几种典型力学问题的分析.doc

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1、进入虚拟课堂高三物理总复习教材第13讲一、 本讲内容： 几种典型力学问题的分析复习要点 1“碰撞过程的分析2“人船模型的研究3“fd=EK的运用二、 难点剖析 1“碰撞过程的分析1“碰撞过程的特征.“碰撞过程作为一个典型的力学过程其特征主要表现在如下两个方面：第一，经历的时间极短，通常情况下，碰撞所经历的时间在整个力学过程中都是可以初忽略的；第二碰撞双方相互作用的内力往往是远大于来自外部物体的作用力2“碰撞过程的规律正是因为“碰撞过程所具备的“作用时间短与“外力很小甚至外力为零这两个特征，才使得碰撞双方构成的系统在碰撞前后的总动量遵从守恒定律，即 m11+m22=m1u1+m2u23“碰撞过程

2、的分类。按照形变恢复情况划分：碰撞过程中所产生的形变能够完全恢复的称为弹性碰撞；碰撞过程中所产生的形变不能够完全恢复的称为非弹性碰撞；碰撞过程中所产生的形变完全不能够恢复的称为完全非弹性碰撞。按照机械能损失的情况划分：碰撞过程中没有机械能损失的称为弹性碰掸撞；碰撞过程中有机械能损失的称为非弹性碰撞；碰撞过程中机械能损失最多的称为完全非弹性碰撞。4“碰撞过程的特例.弹性碰撞作为碰撞过程的一个特例，它是所有碰撞过程的一种极端的情况：形变能够完全恢复；机械能丝毫没有损失。弹性碰撞除了遵从上述的动量守恒定律外，还具备：碰前、碰后系统的总动能相等的特征，即m112+m222=m1u12+m1u12由此即

3、可把弹性碰撞碰后的速度u1与u2表为 u1=1+2 u2=1+2如对弹性碰撞的速度表达式进一步探讨，还会发现另一特征：弹性碰撞前，碰后，碰撞双方的相对速度大小相等，即 u2u1=12完全非弹性碰撞作为碰撞过程的一个特别，它是所有碰撞过程的另一种极端的情况：形变完全不能够恢复；机械能损失到达最大。正因为完全非弹性碰撞具备了“形变完全不能够恢复。所以在遵从上述的动量守恒定律外，还具德：碰撞双方碰后的速度相等的特征，即 u1=u2由此即可把完全非弹性碰撞后的速度u1与u2表为 u1=u2=而完全非弹性碰撞过程中“机械能损失最大的特征可以给出如下证明：碰撞过程中机械能损失表为E=m112+m222m1

4、u12m2u22由动量守恒的表达式中得 u2=(m11+m22m1u1)代入上式可将机械能的损失E表为u1的函数为 E=u12+u1+(m112+m222)( m11+m22m1u1)2这是一个二次项系数小于零的二次三项式，显然：当 u1=u2=时，即当碰撞是完全非弹性碰撞时，系统机械能的损失到达最大值Em=m112+m2225“碰撞过程的制约通常有如下三种因素制约着“碰撞过程。动量制约：即碰撞过程必须受到“动量守恒定律的制约；动量制约：即能机械碰撞过程，碰撞双方的总动能不会增加；运动制约：即碰撞过程还将受到运动的合理性要求的制约，比方，某物体向右运动，被后面物体迫及而碰撞后，其运动速度只会增

5、大而不应该减小。6“碰撞过程的推广。相互作用的双方在相互作用过程中系统所受到的合外力为零时，我们可以将这样的过程视为“广义的碰撞过程加以处理。2“人船模型的研究 1“人船模型 典型的力学过程通常是典型的模型所参与与经历的，而参与与经历力学过程的模型所具备的特征，将直接影响着力学过程的发生，开展与变化，在将直接影响着力学过程的分析思路，在以下力学问题中我们将面临着一个典型的“人船模型。问题：如图131所示，质量为M的小船长L，静止于水面，质量为M的小船长为L，静止于水面，质量为m的人从船左端走到船右端，不计水对船的运动阻力，那么这过程中船将移动多远？2“人船模型的力学特征 图131如能关注到如下

6、几点就可以说根本上把握住了“人船模型的力学特征了：“人船模型是由人与船两个物体构成的系统；该系统在人与船相互作用下各自运动，运动过程中该系统所受到的合外力为零；而系统的合外力为零那么保证了系统在运动过程中总动量守恒。3“人船模型的分析思路。分析“人船模型运动过程中的受力特征，进而判断其动量守恒，得 m=Mu由于运动过程中任一时刻人，船速度大小与u均满足上述关系，所以运动过程中，人、船平均速度大小，与也应满足相似的关系。即 m=M在上式两端同乘以时间，就可得到人，船相对于地面移动的距离S1与S2的关系为 mS1=MS2考虑到人、船相对运动通过的距离为L，于是得 S1+S2=L由此即可解得人、船相

7、对于地面移动的距离分别为 S1=L S2=L4“人船模型的几种变例.把“人船模型变为“人车模型.变例1：如图132所示，质量为M，长为L的平板小车静止于光滑水平面上，质量为m的人从车左 图132端走到车右端的过程中，车将后退多远？ 把水平方向的问题变为竖直方向。变例2：如图133所示，总质量为M的足球下端悬着质量为m的人而静止于高度为h的空中，欲使人能完全沿强着地，人下方的强至少应为多长？把直线运动问题变为曲线运动.变例3：如图134所示，质量为M的物体静止于光滑水平面上，其上有一个半径为R的光滑半球形凹面轨道，今把质量为m的小球自轨道右测与球心等高处静止释放，求M向右运动的最大距离。 图13

8、3把模型双方的质量比变为极端情况.变例4：如图135所示，光滑水平杆上套有一个质量可忽略的小环，长L的强一端系在环上下，另一端连着质量为M的小球，今使小球与球等高且将绳拉直，当把小球由静止释放直到小球与环在同一竖直线上，试分析这一过程中小球沿水平方向的 图134移动距离. 3“fd=EK的运用1公式“fd=EK的含意.如图136所示，：质量M的木块放在光滑水 图135平面上，质量为m的子弹以水平速度0射入木块，假设射入的深度为d，后子弹与木块的共同速度为，射入时子弹与木块间相互作用的力的大小为f，那么：相互作用的力f与相时位移的大小d的乘积，恰等于子弹与木块构成的系统的动能的减少量.即：fd=

9、EK=m02(m+M)2 图136(2)公式“fd=EK的依据.实际上公式“fd=EK是过立在动能定理的根底之上的：仍如图136所示，对子弹与木块分别运用动能定理可得.f(s+d)=m2m02fs=M2将此两代劳相加后整理即可得 fd=m02(m+M)2=EK.3公式“fd=EK的运用如果是两个物体构成的系统运动过程中除了相互作用的滑动摩擦力外，系统的外力为零，那么都可以运用公式 fd=EK 来制约系统运动中的能量的转多与转化，应该注意的是：当构成系统的双方相对运动出现往复的情况时，公式中的d就理解为“相对路程而不应该是“相对位移的大小。三、典型例题例1A、B两小球在光滑水平面上沿同一直线同方

10、向运动共动量分别为PA=5kgm/s，PB=7kgm/s，假设A追上B后与B碰撞，碰后B的动量为PB/=10kgm/s，那么A、B的质量之比可能为 A1 ：1 B1 ：2 C1 ：5 D1 ：10 分析：此例的求解除了运用碰撞的规律外，还需要关注到碰撞的特征与制约碰撞过程的相关因素。 解答：由“动量制约知：碰撞过程中A、B两球的总动量应守恒即：PA+PB=PA/+PB/ 由此得：碰后A球动量为 PA/=PA+PBPB/=2kgm/s 由“动能制约知：碰前总动能不小于碰后总动能，即代入数据有于是可得 由“运动制约知：考虑到碰后运动的合理性，碰后A球的速度应不大于B球的速度，即代入数据又有于是又可

11、得由此知：此例应选C。 例2试将上述“人船模型的四种变例给出定量解答。 分析：确认了四种变例其物理本质与“人船模型一样，于是例可以直接运用相应的结论。 解答：1变例1中的“人车模型与“人船模型本质一样，于是直接得 S2=L 解答：2变例2中的h实际上是人相对于地的位移S1，而绳长那么是人与气球的相对位移L，于是由 h=L可解得：绳长至少为 L=h解答3：变例3中小球做的是复杂的曲线运动，但只考虑其水平分运动，其模型例与“人船模型一样，而此时的相对位移大小为2R，于是物体M沿水平而向右移动的最大距离为 S2=2R解答4：变例4中环的质量取得某种极端的值 m0于是所求的小球沿水平方向移动的距离应为

12、S2=L0例3如图137所示，质量M=2kg的盒子放在 光滑的水平面上，盒子长L=1m，质量为m=1kg的小物块从盒子的右端以0=6m/s的初速度向左运动，小物 图137块与盒子底部间动摩擦因数=0.5，与盒子两侧壁间的碰撞无机械能损失，那么小物块最终将相对静止于盒子的何处？分析：一方面小物块与盒子间相对运动与相互碰撞过程中要遵从动量守恒定律，另一方面小物块与盒子间相对运动时滑动摩擦将使系统的动能减少，于是有解答：由动量守恒定律得m0=(m+M)由公式“fd=EK又可得mgd=m02(m+M)2代入数据可解得：从开场运动到小物块与盒子相对静止的过程中，小物块的相对路程为 由此知：小物块最终相对

13、静止于距盒子右端0.4m处.单元检测一、 选择题1斜向上发射一物体，不计空气阻力，当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂成a、b两块，质量较大的a的速度方向仍沿原来的方向. 那么 Ab的速度方向一定与原速度方向相反B从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大Ca，b一定同时到达水平地面D在炸裂过程中，a，b受到爆炸力的冲量大小一定相等2如图138所示，大小相等，质量不一定相等的A、B、C三只小球排列在光滑水平面上，碰撞前A、B、C三只小球的动量以kgm/s为单位分别是8、13、5，在三只小球沿一直线共发生了两次碰撞的过程中，A、B两球受到的冲量以NS为单位分别为9、1，那么C球对

14、B球的冲量及C球碰后动量的大小分别为： A1，3 B8，3 C10，4 D10，43三只完全一样的小球A、B、C以一样的速度分别与另外三个不同的静止小球相碰撞，碰撞后，A小球被反方向弹回，B小球与被撞小球粘在一起仍沿原来运动方向运动，C小球恰好碰后静止.那么以下说法中正确的选项是 A被A球碰撞的球获得动量最大 BB球损失动能最多CC球对被碰球作用的冲量最大 DC球克制阻力做功最多 图138 图139 图1320 图13219所示，那么当铁块回到右端时，铁块将 A作速度为V的平抛运动 B静止于小车右端与小车一起运动C作速度小于V的平抛运动 D作自由落体运动5如图1320所示，为甲、乙两物体相互作

15、用前后的t图像，作用前甲的动量是乙的动量的9倍，由图象可判断 A甲、乙的质量比为3 ；2 B甲、乙作用前后总动量守恒C甲、乙作用前后总动量不守恒 D甲、乙作用前后总动能不变6如图1321所示，两物体质量为m1=2m2，两物体与水平面间动摩擦因数分别为1与2，当细线烧断后，压缩轻弹簧在弹开两物体过程中系统的总动量守恒，而且弹簧恢复到原长两物体脱离弹簧时速度均不为零，那么 A1 ：2= 1 ：2Bm1与m2的最大速度大小之比1 ：2= 1 ：2Cm1与m2脱离弹簧后各自移动的最大距离之比s1 ：s2 =1 ：2D两者距离最近时，速率都约为0.33m/s，方向都与甲车后来的速度方向一致7两根磁铁放在

16、两辆小车上，小车能在水平面上自由移动，甲车与磁铁总质量为1kg，乙车与磁铁总质量为2kg，两根磁铁的S极相对。推动一下使小车相向而行，假设某时刻甲的速度为3m/s，乙的速度为2m/s，可以看到，它们还没有碰上就分开了，那么 A甲车开场反向时，乙车速度减为0.5m/s，方向不变B乙车开场反向时，甲车速度为0.5m/s，方向与原来速度方向相反C两者距离最近时，速率相等，方向相反D两者距离最近时，速率都约为0.33m/s，方向都与甲车后来的速度方向一致8如图1322所示，质量为m的小车的水平底板两端各装一根完全一样的弹簧，小车底板上有一质量为的滑块，滑块与小车、小车与地面的摩擦都不计，当小车静止时，

17、滑块以速度从中间向右运动，在滑块来回与左右弹簧碰撞的过程中 A当滑块速度方向向右，大小为时，一定下是右边的弹簧压缩量最大B右边弹簧的最大压缩量大于左边弹簧的最大压缩量C左边弹簧的最大压缩量大于右边弹簧的最大压缩量 D两边弹簧的最大压缩量相等 图13229网球以大小为1的速度飞向球拍，被球拍击中后以大小为2的速度反向飞出，设此球动能的变化的E，那么它的动量变化的大小为 A B C D10在光滑水平面上，动能为E0，动量大小为P0的小钢球1与静止的小钢球2发生碰撞，碰撞前后球1运动方向相反，将碰撞后球1的动能与动量大小记作E1与P1，球2的动能与动量大小记作E2与P2，那么必有 AE1E0 BP1

18、P0 CE2E0 DP2P0=11如图1123所示，质量为M，长为L的车厢静止在光滑水平面上，此时质量为m的木块正以水平速度0从左边进入车厢板向右运动，车厢底板粗糙，m与右壁B发生无能量损失的碰撞后又被弹回，最后又恰好停在车厢左端点A，那么以下表达中正确的选项是 A该过程中产生的内能为m B车厢底板的动摩擦因数为CM的最终速度为 Dm、M最终速度为零 12将质量为M的木块固定在光滑水平面上，一颗质量为m的子弹以速度0沿水平方向射入木块，子弹射空木块时的速度为0/3，现将同样的木块放在光滑的水平桌面上，一样的子弹仍以速度0沿水平方向射入木块.假设M=3m，那么子弹 A能够射空木块B不能射穿木块，

19、子弹将留在木块中，一起以共同的速度做匀速运动C刚好能射穿木块，此时相对速度为零D假设子弹以30速度射向木块，并从木块中穿出，木块获得的速度为1；假设子弹以40速度射向木块，木 图1323块获得的速度为2，那么必有12二、填空题 13某人在一只静止的小船上练习射击，船、人连同枪不包括子弹及靶的总质量为M，枪内装有n颗子弹，每颗子弹的质量均为m，枪口到靶的距离为l，子弹水平射出枪口相对于地的速度为在发射后一颗子弹时，前一颗子弹已射于靶中，在发射完n颗子弹时，小船后退的距离等于_.14如图1324所示，在光滑的水平面上放一质量为M的木箱，在箱子左壁有一质量为mmM的小滑块可视为质点，箱的内壁光滑，左

20、右两壁的距离为L，当箱子以速度向左运动时，小滑块会与箱子右壁相碰，碰撞过程中无机械能损失，从滑块与右壁相碰，到再与左壁相碰，所经历的时间t=_。15一个静止的原子核质量为M，当它放出一个质量为m、相对反冲核速度为0的粒子后，反冲核的速度大小为_. 图1324 图1325 图132616如图1325所示，物体A与B质量分别为m、M，直角边长分别为a，b，设B与水平地面无摩擦，当A由B顶端从静止开场滑到B底端时，A、B的水平位移SA=_，SB=_.17如图1326所示，质量分别为m2与m3的两种物体静止在光滑水平面上，两者之间有压缩着的与物体不连接的弹簧，另有一质量为m1的物体以速度0正对m2与m

21、3冲来，在弹簧将m2、m3弹出去时，m1与m2发生了正碰，碰后粘合在一起，问m3的速度至少为_，才能使以后m1与m2不再与m3发生碰撞？三、计算题18质量分别为m1=1kg与m2=3kg的两个物体在光滑水平面上正碰，碰撞时间忽略不计，其位移图像如图1327所示，试答复以下问题：1碰撞前后的动量是否守恒？2m2物体动量增量的是多少？图1327191在光滑水平台面上，质量m1= 4kg的物块1具有动能E=100J，物块1与原来静止的质量m2=1kg的物块2发生碰撞，碰后粘合在一起，求碰撞中的机械能损失E.2假设物体1、2分别具有动能E1、E2，E1与E2之与为100J.两物块相向运动而碰撞并粘合在

22、一起，问E1、E2各应为多少时，碰撞中损失的机械能最大？需说明理由这时损失的机械能E/为多少？20如图1328所示，一辆平板车上竖直固定着一个光滑的1/4圆周的弧形轨道，轨道半径为R，轨道与平板相切于A，车的平板局部粗糙，轨道与车的总质量为M，假设将平板车放在光滑水平面上，初始时车静止，现有质量为m的一小滑块从车的顶端由静止开场向下滑，当它到达平板上的B点时，与车相对静止，AB=s.求：在此过程中，车对地的位移大大？ 图132821如图1329所示，一辆小车静止在光滑的水平面上，在C、D两端置有油灰阻挡层，小车的质量为1kg，在车的水平底板上放有光滑小球A与B，质量分别为mA=1kg，mB=3

23、kg，A，B小球间放置一被压缩的弹簧，其弹性势能为6J，现突然松开弹簧，A、B小球税离弹簧时距C、D端均为0.6m，然后两球分别与油灰阻挡层碰撞，并被油灰粘住，求1A、B小球脱离弹簧时的速度大小 图1329各是多少？2整个过程中小车的位移多大？22如图1330所示，质量为M的小车上悬挂一单摆，摆线长为l，摆球质量为m，现让小车停在光滑水平面上紧靠一竖直挡板，将小球拉至水平后无初速度释放，假设M=3kg，m=2kg，l=0.8m，问小球再次摆至最高点时，距上下点多高？ 图1320参考答案一、选择题1CD 2B 3AD 4D 5AB 6ABC 7AD 8D 9B 10ABD 11BC 12B二、填空题13， 14， 15 16，s17三、计算题181守恒 2P2=6kgm/s 191E=20J， 2E1=20J E2=80J， E/=100J 20S车= 211A=3m/s B第 12 页