[物理]高中物理易错题分析集锦 - 4动量(2)

2019-09-01 19:05

a,b两块在水平飞行的同时,竖直方向做自由落体运动即做平抛运

选项

C是正确的

由于水平飞行距离x = v·t,a、b两块炸裂后的速度vA、vB不一定相等,而落地时间t又相等,所以水平飞行距离无法比较大小,所以B不对。 根据牛顿第三定律,a,b所受爆炸力FA=-FB,力的作用时间相等,所以冲量I=F·t的大小一定相等。所以D是正确的。 此题的正确答案是:C,D。

【小结】 对于物理问题的解答,首先要搞清问题的物理情景,抓住过程的特点(物体沿水平方向飞行时炸成两块,且a仍沿原来方向运动),进而结合过程特点(沿水平方向物体不受外力),运动相应的物理规律(沿水平方向动量守恒)进行分析、判断。解答物理问题应该有根有据,切忌“想当然”地作出判断。 例5、一炮弹在水平飞行时,其动能为两块,其中一块的动能为

=800J,某时它炸裂成质量相等的

=625J,求另一块的动能

【错解分析】 错解:设炮弹的总质量为m,爆炸前后动量守恒,由动量守恒定律: P=P1+P2

代入数据得:Ek=225J。

主要是只考虑到爆炸后两块的速度同向,而没有考虑到方向相反的情况,因而漏掉一解。实际上,动能为625J的一块的速度与炸裂前炮弹运动速度也可能相反。

【正确解答】 以炮弹爆炸前的方向为正方向,并考虑到动能为625J的一块的速度可能为正.可能为负,由动量守恒定律: P=P1+P2

解得:

=225J或4225J。

正确答案是另一块的动能为225J或4225J。

【小结】 从上面答案的结果看,炮弹炸裂后的总动能为(625+225)J=850J或(625+4225)J=4850J。比炸裂前的总动能大,这是因为在爆炸过程中,化学能转化为机械能的缘故。

例6、 如图5-3所示,一个质量为M的小车置于光滑水平面。一端用轻杆AB固定在墙上,一个质量为m的木块C置于车上时的初速度为v0。因摩擦经t秒木块停下,(设小车足够长),求木块C和小车各自受到的冲量。

【错解分析】错解:以木块C为研究对象,水平方向受到向右的摩擦力f,以v0)。为正方向,由动量定理有: -ft = 0 = mv0所以I木= ft = mv0

所以,木块C受的冲量大小为mv0,方向水平向右。

又因为小车受到的摩擦力水平向左,大小也是f(牛顿第三定律)。所以小车受到的冲量I车= ft = mv0,大小与木块受到的冲量相等方向相反,即水平向左。 主要是因为对动量定理中的冲量理解不深入,动量定理的内容是:物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化量。数学表达式为I合=P2-P1,等式左侧的冲量应指合外力的冲量。在上述解答中,求木块C受到的冲量为mv0是正确的。因为C受到的合外力就是f (重力mg与支持力N互相平衡),但小车的冲量就错了。因为小车共受5个力:重力Mg,压力N=mg,支持力N′[N′=(m+M)g],摩擦力f'和AB杆对小车的拉力T,且拉力T = f',所以小车所受合力为零,合力的冲量也为零。

【正确解答】 以木块C为研究对象,水平方向受到向右的摩擦力f,以V0为正方向,由动量定理有: -ft = 0-mv0 ∴I木= f·t = mv0

所以,木块C所受冲量为mv0,方向向右。对小车受力分析,竖直方向N′=Mg+N=(M+m)g,水平方向T= f′,所以小车所受合力为零,由动量定理可知,小车的冲量为零。

从动量变化的角度看,小车始终静止没动,所以动量的变化量为零,所以小车的冲量为零。

正确答案是木块C的冲量为mv0,方向向右。小车的冲量为零。

【小结】 在学习动量定理时,除了要注意动量是矢量,求动量的变化△P要用矢量运算法则运算外,还要注意F·t中F的含义,F是合外力而不是某一个力。

参考练习:质量为100g的小球从0.8m高处自由落下到一厚软垫上,若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.20s,则这段时间软垫对小球的冲量为______(g=10m/s2,不计空气阻力)。(答案为o.6N·s)

例7、 总质量为M的装砂的小车,正以速度v0在光滑水平面上前进、突然车底漏了,不断有砂子漏出来落到地面,问在漏砂的过程中,小车的速度是否变化?

【错解分析】错解:质量为m的砂子从车上漏出来,漏砂后小车的速度为v由动量守恒守律: Mv0=(M-m)v

上述解法错误的主要原因在于研究对象的选取,小车中砂子的质量变了,即原来属于系统内的砂子漏出后就不研究了。这样,所谓系统的初状态及末状态的含义就变了。实际情况是,漏掉的砂子在刚离开车的瞬间,其速度与小车的速度是相同的,然后做匀变速运动(即平抛)

【正确解答】 质量为m的砂子从车上漏出来,漏砂后小车的速度为V由动量守恒定律: Mv0= mv+(M-m)v

解得:v = v0即砂子漏出后小车的速度是不变的。

【小结】 用动量守恒定律时,第一个重要的问题就是选取的系统。当你选定一个系统(此题为小车及车上的全部砂子)时,系统的初末状态都应该对全系统而言,不能在中间变换系统。

例8 、一绳跨过定滑轮,两端分别栓有质量为M1,M2的物块(M2>M1如图5-4),M2开始是静止于地面上,当M1自由下落H距离后,绳子才被拉紧,求绳子刚被拉紧时两物块的速度。

【错解分析】错解:M1自由下落H距离时,速度v1=。在M1和M2组成的系统中,它们相互作用前后的动量守恒。当绳子刚被拉紧时,设M1,M2的共同速度为v,

实际上,上述结果是正确的,但在解题过程中,出现了两个错误。其一,没有认真分析绳子拉紧前后的动量守恒条件。实际上由M1,M2组成的系统除了受重力外,还要受到滑轮轴心竖直向上的支持力作用,而这个支持力不等于M1+M2的重力,所以系统所受合外力不为零。不能对整个系统应用动量守恒定律。其二,即使能应用动量守恒定律,也应认真考虑动量的方向性,M1的方向向下,而M2的方向向上,不能认为M1与M2系统的动量为(M1+M2)v。 【正确解答】 M1自由下落H距离时的速度

绳子拉紧后的一小段时间△t后,M1与M2具有相同的速率V,M1的速度向下,M2的速度向上。

对M1由动量定理,以向上为正方向: (T1-M1g)△t =-M1v-(-M1v1) ② 对M2由动量定理,以向上为正方向: (T2-M2g)△L = M2v-0 ③

因为拉紧过程绳子的拉力远远大于物体的重力,可以认为T1=T2,所

【小结】 通过本题的分析与解答,我们可以从中得到两点警示。一是运用物理规律时一定要注意规律的适用条件,这一点要从题目所述的物理过程的特点出发进行分析,而不能“以貌取人”,一看到两物体间相互作用,就盲目地套用动量守恒定律。二是应用动量守恒定律时,要注意此规律的矢量性,即要考虑到系统内物体运动的方向。

例9、 在一只静止的小船上练习射击,船、人连同枪(不包括子弹)及靶的总质量为M,枪内装有n颗子弹,每颗质量为m,枪口到靶的距离为l,子弹射出枪口时相对于地面的速度为v,在发射后一颗子弹时,前一颗子弹已陷入靶中,则在发射完n颗子弹后,小船后退的距离为多少?

【错解分析】错解: 设第一颗子弹射出后船的后退速度为v′,后退距离为S1,子弹从枪口到靶所用的时间为:

对这颗子弹和其他物体构成的系统列动量守恒方程: mv = [M+(n-1)m]v′ ② 在时间t内船的后退距离 s1= v′t ③

子弹全部射出后船的后退距离 s = ns1 ④

联立①②③④解得:

【正确解答】 设子弹射出后船的后退速度为v′,后退距离为s1=v′t,如图5-5所示,由几何关系可知


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