A.完全进入磁场中时线圈的速度大于(v0+v)/2;
B.安全进入磁场中时线圈的速度等于(v0+v)/2;
C.完全进入磁场中时线圈的速度小于(v0+v)/2;
D.以上情况A、B均有可能,而C是不可能的
【讲解】B对线框进入或穿出磁场过程,设初速度为v1,末速度为v2.由动量定理可知:
BIL△t=mv2-mv1,又电量q=.I△t,得m(v2-v1)=BLq,得速度变化量△v=v2-v1=BLq/m
由q=△Φ/R可知,进入和穿出磁场过程,磁通量的变化量相等,则进入和穿出磁场的两个过程通过导线框横截面积的电量相等,故由上式得知,进入过程导线框的速度变化量等于离开过程导线框的速度变化量.设完全进入磁场中时,线圈的速度大小为v′,则有v0-v′=v′-v,
解得,v′=(v0+v)/2故选B
【常规讲解】2:
动量守恒定律
【板书整理】
动量守恒
1.条件:
一个系统不受外力或者受外力之和为零(注意近似守恒和部分守恒)
2.表达式:
m1v1+m2v2=m1v1´+m2v2´
3.人船模型
条件:
系统初动量和合外力为零
结论
【授课流程】
步骤①动量守恒的回顾复习
动量守恒定律
一个系统不受外力或者受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。
即:
m1v1+m2v2=m1v1´+m2v2´
实际上,对系统用动量定理:
“外力的冲量等于系统动量的变化。
”那么,当合外力为零时,系统总动量不变。
这就是动量守恒。
步骤②利用动量守恒定律解决计算问题
配题逻辑:
动量守恒定律的简单应用
例题1.(2017新课标Ⅰ卷)将质量为1.00kg的模型火箭点火升空,50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。
在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)()
A.30
B.5.7×102
C.6.0×102
D.6.3×102
【讲解】.设火箭的质量为m1,燃气的质量为m2,根据动量守恒,m1v1=m2v2,解得火箭的动量为:
P=m2v2=m1v1=30
,所以A正确;BCD错误。
配题逻辑:
动量守恒定律的简单应用
练习1-1.
【(2017海南卷)光滑水平桌面上有P、Q两个物块,Q的质量是P的n倍。
将一轻弹簧置于P、Q之间,用外力缓慢压P、Q。
撤去外力后,P、Q开始运动,P和Q的动量大小的比值为()
A.
B.
C.
D.1
【讲解】.撤去外力后,系统不受外力,所以总动量守恒,设P的动量方向为正方向,则有:
PP﹣PQ=0
故PP=PQ=0;
故动量之比为1;
故D正确,ABC错误.
故选:
D.
配题逻辑:
动量守恒定律的简单应用
练习1-2.(2015北京卷)实验观察到,静止在匀强磁场中A点的原子核发生β衰变,衰变产生的新核与电子恰在纸面内做匀速圆周运动,运动方向和轨迹示意如图。
则 ( )
A.轨迹1是电子的,磁场方向垂直纸面向外
B.轨迹2是电子的,磁场方向垂直纸面向外
C.轨迹1是新核的,磁场方向垂直纸面向里
D.轨迹2是新核的,磁场方向垂直纸面向里
【讲解】选D。
解答本题时应从以下三点进行分析:
(1)电子和新核的电性是相反的。
(2)电子和新核的动量大小是相等的。
(3)用左手定则判断磁场方向。
洛伦兹力充当电子和新核的向心力,
,
,根据动量守恒定律,电子和新核的动量相等,新核的电荷量大于电子的电荷量,所以电子的轨道半径大,轨迹1是电子的,轨迹2是新核的,根据左手定则,磁场方向垂直于纸面向里,综上所述,选项D正确。
步骤3人船模型讲解
【参考讲解】
如图1所示,长为L、质量为M的小船停在静水中,质量为m的人从静止开始从船头走到船尾,不计水的阻力,求船和人对地面的位移各为多少?
图1
解析:
以人和船组成的系统为研究对象,在人由船头走到船尾的过程中,系统在水平方向不受外力作用,所以整个系统在水平方向动量守恒。
当人起步加速前进时,船同时向后做加速运动;人匀速运动,则船匀速运动;当人停下来时,船也停下来。
设某时刻人对地的速度为v,船对地的速度为v',取人行进的方向为正方向,根据动量守恒定律有:
,即
因为人由船头走到船尾的过程中,每一时刻都满足动量守恒定律,所以每一时刻人的速度与船的速度之比,都与它们的质量之比成反比。
因此人由船头走到船尾的过程中,人的平均速度v与船的平均速度v也与它们的质量成反比,即
,而人的位移
,船的位移
,所以船的位移与人的位移也与它们的质量成反比,即
<1>式是“人船模型”的位移与质量的关系,此式的适用条件:
原来处于静止状态的系统,在系统发生相对运动的过程中,某一个方向的动量守恒。
由图1可以看出:
由<1><2>两式解得
【写板书】
人船模型
条件:
系统初动量和合外力为零
结论
配题逻辑:
动量守恒定律的特殊应用(人船模型)
例题2.小车静止在光滑水平面上,站在车上的人练习打靶,靶装在车上的另一端,如图所示.已知车、人、枪和靶的总质量为M(不含子弹),每颗子弹质量为m,共n发,打靶时,枪口到靶的距离为d.若每发子弹打入靶中,就留在靶里,且待前一发打入靶中后,再打下一发.则以下说法正确的是( )
A.待打完n发子弹后,小车将以一定速度向右匀速运动
B.待打完n发子弹后,小车应停在射击之前位置的右方
C.在每一发子弹的射击过程中,小车所发生的位移相同,大小均为
D.在每一发子弹的射击过程中,小车所发生的位移不相同
根据动量守恒定律,当子弹射出后,小车(包括人、枪和靶,下同)获得一定的速度向右匀速直线运动,但是当子弹打入靶后,因为系统总动量为0,所以小车将做间歇性的匀速直线运动,最后将停止于原位的右边,A错误,B正确.研究空中飞行的一颗子弹和其他所有物体的动量守恒可知,每一次射击后小车获得的速度都是相等的,走过的距离也都相等.设子弹的速度为v,小车获得的速度为v1由动量守恒有:
mv=[M+(n-1)m]v1,v1=
设子弹从枪口射出到打入靶所用的时间为t,
小车位移为
c对,D错,答案为BC.
【常规讲解】3:
动量和能量综合
写板书
类碰撞
1.机械能守恒
动碰静结论:
2.机械能不守恒
完全非弹性碰撞结论:
,
【参考讲解】
两个物体在极短时间内发生相互作用,这种情况称为碰撞。
由于作用时间极短,一般都满足内力远大于外力,可以认为系统的动量守恒。
碰撞又分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三种。
仔细分析两物体发生碰撞的全过程中动量和能量的变化:
设光滑水平面上,质量为m1的物体A以速度v1向质量为m2的静止物体B运动。
⑴若A、B弹性都很好(撤去外力后能完全恢复原状),则可以等效为B的左端连有轻弹簧。
在Ⅰ位置A、B刚好接触,弹簧开始被压缩,A开始减速,B开始加速;到Ⅱ位置A、B速度刚好相等(设为v),弹簧被压缩到最短;以后A、B开始远离,弹簧开始恢复原长,到Ⅲ位置弹簧刚好为原长,A、B分开,这时A、B的速度分别为
。
全过程系统动量是守恒的,机械能也是守恒的。
Ⅰ→Ⅱ系统减少的动能全部转化为弹性势能,Ⅱ状态系统动能最小而弹性势能最大;Ⅱ→Ⅲ弹性势能减少,全部转化为动能;因此Ⅰ、Ⅲ状态系统动能相等。
这种碰撞叫做弹性碰撞。
在Ⅰ→Ⅲ全过程对系统用动量守恒和能量守恒:
m1v1=m1v1´+m2v2´,
,由此方程组解得A、B的最终速度分别为:
。
(这个结论要背下来,以后经常会用)对应图象:
⑵若A、B完全没有弹性(撤去外力后保持形变,不能恢复原状)。
Ⅰ→Ⅱ系统减少的动能全部转化为内能(分子动能或分子势能)。
由于没有弹性,A、B不再分开,而是共同运动,不再有Ⅱ→Ⅲ过程。
这种碰撞叫完全非弹性碰撞。
在Ⅰ→Ⅱ过程用动量守恒和能量守恒:
m1v1=(m1+m2)v,
,由此方程组解得:
A、B最终的共同速度为
,
系统的动能损失为
。
(这个结论要背下来,以后经常会用到。
)
若A、B的弹性介于以上两种情况之间,则Ⅰ→Ⅱ系统动能减少,一部分转化为弹性势能,一部分转化为内能;Ⅱ→Ⅲ弹性势能转化为动能,两物体分开。
全过程系统动能有损失(一部分动能转化为内能)。
这种碰撞叫非弹性碰撞。
A、B的末速度将介于上述两种结论之间。
配题逻辑:
利用碰撞特点解题
例题1.两球A、B在光滑水平面上沿同一直线,同一方向运动,mA=1kg,mB=2kg,vA=6m/s,vB=2m/s,当A追上B并发生碰撞后,两球A、B速度的可能值是
A.v´A=5m/s,v´B=2.5m/s
B.v´A=2m/s,v´B=4m/。
C.v´A=1m/s,v´B=4.5m/s
D.v´A=7m/s,v´B=1.5m/s
【讲解】:
考虑实际情况,碰撞后A球速度不大于B球的速度,因而AD错误,BC满足;
两球碰撞过程,系统不受外力,故碰撞过程系统总动量守恒,ABCD均满足;
根据能量守恒定律,碰撞后的系统总动能应该小于或等于碰撞前的系统总动能,碰撞前总动能为22J,B选项碰撞后总动能为18J,C选项碰撞后总动能为57J,故C错误,B满足;
故选B.
配题逻辑:
类非弹性碰撞中的内能
例题2.将一长木板静止放在光滑的水平面上,如下图甲所示,一个小铅块(可视为质点)以水平初速度v0由木板左端向右滑动,到达右端时恰能与木板保持相对静止。
现将木板分成A和B两段,使B的长度和质量均为A的2倍,并紧挨着放在原水平面上,让小铅块仍以初速度v0由木块A的左端
开始向右滑动,如图乙所示。
若小铅块相对滑动过程中所受的摩擦力始终不变,则下列有关说法正确的是( )
A.小铅块将从木板B的右端飞离木板
B.小铅块滑到木板B的右端前就与木板B保持相对静止
C.甲、乙两图所示的过程中产生的热量相等
D.图甲所示的过程产生的热量大于图乙所示的过程产生的热量
【讲解】BD
试题分析:
在第一次在小铅块运动过程中,小铅块与木板之间的摩擦力使整个木板一直加速,第二次小铅块先使整个木板加速,运动到B上后A停止加速,只有B加速,加速度大于第一次的对应过程,所以小铅块滑到木板B的右端前就与木板B保持相对静止B正确、A错误;由于最终乙图中A木板的速度小于甲图中对应部分的速度,所以根据系统的动量守恒得知,乙图中小铅最终的速度大于甲图中最终速度,根据动能定理得:
-fx=△Ek ,由于动能的变化量不等,所以铅块的对地位移不等,甲图中铅块对地位移较大,根据摩擦力乘以相对位移等于产生的热量,由Q=fd相对得知,甲图中产生的热量大于乙图中产生热量,D正确.
考点:
本题考查动量守恒定律、能量守恒定律。
配题逻辑:
类非弹性碰撞中的重力势能
例题3.如图所示,在光滑水平面上停放着质量为m装有光滑弧形槽的小车,一个质量也为m的小球以水平速度v0沿槽口向小车滑去,到达某一高度后,小球又返回右端,则( )
A.小球以后将向右做平抛运动
B.小球将做自由落体运动
C.此过程小球对小车做的功为
D.小球在弧形槽上升的最大高度为
【讲解】BC
试题分析:
小球从地段进入圆弧槽,到达最高点后返回到低端时两者交换速度,即小球的速度减少为零,小车的速度变为v0,小球以后将做自由落体运动,A错B对;此过程中小球对小车做的功等于小车动能的增量即
,C选项正确;小球上升到最高点时达到共速v,根据动量守恒mv0=2mv,解得v=v0/2,根据能量守恒定律得最大高度为
,选项D错误。
配题逻辑:
类非弹性碰撞中的弹性势能
例题4.如图甲所示,在光滑水平面上,轻质弹簧一端固定,物体A以速度v0向右运动压缩弹簧,测得弹簧的最大压缩量为x;现让弹簧一端连接另一质量为m的物体B(如图乙所示),物体A以2v0的速度向右压缩弹簧,测得弹簧的最大压缩量仍为x,则()
A.A物体的质量为3m
B.A物体的质量为2m
C.弹簧压缩最大时的弹性势能为1.5mv02
D.弹簧压缩最大时的弹性势能为mv02
【讲解】
当弹簧固定时,当弹簧压缩量最大时,弹性势能最大,A的动能转化为弹簧的弹性势能,根据系统的机械能守恒得:
弹簧被压缩过程中最大的弹性势能等于A的初动能,设A的质量为mA,即有:
①
当弹簧一端连接另一质量为m的物体B时,A与弹簧相互作用的过程中B将向右运动,A、B速度相等时,弹簧的弹性势能最大,选取A的初速度的方向为正方向,
由动量守恒定律得:
mA•2v0=(m+mA)v,②
由机械能守恒定律得:
,③
联立得:
mA=3m ④
联立①④得:
Epm=1.5mv02
故AC正确,BD错误.