【高中物理】易错题专题动量、动能、机械能守恒.docx
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1、专题5动量、动能、机械能守恒【1】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,那么拖车刚停下时,汽车的瞬时速度是多大【2】设质量为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。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。 s2 ds1v0v来源:学科网【解析】子弹和木块最后共同运动,相当于完全非弹性碰撞。从动量的角度看,子弹射入木块过程中系统动量守恒: 从能量的角度看,该过程系统损失的动能全部转化为
2、系统的内能。设平均阻力大小为f,设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2,如图所示,显然有s1-s2=d对子弹用动能定理: 对木块用动能定理: 、相减得: 【易错点点睛】这个式子的物理意义是:fd恰好等于系统动能的损失;根据能量守恒定律,系统动能的损失应该等于系统内能的增加;可见,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积(由于摩擦力是耗散力,摩擦生热跟路径有关,所以这里应该用路程,而不是用位移)。 由上式不难求得平均阻力的大小:至于木块前进的距离s2,可以由以上、相比得出:从牛顿运动定律和运动学公式出发,也可以得出同样的结论。由于子弹和木
3、块都在恒力作用下做匀变速运动,位移与平均速度成正比: 一般情况下,所以s21)。断开细绳,棒和环自由下落。假设棒足够长,与地面发生碰撞时,触地时间极短,无动能损失,棒在整个运动过程中始终保持竖直,空气阻力不计,求:(1)棒第一次与地面碰撞弹起上升过程中,环的加速度。来源:(2)从断开轻绳到棒与地面第二次碰撞的瞬间,棒运动的路程s。(3)从断开轻绳到棒和环都静止,摩擦力对环及棒做的总功W。 【答案】 (1)(2)【解析】 (1)设棒第一次上升过程中,环的加速度为,环受合力由牛顿第二定律求得(2)设以地面为零势能面,向上为正方向,棒第一次落地的速度大小为v1由机械能守恒解得设棒弹起后的加速度为由牛
4、顿第二定律棒第一次弹起的最大高度解得棒的运动路程【8】 右图是简化后跳台滑雪的雪道示意图。整个雪道由倾斜的助滑雪道AB和着陆道DE,以及水平的起跳平台CD组成,AB与CD圆滑连接。运动员从助滑雪道AB上由静止开始,在重力作用下,滑到D点水平飞出,不计飞行中的空气阻力,经2s在水平方向飞行了60m,落在着陆雪道DE上,已知从B点到D点运动员的速度大小不变。(g取10m/s2)求:(1)运动员在AB段下滑到B点的速度大小;(2)若不计阻力,运动员在AB段下滑过程中下降的高度。来源:学科网ZXXK(3)若运动员的质量为60kg,在AB段下降的实际高度是50m,此过程中他克服阻力所做的功。依题意,下滑
5、到助滑雪道末端B点的速度大小是30 m/s(2)在下滑过程中机械能守恒,有 mgh=下降的高度h= (3)根据能量关系,有mgh-Wt=运动员克服阻力做功Wt=mgH=3 000 J【易错点点睛】本题涉及平抛运动、机械能守恒定律和能量关系知识,主要考查分析综合能力。求解本题不能正确分析物理过程,并找出物理过程所对应的规律。【9】如图所示,坡道顶端距水平面高度为h,质量为m1的小物块A从坡道顶端由静止滑下,进入水平面上的滑道时无机械能损失,为使A制动,将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线M处的墙上,另一端与质量为m2的档板相连,弹簧处于原长时,B恰好位于滑道的末端O点。A与B碰撞时间极短,碰撞后结
6、合在一起共同压缩弹簧。已知在OM段A、B与水平面间的动摩擦因数为,其余各处的摩擦不计,重力加速度为g,求(1)物块A在档板B碰撞瞬间的速度v的大小;(2)弹簧最大压缩时为d时的弹性势能EP(设弹簧处于原长时弹性势能为零)。(2)A、B在碰撞过程中内力远大于外力,由动量守恒,有A、B克服摩擦力所做的功W由能量守恒定律,有解得:【易错点点睛】本题涉及了机械能守恒、动能、弹性势能用能量守恒等知识点,考查了考生理解、分析、推理的能力。不能正确理解并能灵活用机械能守恒定律及能量守恒定律,不能正确理解动量守恒的适用条件。【10】质量为m的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间t1到达沙坑表面,又经过时间t2停
7、在沙坑里。求:沙对小球的平均阻力F;小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I。 【解析】ABC设刚开始下落的位置为A,刚好接触沙的位置为B,在沙中到达的最低点为C。在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为t1+t2,而阻力作用时间仅为t2,以竖直向下为正方向,有:mg(t1+t2)-Ft2=0, 解得:仍然在下落的全过程对小球用动量定理:在t1时间内只有重力的冲量,在t2时间内只有总冲量(已包括重力冲量在内),以竖直向下为正方向,有: mgt1-I=0,I=mgt1【易错点点睛】这种题本身并不难,也不复杂,但一定要认真审题。要根据题意所要求的冲量将各个外力灵活组合。若本题目给出小球自由下落的高
8、度,可先把高度转换成时间后再用动量定理。当t1 t2时,Fmg。【11】目前,滑板运动受到青少年的追捧。如图是某滑板运动员在一次表演时的一部分赛道在竖直平面内的示意图赛道光滑,FGI为圆弧赛道,半径R=6.5m,C为最低点并与水平赛道BC位于同一水平面,KA、DE平台的高度都为h=1.8m。B、C、F处平滑连接。滑板a和b的质量均为m,m=5kg,运动员质量为M,M=45kg。 表演开始,运动员站在滑板b上先让滑板a从A点静止下滑,t1=后再与b板一起从A点静止下滑。滑上BC赛道后,运动员从b板跳到同方向运动的a板上,在空中运动的时间t2=(水平方向是匀速运动)。运动员与a板一起沿CD赛道上滑
9、后冲出赛道,落在EF赛道的P点,沿赛道滑行,经过G点时,运动员受到的支持力N=。(滑板和运动员的所有运动都在同一竖直平面内,计算时滑板和运动员都看作质点,取g=10m/s2) (1)滑到G点时,运动员的速度是多大 (2)运动员跳上滑板a后,在BC赛道上与滑板a共同运动的速度是多大 (3)从表演开始到运动员滑至I的过程中,系统的机械能改变了多少为s,则s=v2t2 设起跳时滑板a与滑板b的水平距离为s0,则s0=v1t1 设滑板a在t2时间内的位移为s1,则 s1=v1t2 s=s0+s1 即v2t2=v1(t1+t2) 运动员落到滑板a后,与滑板a共同运动的速度为v,由动量守恒定律有mv1+M
10、v2=(m+M)v 由以上方程可解出 代人数据,解得v=6.9m/s (3)设运动员离开滑板b后滑扳b的速度为v3,有Mv2+mv3=(M+m)v1 可算出v3=-3m/s,有|v3|=3m/sv1= 6m/s,b板将在两个平台之间来回运动,机械能不变。系统的机械能改变为来源:Z&xx&E= 【易错点点睛】本题考查了牛顿第二定律,机械能守恒定律,动量守恒定律和运动学知识,运动过程较复杂。运动过程分析不清,因此搞不清物体在运动中遵守什么规律。【12】 如图所示,在同一竖直上,质量为2m的小球A静止在光滑斜面的底部,斜面高度为H=2L。小球受到弹簧的弹性力作用后,沿斜面向上运动。离开斜面后,达到最
11、高点时与静止悬挂在此处的小球B发生弹性碰撞,碰撞后球B刚好能摆到与悬点O同一高度,球A沿水平方向抛射落在水平面C上的P点,O点的投影O与P的距离为L/2。已知球B质量为m,悬绳长L,视两球为质点,重力加速度为g,不计空气阻力,求:(1)球B在两球碰撞后一瞬间的速度大小;(2)球A在两球碰撞后一瞬间的速度大小;(3)弹簧的弹性力对球A所做的功。 【答案】 mgL【解析】 (1)设碰撞后的一瞬间,球B的速度为vB/,由于球B恰好与悬点O同一高度,根据动能定理: (2)球A达到最高点时,只有水平方向速度,与球B发生弹性碰撞.设碰撞前的一瞬间,球A水平方向速度为vx.碰撞后的一瞬间,球A速度为vx/.
12、球A、B系统碰撞过程中动量守恒和机械能守恒: 由解得: 球A在碰撞前的一瞬间的速度大小 (3)碰后球A作平抛运动.设从抛出到落地时间为t,平抛高度为y,则: 由得:y=L以球A为研究对象,弹簧的弹性力所做的功为W,从静止位置运动到最高点: 由得:W=mgL 【易错点点睛】本题考查了机械能守恒定律,动量守恒定律,动能定理和平抛运动知识。在弹性碰撞中,两球碰撞过程中动量守恒和机械能守恒认识不清,以至乱用规律,乱套公式。【13】 如图所示,水平光滑地面上停放着一辆小车,左侧靠在竖直墙壁上,小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的,在最低点B与水平轨道BC相切,BC的长度是圆弧半径的10倍,整个轨道处于同一
13、竖直平面内。可视为质点的物块从A点正上方某处无初速下落,恰好落入小车圆弧轨道滑动,然后沿水平轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出。已知物块到达圆弧轨道最低点B时对轨道的压力是物块重力的9倍,小车的质量是物块的3倍,不考虑空气阻力和物块落入圆弧轨道时的能量损失。求:物块开始下落的位置距水平轨道BC的竖直高度是圆弧半径的几倍;物块与水平轨道BC间的动摩擦因数。【14】儿童滑梯可以看作是由斜槽AB和水平槽CD组成,中间用很短的光滑圆弧槽BC连接,如图10-3所示。质量为m的儿童从斜槽的顶点A由静止开始沿斜槽AB滑下,再进入水平槽CD,最后停在水平槽上的E点,由A到E的水平距离为L。假设儿童可以视为质点
14、,已知儿童的质量为m,他与斜槽和水平槽间的动摩擦因数都为,A点与水平槽CD的高度差为h。(1)试分析说明,儿童沿滑梯滑下通下通过的水平距离L与斜槽AB跟水平面的夹角无关。(2)要使儿童沿滑梯滑下过程中的最大速度不超过,斜槽与水平面的夹角不能超过多少(可用反三角函数表示)【解析】 (1) 设斜槽AB跟水平面的夹角为。儿童在斜槽上受重力mg,支持力和滑动摩擦力,。儿童在水平槽上受重力mg,支持力和滑动摩擦力,。儿童从A点由静止滑下,最后停在E点,由动能定理,有,解得,它与角无关。(2)儿童沿滑梯滑下的过程中,通过B点的速度最大,显然,倾角越大,通过B点的速度越大,设倾角为时有最大速度,由动能定理,
15、有解得最大倾角【易错点点睛】本题主要考查动能定理的应用。 本题在解答时,应采用对全程应用动能定理运算,这样可以方便快捷,提高计算速度,当然也是容易出错误的。【15】某地强风的风速是20m/s,空气的密度。一风力发电机的有效受风面积S=20m2,如果风通过风力发电机后风速减为12 m/s,且该风力发电机的效率%,则风力发电机的电功率为多大风作用于风力发电机的平均力为多大【答案】 4160N。【解析】 (1)风力发电机是将风的动能转化为电能,讨论时间t内的能量转化。这段时间内通过风力发电机的空气是一个以S为底、为高的横放的空气柱,其质量为,它通过风力发电机所减少的动能用以发电。设电功率为P,则带入
16、数据解得:P=53KW。(2)设风作用于风力发电机的平均力为F,则带入数据解得:F=4160N。【易错点点睛】本题主要考查动量定理和动能定理的综合应用。利用动量定理和动能定理对于变质量问题如何化为定质量问题是失分的要点。来源:学#科#网【16】在光滑水平面上停放着两木块A和B,A的质量大,现同时施加大小相等的恒力F使它们相向运动,然后又同时撤去外力F,结果A和B迎面相碰后合在一起,问A和B合在一起后的运动情况将是( )A.停止运动 B.因A的质量大而向右运动C.因B的速度大而向左运动 D.运动方向不能确定来源:学科网ZXXK【错解分析】错解:因为A的质量大,所以它的惯性大,所以它不容停下来,因
17、此应该选B;或者因为B的速度大,所以它肯定比A后停下来,所以应该选C。产生上述错误的原因是没有能够全面分析题目条件,只是从一个单一的角度去思考问题,失之偏颇。【易错点点睛】碰撞问题应该从动量的角度去思考,而不能仅看质量或者速度,因为在相互作用过程中,这两个因素是一起起作用的。【答案】本题的正确选项为A。由动量定理知,A和B两物体在碰撞之前的动量等大反向,碰撞过程中动量守恒,因此碰撞之后合在一起的总动量为零,故选A。【17】质量为M的小车在水平地面上以速度v0匀速向右运动。当车中的砂子从底部的漏斗中不断流下时,车子的速度将( )A. 减小 B. 不变 C. 增大 D. 无法确定【错解分析】错解:
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- 高中物理 易错题 专题 动量 动能 机械能 守恒
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