平方向沿水平方向: : ft=mat cos ft=mat cos 得得 f=ma cosf=ma cos （四）动量守恒定律（四）动量守恒定律 1. 1. 一个物体如果不受外力或所受合外力为一个物体如果不受外力或所受合外力为零，其表现为保持原有的运动状态不变。零，其表现为保持原有的运动状态不变。当几当几个物体组成的物体系不受外力或所受外力之和个物体组成的物体系不受外力或所受外力之和为零，只有系统内部的物体之间相互作用时，为零，只有系统内部的物体之间相互作用时，各个物体的动量都可以发生变化，但系统的总各个物体的动量都可以发生变化，但系统的总动量的大小和方向是保持不变的。动量的大小和方向是保持不变的。这就是动量这就是动量守恒定律。守恒定律。 若用若用p p和和pp分别表示系统的初、末动量，则分别表示系统的初、末动量，则动量守恒定律可表达为：动量守恒定律可表达为： P=P-P=0 P=P-P=0 或或 P=P P=P 。 对于由两个物体组成的系统，动量守恒定律对于由两个物体组成的系统，动量守恒定律可以写成：可以写成： P= P= P P1 1+ +P P2 2 =0 =0 或或 P P1 1= -= -P P2 2 。 其物理意义是：其物理意义是：两个物体相互作用时它们的两个物体相互作用时它们的动量的变化总是大小相等，方向相反的动量的变化总是大小相等，方向相反的。 对于始终在同一条直线上运动的两个物体组成的对于始终在同一条直线上运动的两个物体组成的系统，动量守恒定律的一般表达式为系统，动量守恒定律的一般表达式为 m m1 1v v1010+m+m2 2v v2020=m=m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2 式中等号左边是式中等号左边是两个物体在相互作用前的总动量两个物体在相互作用前的总动量，等号右边是它们在等号右边是它们在相互作用后的总动量相互作用后的总动量。式中的四个。式中的四个速度应该是相对于速度应该是相对于同一个惯性参考系同一个惯性参考系的。四个速度的的。四个速度的正、负号的确定方法跟动量定理中所用的方法相同。正、负号的确定方法跟动量定理中所用的方法相同。2.2.动量守恒定律的适用条件动量守恒定律的适用条件(1)系统不受外力或系统所受外力之和为零系统不受外力或系统所受外力之和为零，是系统动量守恒的条件。 (2)若系统所受外力之和不为零，但在某在某一方向上的外力之和为零，则在该方向上系统一方向上的外力之和为零，则在该方向上系统动量守恒。动量守恒。 (3)如果系统所受外力之和不为零，而且如果如果系统内的相互作用力远大于作用于系统的外力，系统内的相互作用力远大于作用于系统的外力，或者外力作用的时间极短，这时外力的冲量就可或者外力作用的时间极短，这时外力的冲量就可以忽略不计，可以近似地认为系统的动量守恒。以忽略不计，可以近似地认为系统的动量守恒。人船问题。人船问题。碰撞碰撞(五五)解决碰撞和反冲问题是动量守恒定律的重要应用。解决碰撞和反冲问题是动量守恒定律的重要应用。1. 1. 完全非弹性碰撞：完全非弹性碰撞： 运动学特征：运动学特征：分离速度为零分离速度为零；典型问题如子弹打木块。典型问题如子弹打木块。 动力学特征：动力学特征：动量守恒，机械能不守恒。动量守恒，机械能不守恒。 m m1 1v v1010+m+m2 2v v2020=(m=(m1 1+m+m2 2) v) v22010212122122022101)()(2)(212121vvmmmmvmmvmvmsfEk损21202101mmvmvmv2. 2. 一般非弹性碰撞一般非弹性碰撞运动学特征：运动学特征：分离速度的绝对值小分离速度的绝对值小于接近速度且不为零；于接近速度且不为零；典型问题典型问题如子弹打木块时，子弹被弹回或如子弹打木块时，子弹被弹回或穿透。穿透。动力学特征：动力学特征：动量守恒，机械能不动量守恒，机械能不守恒且减少。守恒且减少。 m m1 1v v1010+m+m2 2v v2020=m=m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2 ；)()()(2)()(2)()(2)2121()2121(212220102121212212122010212122221122022101vvvvmmmmvvmmmmvvmmmmvmvmvmvmsfEk损3. 3. 完全弹性碰撞完全弹性碰撞 运动学特征：运动学特征：分离速度等于接近速度；分离速度等于接近速度；典型问题如两典型问题如两个钢球相撞。个钢球相撞。 动力学特征：动力学特征：动量守恒，机械能守恒。动量守恒，机械能守恒。 m m1 1v v1010+m+m2 2v v2020=m=m1 1v v1 1+m+m2 2v v2 2 由由两式得两式得 由以上两式得由以上两式得 v v2 2-v-v1 1= v= v1010-v-v2020 即即在完全弹性碰撞中分离速度等于接近速度。在完全弹性碰撞中分离速度等于接近速度。2222112202210121212121vmvmvmvm211012012221202102112)(2)(mmvmvmmvmmvmvmmv则由则由两式得两式得因为因为m m1 1mm2 2所以所以v v1 1的方向向的方向向前前特例特例1 1、v v2020=0 =0 10211210212112)(vmmmvvmmmmv则由则由两式得两式得 v v1 1 =v=v2020 ， v v2 2 =v=v1010特例特例2 2、m m1 1=m=m2 2=m=m 运动学特征：运动学特征：接近速度为零但分离速度不为零；接近速度为零但分离速度不为零；典型典型问题如火箭问题。问题如火箭问题。 例例1 1、已知：炮弹的质量为、已知：炮弹的质量为m m，炮身的质量为，炮身的质量为M M，炮弹相，炮弹相对地的速度对地的速度v v0 0，求：炮身的反冲速度，求：炮身的反冲速度v v 。 mvmv0 0=Mv=Mv v=mv v=mv0 0/M/M 例例2 2、已知：炮弹的质量为、已知：炮弹的质量为m m，炮身的质量为，炮身的质量为M M，炮弹相，炮弹相对炮口的速度对炮口的速度u u，求：炮身的反冲速度，求：炮身的反冲速度v v 。 m(u-v) =Mv v=mu/(m+Mm(u-v) =Mv v=mu/(m+M) ) 4. 4. 反冲反冲动力学特征：动力学特征：动量守恒，机械能不守恒且增加。动量守恒，机械能不守恒且增加。例例3.3.已知已知:m,M,L:m,M,L求求:x=?:x=?解解: : 0txMtxLmLmMmx 根据题意确定研究对象：由两个或几个物体根据题意确定研究对象：由两个或几个物体组成的物体系。组成的物体系。 分析研究对象受力和运动情况，判断是否满分析研究对象受力和运动情况，判断是否满足动量守恒条件。足动量守恒条件。 分析各个物体的初状态和末状态，确定相应分析各个物体的初状态和末状态，确定相应的动量。的动量。 在一维的情况下，应选取合适的坐标轴的正在一维的情况下，应选取合适的坐标轴的正方向。方向。 最后根据动量守恒定律列方程并求解最后根据动量守恒定律列方程并求解 。 即注意即注意“四个确定四个确定”：系统的确定，守恒条系统的确定，守恒条件的确定，初、末状态的确定和坐标轴正方向件的确定，初、末状态的确定和坐标轴正方向的确定。的确定。 应用动量守恒定律的解题步骤应用动量守恒定律的解题步骤 例例1、一个质量、一个质量m1为的入射粒子，与一个质量为为的入射粒子，与一个质量为m2的静止粒子发生生正碰，实验测得碰撞后第二个的静止粒子发生生正碰，实验测得碰撞后第二个粒子的速度为粒子的速度为v2，求第一个粒子原来速度，求第一个粒子原来速度v0值的可值的可能范围。能范围。 分析：分析：m1与m2发生正碰表示碰前、碰后两个粒子的运动方向都在同一条直线上如果发生的碰撞是完全弹性碰撞，则碰撞过程系统无机械能损失；如果发生的碰撞是完全非弹性碰撞，则碰撞过程系统损失的机械能最多；如果发生的碰撞既不是完全非弹性碰撞也不是完全弹性碰撞，则系统损失的机械能介于前两者之间由此可知，只要求出与完全非弹性碰撞及完全弹性碰撞两种极端情况相应的v0，问题即可解决。【典型例题【典型例题】m v=m + mv10122（）v=m + mm v12120m v= m v + m v101122121212102112222m vm vm v21210v2mm+m=v m + m2mvvm + mmv121201212 解：解：如果两粒子发生完全非弹性碰撞，则根据动量守恒定律，可得 如果两粒子发生完全弹性碰撞，则根据动量守恒定律及机械能守恒定律，可得解上面两个联立方程，可得答：第一个粒子碰撞之前的速度v0的取值范围为说明：说明：两个物体发生完全弹性碰撞时，由于碰撞时间极短，物体的位置未发生可测量的变化，因此认为碰撞前、后每个物体的重力势能未发生明显变化，如果具体问题中又不涉及弹簧的弹性势能问题，那么系统的机械能守恒就表现为系统的初、末状态的动能相等因此，两个物体发生完全弹性碰撞时，通常可列出下列联立方程，即m v+ m v= m v+ m v12m v+12m v=12m v+12m v11022011t22t1102220211t222t2从此联立方程可以求取、个物理量mmvvvv 61210201t2t中的任意2个 例例2 一块质量为M=0.98 kg的木块静置于光滑水平面上，一颗质量 m=0.02 kg的子弹以 v0=100 m/s的水平速度射向木块，如果子弹射入木块后所受的相互作用阻力f=490 N，则木块厚度d至少应有多大才能不被子弹射穿？ 分析：分析：子弹射入木块后，以子弹和木块组成的系统为研究对象，则系统除了子弹与木块的相互作用力f以外，系统不受任何外力冲量（相互作用力f是一对内力，这一对内力的冲量之和为零），因此系统水平动量应该守恒子弹没有射穿木块，表明系统的终态应是子弹与木块保持相对静止，二者以共同的末速度vt向前运动这是典型的完全非弹性相同时，子弹就与木块保持相对静上，此时子弹在木块中射入的深度就是子弹与木块相对运动的距离d，如图所示在此过程中，子弹m的对降到与木块速度加速起动，当子弹速度（向右）推动木块受的摩擦力木块所（向左）而减速，同时开始，子弹受阻力碰撞。从子弹射入木块MffMM，可求出木块的厚度，则由和出动能定理求对子弹和木块分别运用的对地位移为，木块地位移为dS-S=dSS.SMSMmMmMm解：解：以子弹m和木块M组成的物体系统为研究对象，运用动量守恒定律，则有mvM + mv0t（）smsmmMmvvt/20/02. 098. 010002. 00fsmvmvmmt12122020212tMMMvsf对m和M分别运用动能定理，则有同时考虑到fM=fm=f，将上两式相加，则有20221)(21)(mvvmMssftMMdfmvfMm vt121212490002100224().mm2.02)02.098.0(490212答；木材厚度至少应有02m，才能不被子弹射穿220202)(212121)(21ttvmMmvdfmvvmMdf20)(2vMmmMdf 20)(2vfMmmMdt0vm+Mmv）（mMmvvt0220)(2121tkvmMmvdfE损 说明：说明：1如果木材厚度Ld，则子弹射穿木块后还有相对于木d处即达到相对静止，子弹未能到达图4-1中所示的木块的右近缘如果100 m/s，则子弹不能射穿木块 2在子弹射进木块的过程中，M和m组成的系统虽然动量守恒，对内力做功的代数和并不为零所以，系统的动能并不守恒，由于这一对摩擦力的存在，使系统的一部分机械能转化为内能，由式还看出：系统机械能的损失量（即系统内能的增加量）等于M与m之间的相互作用力f与相对位移相对位移d的乘积，特别要注意，不能把此乘积叫做f所做的功！因为做功中的位移s必须是对地位移。块的速度，即；如果木块厚度 ，则子弹进入到木块深度vvLdtmtM木块厚度，子弹初速，则子弹能射穿木块；子弹初速L = dv100m/ sv00但是一对相互作用内力和的对地位移和并不相同，因此这一ffSSmMmM 例例3 具有弧形光滑表面（右侧足够高）的小车A静止在平台边缘的水平光滑地面上，小车质量MA=4kg。静止在光华平台上的小物体B，其质量为mB=0.9kg。质量为mC=0.1kg的子弹C以速度v0=20m/s水平射入B，经极短时间与B达到相对静止，并使B（含C）从P点向右滑上小车，如图所示(g取10m/s2)。试求： （1）物块B在小车A上所能达到的最大高度h； （2）物块B在小车A上回滑到P点时的对地速度vB. 分析：分析：整个过程可分为三个阶段：第一阶段以C和B组成的体系为研究对象，在子弹C射入物块B的过程中，系统不受任何水平外力冲量，因此系统动量守恒，可求得B（与第二阶段以B（含C）和A组成的体系为研究对象，在物块B上滑过程中，系统不受任何水平方向的外力冲量，系统水平动量守恒当物此过程中，由于一切表面均光滑，因此除了重力做功之外，无其他力对系统做功，系统的总机械能守恒，从而可求出h.第三阶段是物块B从最高点回滑到P点，这一过程仍遵守系统水平动量守恒及机械能守恒规律.将第一,第二阶段当作一个完整过程研究,则相当于完全弹性碰撞,从而可求出vB.CAv1）向右滑入小车 的初速度在具有相同的水平速度、右侧壁最高点时，滑到小车块2vBAAB解：解：取向右为正向，对于C射入B的过程有m v =m + mvC0BC1（）smvmmmvCBC/201物块 （含子弹 ）以滑上小车 ，直到最高点，此时有BCvA1ghmmCB)(vm+m+M21vm+m21vm+m+M=vm+m22CBA21CB2CBA1CB）（）（）（）（m/s 40=v2代入数据可解出h=016 m答：物块 B在小车 A上滑动的最大高度为016 m；当它回滑到 P点时对地速度的大小为 12 m/s，其方向向左，则有、的对地速度分别为、点时，从最高点回滑到设当ABVVABPB2BCB2AA21CBBCBAA1CBvm+m21+VM21=vm+m21vm+m+VM=vm+m）（）（）（）（代入数据可解出v= 08 m/ sv= -12m/ sAB式中，的负号表示物块 从小车 上回滑到 点时的对地速度的方向vBAPB向左说明：说明：1题设条件中说明“子弹C水平射入B，经极短时间经极短时间与时，其位移可忽略这样只有B、C相互作用，不涉及A，因此可以认为由B、C组成的系统不受（由A给予的）水平外力冲量，系统动量才守恒BBCvA1达到相对静止”这句话表示：当 与 以共同速度向右进入小车 2从子弹C射入物块B开始，直到物块B从小车A上向左回滑出来的全过程中，A、B、C 三个物体组成的系统处处符合水平动量守恒定律，但系统的机械能并不时时守恒原因是第一阶段C射入B时，B、C间的相互摩擦力做功，使系统的一部分机械能转化成内能。 3从物块B滑上小车A，直到物块B达最高点与小车A达到相对静止的瞬间，这个过程相当于是A、B之间发生完全非弹性碰撞（“合二为一”），系统的动能“损失量”最大（作为B的重力势能的增量临时“贮存”起来）而从物块B滑上小车A，直到物块B滑回P点，全过程可视为A、B之间发生完全弹性正碰，碰前、碰后系统水平动量守恒，系统总动能守恒 例题例题4 如图所示，质量为M=2kg的平板小车的左端放着一个质量为 m=3kg的小铁块，它和车板之间的动摩擦因数为=05。开始时，车和铁块一起以速度v0在光滑水平地面上向右运动，车与墙发生碰撞，碰撞时间极短，碰墙后小车以原速率反向弹回。车身足够长，使得铁块不会与墙相碰，也不会从车上落下。 求：小车和墙第一次相碰后所通过的总路程。 解：如图(1)所示，取车与铁块为研究对象。车第一次碰墙后，以速率v0向左运动，这时系统的总动量为(m-M)v0，因mM，故总动量向右。在车第一次碰墙到第二次碰墙的过程中，因系统在水平方向上不受外力，故系统在水平方向上动量守恒，当铁块与车相对静止时，速度为v1，向右。由动量守恒定律得 (m-M)v0=(m+M)v1， 解得v1=v0/5 。 另由于mM，系统的总动量是向右的，所以当车在铁块所施的滑动摩擦力作用下减速向左运动到速度为零时，铁块仍在车板上向右运动，滑动摩擦力使小车再次向右运动。 设 车从高墙向左运动到速度为零止所用时间为gVx342s2011过的路程为二次碰墙的过程中所通设车从第一次碰墙到第。进而得，得有对小车应用动量定理时间内在3g4v=2t2V=s/3g4v=tMv=mgt,tt2010101,011,1小车向左的最大位移为gMmga43gvavx32220201小车在从第一次碰墙到第二次碰墙的过程中，小车在铁块所施的滑动摩擦力作用下由v0匀减速向左运动到速度为零。此时小车的受力情况如图(2)所示，根据牛顿定律当车第二次碰墙前，铁块已跟小车相对静止，一起以速度v1=v0/5向右运动。从第二次碰墙到第三次碰墙，小车又重复前边的过程。设小车通过的路程为s2，比照s1的求法得 s2= 。251gv3420接着，小车和铁块一起以v2=v1/5=v0/52的速度碰墙，类似地可得出，从第三次碰墙到第四次碰墙小车所通过的路程为 s3= 。451gv3420故第n次碰墙后到再次碰墙所通过的路程为svgnn15432102()所以小车在第一次碰墙后的总路程，s = s +s +s +12ns =4v3g021151515251824602vg说明：说明：本题对物理过程的分析及数学处理都提出了较高的要求。由于mM，所以在相邻两次碰墙之间，系统总动量的方向是向右的，决定了铁块的速度一直是向右的，直到等于零为止。要能够看出小车在后一次碰墙之前，小车和铁块早已达到新的相对静止。这一点可以用动量定理加以证明：小车速度从（向左）变到零，经过时间，满足 ；小车从速度为零加速到），需时间，满足，得。可得出。此外，在运算过程中要能（v t mgt= Mv vv = v / 5 tmgt= Mvt= Mv /mgt= t / 501101102212121.sn知识求得结果的通式，最后运用数学律，找出找出每次来回路程的规 例例5 如图所示，一排人站在沿X轴的水平轨道旁，原点O两侧的人的序号都记为n（n=1， 2， 3，）。每人只有一个沙袋，x0一侧的每个沙袋质量m=14 kg，x0一侧的每个沙袋质量为m=10 kg。一质量为M=48kg的小车以某初速度从原点出发向正x方向滑行。不计轨道阻力，当车每经过一人身旁时，此人就把沙袋以水平速度v朝与车速相反的方向沿车面扔到车上，v的大小等于扔此袋之前的瞬间车速大小的2n倍（n是此人的序号数）。（1）空车出发后，车上堆积了几个沙袋时车就反向滑行？（2）车上最终有大小沙袋共多少个？分析解答：分析解答：设小车在朝正x方向滑行过程中，当车上已有（n-1）个沙袋时，车速为，则车（包括车上的沙袋）的动量大小为vn-1p =M +n-1mv1n-1（）时，车就反向滑行。当满足，其动量大小为度大小为个人时，扔出的沙袋速车经过第121 -n21 -nPP2nmv=p2nvn取n=3，即车上堆积3个沙袋时车就反向运动。2nmvM +n-1mvn-1n-1（）nMmm481414243.（2）设车在向负x方向滑行过程中，当第（n-1）个人扔出沙袋后，车速为 ，其动量大小为（）v p= M + 3m +n -1mvn-11n-1，其动量大小为度大小为个人时，扔出沙袋的速车经过第1 -n2nvnp= 2nmvp= p M +3m+n-1mv= 2nmv2n-121n-1n-1 当满足条件 时，车就停止。于是（） 所以车停止时车上共有沙袋数 n=3+8=11（个）nMmmm34831410108 说明：说明：本题对审题能力、分析能力、归纳总结的能力都有较高的要求，要求对动量守恒定律的掌握达到灵活和熟练的程度。 【反馈练习】 1某消防队员从一平台上跳下，下落2m后双脚触地，接着他用双腿弯屈的方法缓冲，使自身重心又下降了05m，在着地过程中地面对他双脚的平均作用力估计为自身所受重力的 A2倍 B5倍 C8倍 D10倍答案:B2质量为1.0kg的小球从高20m处自由下落到软垫上。反弹后上升的最大高度为5.0m，小球与软垫接触的时间为1.0S。在接触时间内小球受到合力的冲量的大小为(空气阻力不计，g取10m/s2) A10Ns B20Ns C30Ns D40Ns答案答案:C3一个不稳定的原子核，其质量为M，初始处于静止状态，它放是 出一个质量为 、对地速度为的粒子后，该原子核剩余部分的动能应mv0)(2.)(2)(.2)(.)(2.20220202202mMvmDmMvmMCMvmMBmMvmA答案答案: A4一条长为6m的游艇静止在湖面上，游艇质量为30kg，艇首上站立着一位质量为60kg的游客当游客从艇首走到艇尾的过程中，游艇的运动情况是 A向艇首方向移动2mB向艇首方向移动4mC向艇尾方向移动4mD因未说明游客的行走是匀速还是变速，因此答案无法确定答案:B5如图所示，将物体B用轻质弹簧系住后静止在光滑水平桌面上，子弹A从水平方向射入木块B并留在B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（系统），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动量守恒，机械能不守恒C动量不守恒，机械能守恒D动量不守恒，机械能不守恒 答案答案:D 6物体A和B用轻线相连，挂在轻弹簧下静止不动，如图（a）所示。A的质量为 m，B的质量为 M。当连接 A、B的线突然断开后，物体A上升，经某一位置的速度大小为v，这时物体B的下落速度大小为u。如图（b）所示。在这段时间里，弹簧的弹力对物体A的冲量为 Amv BmvMuCmv+MuDmv+mu答案:D7.答案:BC8.答案答案:AD9.答案答案:BC10.答案答案:B【课后作业【课后作业】 1、一个质量为m=2kg的小球，从h1=5m处自由下落，与地面碰撞后又跳起h2=3.2m，全部过程历时t=2秒。 试问：小球对地面的撞击力F多大？(取g=10m/s2)答案: 200牛。