【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修1：第1章習(xí)題課動(dòng)量和能量的綜合應(yīng)用課件

第1章習(xí)題課:動(dòng)量和能量的綜合應(yīng)用重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一滑塊—木板模型情境探究如圖所示,在光滑的水平面上有一質(zhì)量為m0的木板(木板足夠長(zhǎng)),以速度v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),將質(zhì)量為m的小鐵塊輕輕放在木板上的A點(diǎn),這時(shí)小鐵塊相對(duì)地面的速度為零,小鐵塊相對(duì)木板向左滑動(dòng)。由于小鐵塊和木板間有摩擦,最后它們之間相對(duì)靜止,已知它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。請(qǐng)同學(xué)們思考:小鐵塊跟木板相對(duì)靜止時(shí),它們的共同速度為多大?此時(shí)小鐵塊與A點(diǎn)距離多遠(yuǎn)?這個(gè)過程中有多少機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能?知識(shí)歸納1.這類問題通常都是把滑塊、木板看作一個(gè)整體,摩擦力為內(nèi)力,在光滑水平面上不受摩擦力,滑塊和木板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。2.由于滑塊和木板之間的摩擦生熱,一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,那么系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,一般由能量守恒求解。3.注意:題目中如果說明滑塊不滑離木板,則最后二者以共同速度運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用體驗(yàn)例題1

如圖所示,光滑水平桌面上有長(zhǎng)L=2m的擋板C,質(zhì)量mC=5kg,在其正中央并排放著兩個(gè)小滑塊A和B,mA=1kg,mB=3kg,開始時(shí)三個(gè)物體都靜止。在A、B間放有少量塑膠炸藥,爆炸后A以大小為6m/s的速度水平向左運(yùn)動(dòng),A、B中任意一塊與擋板C碰撞后,都粘在一起,不計(jì)摩擦和碰撞時(shí)間,求:(1)兩滑塊A、B都與擋板C碰撞后,C的速度大小;(2)A、C碰撞過程中損失的機(jī)械能。解析

(1)A、B、C系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有0=(mA+mB+mC)vC,解得vC=0。(2)A、C碰撞前后系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有mAvA=(mA+mC)v解得v=1

m/s答案

(1)0

(2)15J針對(duì)訓(xùn)練1如圖所示,光滑水平面上一質(zhì)量為m0、長(zhǎng)為L(zhǎng)的木板右端緊靠豎直墻壁。質(zhì)量為m的小滑塊(可視為質(zhì)點(diǎn))以水平速度v0滑上木板的左端,滑到木板的右端時(shí)速度恰好為零。(1)求小滑塊與木板間的摩擦力大小。(2)現(xiàn)小滑塊以某一速度v滑上木板的左端,滑到木板的右端時(shí)與豎直墻壁發(fā)生彈性碰撞,然后向左運(yùn)動(dòng),剛好能夠滑到木板左端而不從木板上落下,試求

的值。(2)小滑塊以速度v滑上木板到運(yùn)動(dòng)至碰墻時(shí)速度為v1,由動(dòng)能定理得滑塊與墻碰撞后至向左運(yùn)動(dòng)到木板左端,此時(shí)滑塊、木板的共同速度為v2,以水平向左為正方向,由動(dòng)量守恒定律和動(dòng)能定理得mv1=(m+m0)v2探究二子彈打木塊模型情境探究如圖所示,在光滑水平面上放置一質(zhì)量為m0的靜止木塊,一質(zhì)量為m的子彈以水平速度v0射向木塊,穿出后子彈的速度變?yōu)関1。求整個(gè)系統(tǒng)損失的機(jī)械能。知識(shí)歸納1.子彈打木塊的過程很短暫,認(rèn)為該過程內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,則系統(tǒng)動(dòng)量守恒。2.在子彈打木塊過程中摩擦生熱,系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化。3.若子彈不穿出木塊,二者最后有共同速度,機(jī)械能損失最多。應(yīng)用體驗(yàn)例題2

如圖所示,在水平地面上放置一質(zhì)量為m0的木塊,一質(zhì)量為m的子彈以水平速度v射入木塊(未穿出),若木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,重力加速度為g,求:(1)子彈射入后,木塊在地面上前進(jìn)的距離;(2)射入的過程中,系統(tǒng)損失的機(jī)械能。解析

因子彈未射出,故碰撞后子彈與木塊的速度相同,而系統(tǒng)損失的機(jī)械能為初、末狀態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)能之差。(1)設(shè)子彈射入木塊時(shí),二者的共同速度為v',取子彈的初速度方向?yàn)檎较?則有mv=(m0+m)v'①二者一起沿地面滑動(dòng),前進(jìn)的距離為x,由動(dòng)能定理得-μ(m0+m)gx=0-(m0+m)v'2②針對(duì)訓(xùn)練2如圖所示的裝置中,木塊B與水平桌面間的接觸是光滑的,子彈A沿水平方向射入木塊后留在木塊內(nèi),將彈簧壓縮到最短?，F(xiàn)將子彈、木塊和彈簧合在一起作為研究對(duì)象(系統(tǒng)),則此系統(tǒng)在從子彈開始射入木塊到彈簧壓縮至最短的整個(gè)過程中(

)A.動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒B.動(dòng)量不守恒、機(jī)械能不守恒C.動(dòng)量守恒、機(jī)械能不守恒D.動(dòng)量不守恒、機(jī)械能守恒B解析

在子彈射入木塊這一瞬間過程,取子彈與木塊為系統(tǒng)則可認(rèn)為動(dòng)量守恒(此瞬間彈簧尚未形變),但機(jī)械能有損失。子彈射入木塊后木塊壓縮彈簧過程中,機(jī)械能守恒,但動(dòng)量不守恒(墻壁對(duì)彈簧的作用力是系統(tǒng)外力,且外力不等于零)。若以子彈、木塊和彈簧合在一起作為研究對(duì)象(系統(tǒng)),從子彈開始射入木塊到彈簧壓縮至最短時(shí),有摩擦力做功,機(jī)械能不守恒,彈簧固定端墻壁對(duì)彈簧有外力作用,因此動(dòng)量不守恒。故正確選項(xiàng)為B。探究三彈簧類模型情境探究如圖所示,A、B兩個(gè)木塊用輕彈簧相連接,它們靜止在光滑水平面上,A和B的質(zhì)量分別是99m和100m,一顆質(zhì)量為m的子彈以速度v0水平射入木塊A內(nèi)沒有穿出。則在以后的過程中彈簧彈性勢(shì)能的最大值是多大?知識(shí)歸納1.對(duì)于彈簧類問題,在作用過程中,系統(tǒng)合外力為零,滿足動(dòng)量守恒。2.整個(gè)過程涉及彈性勢(shì)能、動(dòng)能、內(nèi)能、重力勢(shì)能的轉(zhuǎn)化,應(yīng)用能量守恒定律解決此類問題。3.注意:彈簧壓縮最短或拉伸最長(zhǎng)時(shí),彈簧連接的兩物體速度相等,此時(shí)彈簧彈性勢(shì)能最大。應(yīng)用體驗(yàn)例題3

兩物塊A、B用輕彈簧相連,質(zhì)量均為2kg,初始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng),A、B兩物塊都以v=6m/s的速度在光滑的水平地面上運(yùn)動(dòng),質(zhì)量為4kg的物塊C靜止在前方,如圖所示。B與C碰撞后二者會(huì)粘在一起運(yùn)動(dòng)。則在以后的運(yùn)動(dòng)中:(1)當(dāng)彈簧的彈性勢(shì)能最大時(shí),物塊A的速度大小;(2)系統(tǒng)中彈性勢(shì)能的最大值是多少?解析

(1)當(dāng)A、B、C三者的速度相等時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能最大。由A、B、C三者組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,(mA+mB)v=(mA+mB+mC)vABC,解得答案

(1)3m/s

(2)12J針對(duì)訓(xùn)練3如圖所示,A、B、C三個(gè)木塊的質(zhì)量均為m,置于光滑的水平面上,B、C之間有一輕質(zhì)彈簧,彈簧的兩端與木塊接觸而不固連。將彈簧壓緊到不能再壓縮時(shí)用細(xì)線把B和C緊連,使彈簧不能伸展,以至于B、C可視為一個(gè)整體?，F(xiàn)A以初速度v0沿B、C的連線方向朝B運(yùn)動(dòng),與B相碰并黏合在一起。以后細(xì)線突然斷開,彈簧伸展,從而使C與A、B分離。已知C離開彈簧后的速度恰為v0。求彈簧釋放的勢(shì)能。解析

設(shè)碰后A、B和C的共同速度的大小為v,由動(dòng)量守恒定律得3mv=mv0①設(shè)C離開彈簧時(shí),A、B的速度大小為v1,由動(dòng)量守恒得3mv=2mv1+mv0②設(shè)彈簧的彈性勢(shì)能為Ep,從細(xì)線斷開到C與彈簧分開的過程中機(jī)械能守恒,學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)12341.(多選)如圖所示,光滑的水平面上放有一個(gè)木塊,子彈以速度v0射入木塊,最后留在木塊中隨木塊一起勻速運(yùn)動(dòng),子彈所受阻力恒定不變,在子彈射入木塊的過程中,下列說法正確的是(

)A.子彈和木塊組成的系統(tǒng)所受外力的矢量和為零,所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.子彈受到的合外力為零C.子彈和木塊組成的系統(tǒng)受到的外力是地面的支持力和子彈與木塊的重力D.木塊的重力與地面對(duì)木塊的支持力是一對(duì)平衡力AC解析

子彈和木塊組成的系統(tǒng)中,子彈和木塊受到的重力、地面的支持力是系統(tǒng)的外力,兩者大小相等,方向相反,受力物體有兩個(gè),系統(tǒng)所受外力的矢量和為零,所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒,但木塊的重力小于地面的支持力,故D錯(cuò)誤,A、C正確;子彈與木塊之間還有相互作用力,所以子彈的合外力不為零,故B錯(cuò)誤。123412342.(多選)質(zhì)量為m0、內(nèi)壁間距為L(zhǎng)的箱子靜止于光滑的水平面上,箱子中間有一質(zhì)量為m的小物塊,小物塊與箱子底板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ,初始時(shí)小物塊停在箱子正中間,如圖所示?，F(xiàn)給小物塊一水平向右的初速度v,小物塊與箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中間,并與箱子保持相對(duì)靜止。設(shè)碰撞都是彈性的,則整個(gè)過程中,系統(tǒng)損失的動(dòng)能為(

)BD123412343.(2023江西宜春高二期末)如圖所示,A、B和C是光滑水平面上的三個(gè)質(zhì)量均為m的相同小球,其中B、C兩小球用不計(jì)質(zhì)量的輕質(zhì)彈簧連接后靜止在水平面上?，F(xiàn)A球以速度v0沿B、C兩球球心的連線向B球運(yùn)動(dòng),碰后A、B兩球粘在一起。對(duì)A、B、C及彈簧組成的系統(tǒng),下列說法正確的是(

)A.機(jī)械能守恒,動(dòng)量不守恒B.彈簧的最大彈性勢(shì)能等于C.三球速度相等時(shí),彈簧一定處于壓縮狀態(tài)D.三球速度相等后,速度將保持不變B解析

對(duì)A、B、C及彈簧組成的系統(tǒng),其所受合外力為零,故系統(tǒng)動(dòng)量守恒,A、B碰撞為完全非彈性碰撞,碰撞過程有機(jī)械能損失,故機(jī)械能不守恒,A錯(cuò)誤;設(shè)A、B粘在一起時(shí)速度為v共,以A球初速度v0的方向?yàn)檎较?A、B碰撞動(dòng)量守恒,有mv0=2mv共,A、B整體和C通過彈簧作用時(shí)第一次達(dá)到共速v的過程,根據(jù)動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律有2mv共=3mv,,解得彈簧的最大彈性勢(shì)能為

,B正確;根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒,A、B整體和C通過彈簧作用的過程中,剛開始彈簧先壓縮,A、B整體的速度減小,C速度增大,彈簧壓縮到最短時(shí),A、B、C達(dá)到共速,彈簧恢復(fù)原長(zhǎng)過程中,A、B整體的速度減小到最小,C的速度增大到最大,彈簧被拉長(zhǎng)到最長(zhǎng)過程中,A、B整體的速度增大,C的速度減小,并且A、B、C達(dá)到共速,彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)過程中,A、B整體的速度增大到最大,C的速度減小到最小,A、B、C以此規(guī)律運(yùn)動(dòng),C、D錯(cuò)誤。123412344.如圖所示,質(zhì)量為m1的小車靜止在光滑水平軌道上,下面用長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線懸掛著質(zhì)量為m的沙箱,一顆質(zhì)量為m0的子