例4.在水平轨道上放置一门质量为M的炮车。发射炮弹的质量为m,炮车与轨道间的摩擦不计,当炮车与水平方向成θ角发射炮弹时,炮弹相对地面的速度为v0,求炮车后退的速度。
解析:炮弹与炮车组成的系统在炮弹发射过程中受两个力作用,一为二者之重力G,二为地面的支持力N,因倾斜发射炮弹,故N>G,合外力不为零,系统动量不守恒;但因水平方向无外力作用,故系统在水平方向上动量守恒,以v0在水平方向的分量为正方向,炮车后退的速度设为v,
点评:动量守恒定律的适用条件是“系统所受合外力为零”,但是在某些情况下,系统的合外力虽然不为零,却仍可按动量守恒来处理。
例5.如图3所示,质量为M的平板车静止于光滑水平面上,质量为m的人站在车的一端,现人以速度v0沿水平方向跳出,求人跳出后车的速度。
解析:取人、车组成的系统为研究对象,系统在水平方向上动量守恒。
以人跳出的方向为正方向,设人跳出瞬间车的速度大小为v1,由动量守恒定律得:
点评:此题体现了动量守恒定律的基本应用方法:
(1)在分析出系统动量守恒后,应确定系统的两个状态,并分别计算出这两个状态的总动量;
(2)矢量性:在一维情况下,以某一方向为正方向,然后以代数形式表示各方向的速度和动量。
例6.两只船以速度v0相向而行,每只船连同船上的人、物总质量为M;当它们“擦肩”而过时,各把质量为m的物体从船侧同时放入对方船中,则两船速大小分别变为多大?(忽略水的阻力)
解析:每只船把质量为m的物体放出后剩下部分的质量为M-m,其速度仍保持原速度v0不变,而对方船只放入的质量为m的物体与本船速度大小相等、方向相反,物体m落入船M-m中,相互作用后以共同速度运动。
以放出质量为m的物体后的某一船和放入的质量为m的物体组成的系统为研究对象,以该船运动的方向为正方向,设最终前进的速度为v,由动量守恒定律:
点评:在问题涉及物体较多时,要认真分析相互作用的物理过程,然后确定研究对象。确定研究对象的原则是既符合动量守恒条件又能利用动量守恒定律简捷地解决问题。
【模拟试题】
A.所受重力的冲量B.所受支持力的冲量
C.所受合力的冲量D.动量改变量的大小
2.如图5所示,具有一定质量的小球A固定在轻杆一端,另一端挂在小车支架的O点,用手将小球拉起使轻杆呈水平,在小车处于静止的情况下放手使小球摆下,在B处与固定在车上的油泥撞击后粘合在一起,则此后小车的运动状态是()
A.向右运动B.向左运动
C.静止不动D.无法判定
3.小车沿平直轨道匀速行驶。某时刻,小车上的人同时沿着小车运动的方向向前、向后抛出两个质量相等的球,球抛出时相对于地面的速度大小相等,则抛出两个球以后,小车的速度大小()
A.与原来的速度相等B.比原来的速度小
C.比原来的速度大D.无法确定
4.如图6所示,木块A静置于光滑的水平面上,其曲面部分MN光滑,水平部分NP是粗糙的,现有一物体B自M点由静止下滑,设NP足够长,则以下叙述正确的是()
A.A、B最终以同一速度(不为零)运动
B.A、B最终速度均为零
C.A物体先做加速运动,后做减速运动
D.A物体先做加速运动,后做匀速运动
5.斜上抛一个物体,不计阻力,取竖直向上为正方向,则画出物体在运动过程中()
(1)动量的增量随时间的变化图线;
(2)动量的变化率随时间的变化图线。
7.气球质量为200kg,载有质量为50kg的人,静止在空中距地面20m高的地方,气球下悬一根质量可忽略不计的绳子,此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面,为了安全到达地面,则这根绳长至少应为_________(不计人的高度)
9.在验证碰撞中动量守恒定律时,实验装置的示意图如图8所示,一位同学设计的主要实验步骤如下:
A.在桌边固定斜槽碰撞实验器(即斜槽轨道),调整轨道末端成水平,并调整支柱高度,使两球碰撞时,两球心在同一高度;调整支柱的方向,使两球碰撞后运动方向与一个球运动时的方向在同一直线上。
C.把白纸铺在地面上,在白纸上记下重锤所指位置O,在白纸上铺好复写纸。
D.任取一球a,让其多次从斜槽轨道上同一高度处滚下,在纸上找出平均落点,记为P。
E.将另一球b放在支柱上,再让a球多次从斜槽上同一位置滚下,找出两球正碰后在纸上的平均落点,记为M和N。
F.用米尺量出平均落点P、M、N到O点的距离OP、OM、ON。
这个学生的实验步骤中的错误和遗漏之处是:
(1)______________________________________
(2)______________________________________