在动量守恒中,经常存在共速问题,可以用数学证明,

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(1)

共速时,动能损失最大,反之亦然,类比于完全非弹性碰撞,下面分情况来分析。

1.系统内存在滑动摩擦力

例题:如图所示,

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(2)

质量为M的小车置于光滑的水平面上,车的上表面是粗糙的,有一质量为m的木块,以水平初速度v₀滑上小车的水平上表面.若车的上表面足够长,则(B)

A.木块的最终速度为零

B.木块的最终速度一定为mv₀

/(M+m)

C.由于车的上表面粗糙,小车和木块组成的系统动量减小

D.车的上表面越粗糙,木块减少的动量越多

由于系统内只存在滑动摩擦力,滑动摩擦力的效果是阻碍相对运动,最终达到共速,又系统动量守恒,B选项是正确的。

由于滑动摩擦力的存在,就会摩擦生热,从而动能转化为内能,转化的内能为mv₀²/2-M(mv₀/(M+m))²/2,与动摩擦因数μ无关,μ只是影响了相对滑动的位移。

例题:如图所示,

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(3)

在光滑水平面上一质量为m的物块以初速度v₀与质量为M的物块发生碰撞后粘在一起,则在两物块碰撞过程中产生的焦耳热Q为多少?

分析:两物块发生碰撞后“粘在一起”,即碰撞后一共同速度运

动,动能转化为内能,典型的“共速模型”。这类问题属于完全非弹性碰撞,其处理方法大都是采用动量和能量的观点加以分析。

2.系统内存在弹簧

例题:如图所示,

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(4)

两滑块A、B位于光滑水平面上,已知A的质量MA=1kg,B的质量MB=4kg.滑块B的左端连有轻质弹簧,弹簧开始处于自由伸长状态.现使滑块A以v=5m/s速度水平向右运动,通过弹簧与静止的滑块B相互作用(整个过程弹簧没有超过弹性限度),直至分开,则(D)

A.物块A的加速度一直在减小,物块B的加速度一直在增大

B.作用过程中弹簧的最大弹性势能Ep=2J

C.滑块A的最小动能为EkA=4.5J,滑块B的最大动能为EkB=8J

D.若滑块A的质量MA′=4kg,B的质量MB′=1kg,滑块A的最小动能为EkA′=18J,滑块B的最大动能为EkB′=32J

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(5)

把A、B、弹簧看作系统,系统动量守恒,机械能守恒。

弹簧弹性势能最大,即A、B动能损失最大,也就是A、B共速时,动能转化为弹性势能

3.最大高度

例题:如图所示,

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(6)

在光滑水平面上静止一质量为M的光滑斜面,一质量也为M的小球以初速度v₀冲上斜面,斜面足够长,在小球与斜面作用的过程中,下列说法正确的是()

A.小球到斜面最高点时小球速度为0

B.小球到斜面最高点时斜面速度大小为v₀/2

C.小球返回斜面底端时,小球的速度大小为v₀

D.小球返回斜面底端时,小球的速度为0

动能转化为重力势能

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(7)

例题:如图所示,

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(8)

质量为M的小车A置于水平光滑的轨道上,其下端通过质量可忽略的绳将质量为m的货物B悬挂在空中,系统处于静止状态。若突然给A一水平向右的初速度v₀,求货物B能摆起的最大高度。

动能转化为重力势能

4.子弹打木块

例题:质量为2kg的小平板车B静止在光滑水平面上,板的一端静止着一物体A,mA=2kg,如图所示。一颗质量为20g的子弹,以600m/s的水平速度射穿A后,速度变为100m/s。假设A、B间的动摩擦因数为0.05,子弹穿过A的时间极短,g取10m/s²。

动量守恒定律的难点题型(动量守恒中的共速问题)(9)

(1)子弹射穿A时,A的速度为多大?

(2)当A与B相对静止时,它们的共同速度为多大?

动能转化为内能。

通过以上几种情况的分析讨论可以看出,题目中如果出现了诸如“粘在一起”、“未穿出”、“最长”、“最短”、“最远”、“最近”、“最高”等关键词,其所处的状态通常都是在共速之时。反过来,如果题目中需要求解当其达到共速的情景,则需分析是否存在“粘在一起”、“未穿出”、“最长”、“最短”、“最远”、“最近”、“最高”等关键词。分析出相应的状态,将其归纳为“共速模型”,用“共速模型”的分析方法基本上就成了一种固定的模式。

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