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碰撞过程中动量守恒吗 动量守恒问题中的两种作用过程

时间:2019-01-25 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

   动量守恒问题是研究物体体系在不受外力或所受外力可以忽略时,物体间的相互作用的问题。其作用过程可以分为两种:一是由于作用时间短,相互作用物体的速度发生了变化,但位置没有变化,即因时间短,位移可以忽略不计,如碰撞、打击、爆炸等,这种作用过程又称为短暂过程;二是由于作用时间长,在作用过程中,不但有速度的改变,同时物体的相对位置也发生了变化,如子弹打入木块、一物体在另一物体上滑动等,这个可程又称为持续过程。
   从能量观点来看,不论哪种作用过程,只要未说明是弹性碰撞,在作用过程中就常伴有机械能的损失。
   例1.在光滑水平面上,有一质量M1=20kg的小车,通过一根几乎不可伸长的轻绳与一质量M2=25kg的拖车相连接,一质量M3=15kg的物体放在拖车的平板上,物体间的动摩擦因数μ=0.2。开始时拖车静止,绳未被拉紧,如图1所示,小车以v0=3m/s的速度前进。求:①当M1、M2、M3以同一速度前进时,其速度的大小;②求物体在拖车平板上的移动距离假(设平板足够长)。
   解析:本题有两个关键的过程。第一个是绳子张紧的过程,此过程是M1与M2发生作用,M3未参与,在此过程前,M1与M2速度不同,经过此过程后,M1与M2速度相同,而M3的速度仍为零,各物体间的相对位置较作用前未有明显变化。该过程作用时间极短,属于短暂过程;第二个是M3在M2上滑行的过程,经过此过程后,M1、M2和M3的速度就相同了。三者的速度都发生了变化,而且还出现了相对位置的变化,即M3在M2上滑行一段距离,由于该过程需持续一段时间,因此属于持续作用的过程。从能量观点来看,第二个过程相当于M1与M2发生完全非弹性碰撞,伴随有动能的损失。在第二个过程中,由于M3在M2上滑行了一段距离,摩擦力做负功,也使动能损失,该过程也可理解为M3与M1、M2组成的系统做完全非弹性碰撞,而导致动能损失。
   解答:先忽略M3的影响,对M1与M2组成的系统应用动量守恒定律,设其共同速度为V1,有:M1V0=(M1+M2)V1 ①
   所以,v1=■=■=■m/s
   对M1、M2与M3组成的系统应用动量守恒定律,设它们的共同速度为v2,有:(M1+M2)v1=(M1+M2+M3)v2 ②
   所以,v2=■,v1=■×■=1m/s
   对第二个过程应用能量守恒定律有:■(M1+M2)v12=■(M1+M2+M3)v22+μM3gx
   代入数字解得x=0.33m
   例2.如图2所示,A、B、C三个木块的质量均为m。把它们置于光滑的水平面上,BC之间有一轻质弹簧,弹簧的两端与木块相接触,但不固定。将弹簧压紧到不能再压缩时,再用细线把BC紧连,使弹簧不能伸展,以至于BC可视为一个整体。现A以初速沿BC的连线方向朝B运动,与B相碰并粘合在一起,以后细线突然断开,弹簧伸展,从而使C与A、B分离。已知C离开弹簧后的速度恰为V,求弹簧释放的势能。
  
  
  
  
  
   解析:设相碰后A、B和C的共同速度的大小为v,由动量守恒得3mv=mv0 ①
   设C离开弹簧时,A、B的速度大小为v1,由动量守恒得3mv=2mv1+mv0 ②
   设弹簧的弹性势能为Ep,从细线断开到C与弹簧分开的过程中机械能守恒,有■(3m)v2+Ep=■(2m)V12+■mv02 ③
   由①②③式可得,弹簧所释放的势能为Ep=■mv02④
   (作者单位:江西省新余市第一中学)

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