第十六章微型专题动量和能量的综合应用第2页微型专题动量和能量的综合应用[学习目标]1.进一步熟练掌握动量守恒定律的应用.2.综合应用动量和能量观点解决力学问题.一、滑块—木板模型1.把滑块、木板看做一个整体,摩擦力为内力,在光滑水平面上滑块和木板组成的系统动量守恒.2.由于摩擦生热,机械能转化为内能,系统机械能不守恒,应由能量守恒求解问题.3.注意:若滑块不滑离木板,就意味着二者最终具有共同速度,机械能损失最多.例1如图1所示,B是放在光滑的水平面上质量为3m的一块木板,物块A(可看成质点)质量为m,与木板间的动摩擦因数为μ.最初木板B静止,物块A以水平初速度v0滑上长木板,木板足够长.求:(重力加速度为g)图1(1)木板B的最大速度是多少?(2)木块A从刚开始运动到A、B速度刚好相等的过程中,木块A所发生的位移是多少?(3)若物块A恰好没滑离木板B,则木板至少多第4页L=x1-x2=3v028μg方法二:从A滑上B至达到共同速度的过程中,由能量守恒得:μmgL=12mv02-12(m+3m)v2得:L=3v028μg.二、子弹打木块模型1.子弹打木块的过程很短暂,认为该过程内力远大于外力,则系统动量守恒.2.在子弹打木块过程中摩擦生热,系统机械能不守恒,机械能向内能转化.3.若子弹不穿出木块,二者最后有共同速度,机械能损失最多.例2如图2所示,在水平地面上放置一质量为M的木块,一质量为m的子弹以水平速度v射入木块(未穿出),若木块与地面间的动摩擦因数为μ,求:(重力加速度为g)图2第5页(1)射入的过程中,系统损失的机械能;(2)子弹射入后,木块在地面上前进的距离.答案(1)Mmv22M+m(2)m2v22M+m2μg解析因子弹未射出,故碰撞后子弹与木块的速度相同,而系统损失的机械能为初、末状态系统的动能之差.(1)设子弹射入木块后,二者的共同速度为v′,取子弹的初速度方向为正方向,则由动量守恒得:mv=(M+m)v′①射入过程中系统损失的机械能ΔE=12mv2-12(M+m)v′2②解得:ΔE=Mmv22M+m.(2)子弹射入木块后二者一起沿地面滑行,设滑行第6页的距离为x,由动能定理得:-μ(M+m)gx=0-12(M+m)v′2③由①③两式解得:x=m2v22M+m2μg.子弹打木块模型与滑块—木板模型类似,都是通过系统内的滑动摩擦力相互作用,系统动量守恒.当子弹不穿出木块时,相当于完全非弹性碰撞,机械能损失最多.三、弹簧类模型1.对于弹簧类问题,在作用过程中,若系统合外力为零,则满足动量守恒.2.整个过程往往涉及到多种形式的能的转化,如:弹性势能、动能、内能、重力势能的转化,应用能量守恒定律解决此类问题.3.注意:弹簧压缩最短或弹簧拉伸最长时,弹簧连接的两物体速度相等,此时弹簧弹性势能最大.例3两块质量都是m的木块A和B在光滑水第7页平面上均以速度v02向左匀速运动,中间用一根劲度系数为k的水平轻弹簧连接,如图3所示.现从水平方向迎面射来一颗子弹,质量为m4,速度为v0,子弹射入木块A并留在其中.求:图3(1)在子弹击中木块后的瞬间木块A、B的速度vA和vB的大小.(2)在子弹击中木块后的运动过程中弹簧的最大弹性势能.答案(1)v05v02(2)140mv02解析(1)在子弹打入木块A的瞬间,由于相互作用时间极短,弹簧来不及发生形变,A、B都不受弹簧弹力的作用,故vB=v02;由于此时A不受弹簧的弹力,木块A和子弹构成的系统在这极短过程中所受合外力为零,系统动量守恒,选向左为正方向,由动量守恒定律得:第8页mv02-mv04=(m4+m)vA解得vA=v05(2)由于子弹击中木块A后木块A、木块B运动方向相同且vA