[物理]高中物理易错题分析集锦 - 4动量(3)

2019-09-01 19:05

l= d+s1即l=v·t + v′t ⑤ 联立②③④⑤解得:

【小结】 对本题物理过程分析的关键,是要弄清子弹射向靶的过程中,子弹与船运动的关系,而这一关系如果能用图5-5所示的几何图形加以描述,则很容易找出子弹与船间的相对运动关系。可见利用运动的过程草图,帮助我们分析类似较为复杂的运动关系问题,是大有益处的。

例10、 如图5-6所示,物体A置于小车B上,A与B之间光滑无摩擦。它们以共同的速度v前进。突然碰到障碍物C,将A从车上碰了出去,A被碰回的速度大小也是v。问:小车B的速度将怎样变化?

【错解分析】错解: 以A,B原来速度方向为正,设小车B后来的速度为v′,根据动量守恒定律,则 (mA+mB)v=mBv′-mAv

即:(mA+mB+mA)v = mBv′

因为2mA+mB>mB

所以:v′>v(变大)方向为原来的方向。

上述错解的主要原因是不注意分析物理规律的适用条件,乱用动量守恒定律而造成的。

当我们研究对象为A和B组成的系统时(如上述错解的研究对象)。在A与障碍物C发生碰撞时,因为C对A的作用力就A与B的系统来说是外力,所以不满足动量守恒条件(不受外力或合外力为零)。也就是说它们的动量不守恒,不能应用动量守恒定律去计算与讨论。不加分析地运用动量守恒定律必然导致错误。 【正确解答】 实际上,在A与C相碰时,由于C对A的作用力的冲量使A的动量发生了变化。而A与B之间光滑无摩擦。在水平方向无相互作用力。所以对B来说,其水平动量是守恒的(实际上也只具有水平动量)。也就是说,A在水平方向运动的变化不会影响B的运动情况,因此B将以速度v继续前进。 【小结】 物体间发生相互作用时,选哪个系统为研究对象,这是人为的选择,但要注意,若系统选择不当,则导致对该系统不能应用动量守恒定律来求解,如本题的A,B组成的系统。因此我们应注意研究对象的选取,使其能满足我们所选用规律的适用条件。如本题中以B为研究对象,即包含了所求的B的运动情况,而满足了水平方向不受外力,动量守恒的适用条件。

例11、 如图5-7所示将一光滑的半圆槽置于光滑水平面上,槽的左侧有一固定在水平面上的物块。今让一小球自左侧槽口A的正上方从静止开始落下,与圆弧槽相切自A点进入槽内,则以下结论中正确的是: [ ] A.小球在半圆槽内运动的全过程中,只有重力对它做功

B.小球在半圆槽内运动的全过程中,小球与半圆槽在水平方向动量守恒 C.小球自半圆槽的最低点B向C点运动的过程中,小球与半圆槽在水平方向动量守恒

D.小球离开C点以后,将做竖直上抛运动。

【错解分析】 错解一:半圆槽光滑,小球在半圆槽内做圆周运动的全过程中,只受重力和弹力作用,而弹力方向始终与速度方向垂直,所以弹力不做功,则只有重力做功,所以选A。

错解二:由于光滑的半圆槽置于光滑的水平面,所以小球在半圆槽运动的全过程中,小球与半圆槽水平方向不受外力作用,因而系统在水平方向动量守恒,故选B。

错解三:半圆槽槽口的切线方向为竖直方向,因而小球运动到C点时的速度方向竖直向上,所以小球离开C点以后得做竖直上抛运动,故选D。

【正确解答】 本题的受力分析应与左侧没有物块挡住以及半圆槽固定在水平面上的情况区分开来。(图5-8)

从A→B的过程中,半圆槽对球的支持力N沿半径方向指向圆心,而小球对半圆槽的压力N′方向相反指向左下方,因为有物块挡住,所以半圆槽不会向左运动,情形将与半圆槽固定时相同。但从B→C的过程中,小球对半圆槽的压力N′方向向右下方,所以半圆槽要向右运动,因而小球参与了两个运动:一个是沿半圆槽的圆运动,另一个与半圆槽一起向右运动,小球所受支持力N与速度方向并不垂直,所以支持力会做功。所以A不对。又因为有物块挡住,在小球运动的全过程,水平方向动量也不守恒,即B也不对。当小球运动到C点时,它的两个分运动的速度方向如图5-9,并不是竖直向上,所以此后小球做斜上抛运动,即D也不对。

正确答案是:小球在半圆槽内自B→C运动过程中,虽然开始时半圆槽与其左侧物块接触,但已不挤压,同时水平而光滑,因而系统在水平方向不受任何外力作用,故在此过程中,系统在水平方向动量守恒,所以正确答案应选C。

【小结】 在本题中由于半圆槽左侧有物块将槽挡住,导致了小球从A→B和从B→C两段过程特点的不同,因此在这两个过程中小球所受弹力的方向与其运动方向的关系,及球和槽组成的系统所受合外力情况都发生了变化。而这一变化导致了两个过程所遵从的物理规律不同,所以具体的解决方法也就不一样了。通过本题的分析解答,可以使我们看到,对不同的物理过程要做认真细致的具体分析,切忌不认真分析过程,用头脑中已有的模型代替新问题,而乱套公式。 例12、在质量为M的小车中挂着一个单摆,摆球的质量为m0,小车(和单摆)以恒定的速度u沿光滑的水平面运动,与位于正对面的质量为m的静止木块发生碰撞,碰撞时间极短,在此碰撞过程中,下列哪些说法是可能发生的? [ ]

A.小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别变为v1、v2、v3,满足:(M+m0)u=Mv1+mv2+mov3

B.摆球的速度不变,小车和木块的速度变为v1和v2,满足:Mu=Mv1+mv2 C.摆球的速度不变,小车和木块的速度都变为v,满足:Mu=(M+m)v D.小车和摆球的速度都变为v1,木块的速度为v2,满足:(M+m0)u=(M+m0)v1+mv2

【错解分析】错解:选A,D。

选择A,D的一个共同原因,是认为在碰撞的过程中,单摆也参加了碰撞,选A是认为三者发生碰撞,因而各自有一个速度;而选D的同学认为,单摆与小车连在一起,所以两者的速度始终相同,所以,碰前和碰后的关系应满足(M+m0)v = (M+m0)v1+mv2

另外还有一种选择,即B,C中只选一种,原因我们放在后面再分析。 【正确解答】 由于碰撞时间极短,所以单摆相对小车没有发生摆动,即摆线对球的作用力原来是竖直向上的,现在还是竖直向上的,没有水平方向的分力,未改变小球的动量,实际上单摆没有参与这个碰撞过程,所以单摆的速度不发生变化,因此,选项中应排除A,D。

因为单摆的速度不变,所以,研究对象也选取小车和木块,水平方向动量守恒,由动量守恒定律

Mu = Mv1+mv2 即为B选项。

由于题目中并没有提供在碰撞过程中能量变化关系,所以也有可能小车和木块合二而一。因此,C选项也是可能的。正确答案:选B,C。

【小结】 在解决如本题这种多个物体参与相互作用过程的题目时,要认真分析物体的受力情况,把没有参与作用的物体从多个对象中摘出去(如本题的单摆),这样可以避免选错研究对象。

例13、 如图5-10所示,倾角θ=30°,高为h的三角形木块B,静止放在一水平面上,另一滑块A,以初速度v0从B的底端开始沿斜面上滑,若B的质量为A的质量的2倍,当忽略一切摩擦的影响时,要使A能够滑过木块B的顶端,求V0应为多大?

【错解分析】错解:设滑块A能滑到h高的最小初速度为v,滑块A到达斜面最高点时具有水平分速度为V′,由于水平方向不受外力,所以水平方向动量守恒,由动量守恒定律: mv0cosθ=mv′+Mv′ ①

在B的上端点m的合速度为:

由动能定理有:

主要是对滑块A滑过最高点的临界状态分析不清楚。实际上,当滑块能够到达最高点时,即其竖直向上的分速度为零,也就是说,在最高点,滑块A只具有水平速度,而不具有竖直速度。所以,式①是正确的,式②中关于滑块A的动能,直接代入水平速度即可。

【正确解答】 根据水平方向动量守恒有: mv0cosθ=(m+M)v′ ①

【小结】 分析此题时,可以先定性分析,从题目可以知道,V0越大,上升的距离越高;v0较小,则可能上不到顶端。那么,刚好上升到


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