动量和能量综合专题

动量和能量综合例析

例1、如图，两滑块Ａ、Ｂ的质量分别为m1和m2，

置于光滑的水平面上，Ａ、Ｂ间用一劲度系数

为K的弹簧相连。开始时两滑块静止，弹簧为

原长。一质量为ｍ的子弹以速度Ｖ

沿弹簧长度方向射入滑块Ａ并留在其中。

试求：（１）弹簧的最大压缩长度；(已知弹性势能公式E

P

=(1/2)KX2，其中K为劲度系数、X为弹簧的形变量) ；（２）滑块Ｂ相对于地面的最大速度和最小速度。

【解】（１）设子弹射入后Ａ的速度为Ｖ

１

，有：

ｍＶ

0＝（ｍ＋ｍ

１

）Ｖ

1

（1）

得：此时两滑块具有的相同速度为Ｖ，依前文中提到的解题策略有：

（ｍ＋ｍ

１）Ｖ

１

＝（ｍ＋ｍ

1

＋m

2

)V (2)

(3)

由(1)、(2)、(3)式解得：（２）

ｍＶ

0=（m＋m

1

）V

2

＋m

2

V

3

(4)

(5)

由（１）、（４）、（５）式得：

Ｖ

3[（m＋m

1

＋m

2

）V

3

－2mV

]=0

解得：V

3

=0 （最小速度）（最大速度）

例２、如图，光滑水平面上有Ａ、Ｂ两辆小车，Ｃ球用０.５m长的细线悬挂在Ａ车的支架上，已知mA=m B=1kg，m C=。开始时B车静止，Ａ车以Ｖ0＝４m/s的速度驶向Ｂ车并与其正碰后粘在一起。若碰撞时间极短且不计空气阻力，g取10m/s2，求C球摆起的最大高度。

【解】由于A、B碰撞过程极短，C球尚未开始摆动，

故对该过程依前文解题策略有： m A V 0=(m A +m B )V 1 (1) E 内= (2)

对A 、B 、C 组成的系统，图示状态为初始状态，C 球摆起有最大高度时，A 、B 、C 有共同速度，该状态为终了状态，这个过程同样依解题策略处理有：

（m A +m C ）V 0=(m A +m B +m C )V 2 (3)

(4)

由上述方程分别所求出Ａ、Ｂ刚粘合在一起的速度Ｖ1＝２m ／s ，Ｅ内＝４J ，系统最后的共同速度Ｖ2＝２.４m ／s ，最后求得小球Ｃ摆起的最大高度h=。

例3、质量为m 的木块在质量为M 的长木板中央，木块与长木板间的动摩擦因数为μ，木块和长木板一起放在光滑水平面上，并以速度v 向右运动。为了使长木板能停在水平面上，可以在木块上作用一时间极短的冲量。试求：

（1）要使木块和长木板都停下来，作用在木块上水平冲量的大小和方向如何 （2）木块受到冲量后，瞬间获得的速度为多大方向如何 （3）长木板的长度要满足什么条件才行

【解】（1）水平冲量的大小为：()I M m v =+（1分） 水平冲量的方向向左（1分）

（2）以木块为研究对象：取向左为正方向，则： ()()I M m v mv mv m =+=--'（2分） ∴=v M

m

v m '（2分） （3）根据能的转化与守恒定律得：

μmg L mv Mv m 21212022

=+-'（2分） ()∴=+L M M m v m g

22μ（2分）

即木板的长度要满足：()L M M m v m g

≥

+2

2μ

综上所述，解决动量守恒系统的功能问题，其解题的策略应为： 一、分析系统受力条件，建立系统的动量守恒定律方程。

二、根据系统内的能量变化的特点建立系统的能量方程

三、建立该策略的指导思想即借助于系统的动能变化来表现内力做功。

1、如图，在光滑绝缘的长直轨道上有A 、B 两个带同种电荷小球,其质量分别为m 1、m 2。小球A 以水平速度V 0沿轨道向右冲向静止的B 球，求最后两球最近时(A 、B 两球不相碰)系统电势能的变化。

2

、如图所示，光滑的水平面上有质量为M 的滑板，其中AB 部分为光滑的1/4圆周，半径为r ，BC 水平但不光滑，长为。一可视为质点的质量为m 的物块，从A 点由静止释放，最后滑到C 点静止，求物块与BC 的动摩擦因数。

3、如图所示, 在高为h 的光滑平台上放一个质量为m 2的小球, 另一个质量为 m 1的球沿光滑弧形轨道从距平台高为h 处由静止开始下滑, 滑至平台上与球m 2发生正碰, 若m 1＝ m 2, 求小球m 2最终落点距平台边缘水平距离的取值范围.

4、如图所示，A 、B 是位于水平桌面上的两质量相等的木块，离墙壁的距离分别为L 1和L 2，与桌面之间的滑动摩擦系数分别为μA 和μB ，今给A 以某一初速度，使之从桌面的右端向左运动，假定A 、B 之间，B 与墙间的碰撞时间都很短，且碰撞中总动能无损失，若要使木块A 最后不从桌面上掉下来，则A 的初速度最大不能超过______。

5、如图在光滑的水平台上静止着一块长50cm ，质量为1kg 的木板，板的左端静止着一块质量为1千克的小铜块(可视为质点)，一颗质量为10g 的子弹以200m/s 的速度射向铜块，碰后以100m/s 速度弹回。问铜块和木板间的摩擦系数至少是多少时铜块才不会从板的右端滑落。(g 取10m/s 2 )

A

B

7、如图所示，小球A 从半径为R=的1/4光滑圆弧轨道的上端点以v 0=3m/s 的初速度开始滑下，到达光滑水平面上以后，与静止于该水平面上的钢块B 发生碰撞，碰撞后小球A 被反向弹回，沿原路进入轨道运动恰能上升到它下滑时的出发点（此时速度为零）。设A 、B 碰撞机械能不损失，求A 和B 的质量之比是多少

8、如图，有光滑圆弧轨道的小车静止在光滑水平面上，其质量为M 。一质量为m 的小球以水平速度V 0沿轨道的水平部分冲上小车，求小球沿圆弧形轨道上升到最大高度的过程中圆弧形轨道对小球的弹力所做的功。

9、如图6—5—5所示，一质量为M ，长为L 的长方形木 板B 放在光滑的水平地面上，在其右端放一质量为 m 的小木块m ＜M 。现以地面为参照系，给A 和B 以大小相等方向相反的初速度(如图)，使A 开始向 左运动、B 开始向右运动，但最后A 刚好没有滑离

B 板。以地面为参照系，则求解下例两问：

(1)若已知A 和B 的初速度大小为v0，求它们最后的速度的大小和方向。 (2)若初速度的大小未知，求小木块A 向左运动到达的最远处(从地面上看)离出发点的距离。

1、 m 1m 2V 02/2(m 1+m 2)

2、 r /L

3、 （h

4、 5、

6、 (1) 1m/s, 方向向下; (2) k>3, V F 方向向上; k ＝3,V F ＝0; k<3, V F

方向向下。

7、 1 : 9 8、2

0)(2M

m mV M W +-

= H

M

V

m