动量与机械能易错分析

来源 :高中生学习·高三理综版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ppp9904140
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  一般物理压轴题都是结合动量与机械能的综合性问题,考查机械能守恒、动量守恒、能量转化与守恒等多个知识点,运用守恒定律时要根据不同的条件与情景,选择合适的理论依据. 此类综合题因涉及物体多,过程复杂,难度大,同学们比较容易出错.
   [ 概念不清楚]
  例1 下列说法正确的是( )
  A.合外力对质点做的功为零,则质点的动能、动量都不变
  B.合外力对质点的冲量不为零,则质点动量必将改变,动能也一定变
  C.某质点受到合力不为零,其动量、动能都改变
  D.某质点的动量、动能都改变,它所受到的合外力一定不为零.
  错解 错解一,因为合外力对质点做功为零,据功能定理,有[△EA=0],因为动能不变,所以速度[v]不变,由此可知动量不变. 故A项正确.
  错解二,由于合外力对质点施的冲量不为零,则质点动量必将改变,[v]改变,动能也就改变. 故B项正确.
  错析 形成上述错解的主要原因是对速度和动量的矢量性不理解. 对矢量的变化也就出现理解上的偏差. 矢量发生变化时,可以是大小改变,也可能是大小不改变,而方向改变,这时变化量都不为零. 而动能则不同,动能是标量,变化就一定是大小改变. 所以[△Ek=0]只能说明大小改变. 而动量变化量不为零,则有可能是大小改变,也有可能是方向改变.
  解析 因为合外力做功为零,据动能定理有[△Ek=0],动能没有变化,说明速率无变化,但不能确定速度方向是否变化,也就不能推断出动量的变化量是否为零. 故A项错. 合外力对质点的冲量不为零,根据动量定理知动量一定变,这既可以是速度大小改变,也可能是速度方向改变. 若是速度方向改变,则动能不变. 故B项错. 同理C选项中合外力不为零,即是动量发生变化,但动能不一定改变,C选项错. D选项中动量、动能改变,根据动量定量,冲量一定不为零,即合外力不为零. 故D选项正确. 选D项.
  点拨 对于全盘肯定或否定的判断,要有充分的论据,只要找出一反例即可.
   [ 条件不明晰]
  例2 如图1所示,木块[B]与水平桌面间的接触是光滑的,子弹[A]沿水平方向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短. 现将子弹、木块和弹簧合在一起作研究对象,则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩到最短的过程中( )
  A.动量守恒,机械能守恒
  B.动量不守恒,机械能不守恒
  C.动量守恒,机械能不守恒
  D.动量不守恒,机械能守恒
  图1
  错解 以子弹、木块和弹簧为研究对象. 因为系统处在光滑水平桌面上,所以系统水平方向不受外力,系统水平方向动量守恒. 又因系统只有弹力做功,系统机械能守恒. 故A项正确.
  错析 错解原因有两个,一是思维定势,一见光滑面就认为不受外力. 二是规律适用条件不清.
  解析 以子弹、弹簧、木块为研究对象,分析受力. 在水平方向,弹簧被压缩是因为受到外力,所以系统水平方向动量不守恒. 由于子弹射入木块过程,发生剧烈的摩擦,有摩擦力做功,系统机械能减少,也不守恒,故B项正确. 选B项.
  例3 如图2所示,质量为[M]的木块放在光滑水平面上,现有一质量为[m]的子弹以速度[v0]射入木块中. 设子弹在木块中所受阻力不变,大小为[f],且子弹未射穿木块. 若子弹射入木块的深度为[D],则木块向前移动距离是多少?系统损失的机械能是多少?
  图2
  错解 以木块和子弹组成的系统为研究对象. 系统沿水平方向不受外力,所以沿水平方向动量守恒. 设子弹和木块共同速度为[v]. 据动量守恒定律,有
  [mv0=(M+m)v]
  解得[v=mv0(M+m)]
  子弹射入木块过程中,摩擦力对子弹做负功,有
  [-f?D=12mv2-12mv02]
  摩擦力对木块做正功
  [f?s=12Mv2]
  由以上两式解得[s=DM+2m]
  系统损失的机械能即为子弹损失的功能
  [ΔEk=12mv02-12mv2=12mv02-12m(mv0M+m)2]
  [=12mv02[1-m2(M+m)2]][=Mmv02(2m+M)2(M+m)2]
  错析 错解之一是对摩擦力对子弹做功的位移确定错误. 子弹对地的位移并不是[D],[D]打入深度是相对位移. 而求解功中的位移都要用对地位移. 错解之二是对物理过程中能量的转换不清楚. 子弹打入木块过程中,子弹动能减少并不等于系统机械能减少量. 因为子弹减少的功能有一部分转移为木块的动能,有一部转化为焦耳热.
  解析 以子弹、木块组成系统为研究对象. 画出运算草图,如图3所示.
  图3
  系统水平方向不受外力,故水平方向动量守恒. 设[v0]方向为正,据动量守恒定律,有
  [mv0=(M+m)v]
  得[v=mM+mv0]
  子弹打入木块到与木块有相同速度过程中摩擦力做功,有
  对子弹[-f?s子=12mv2-12mv02] ①
  对木块[fs木=12Mv2] ②
  由运动草图可[s木=s子-D] ③
  由式①②③解得[s木=mDM+m]
  ①+②有[12(M+m)v2-12mv02=-f(s子-s木)]
  即[12(M+m)v2-12mv02=-fD]   即[fD=12mv02-12(M+m)v2]
  则[ΔEk=12mv02-12(M+m)?m2v02(M+m)2]
  [ =12mv02M+m-1M+m=m(M+m-1)2(M+m)v02]
  点拨 子弹和木块相互作用过程中,子弹的速度由[v0]减为[v],同时木块的速度由0增加到[v]. 对于这样的一个过程,因为其间的相互作用力为恒力,可以从牛顿运动定律(即[f]使子弹和木块产生加速度,使它们速度发生变化)、能量观点、或动量观点三个不同的思路进行研究和分析. 类似的问题都可以采用这样的思路.
   [ 过程不清晰]
  例4 质量为[m]的钢板与直立轻弹簧的上端连接,弹簧下端固定在地上. 平衡时,弹簧的压缩量为[x0],如图4所示. 物块从钢板正对距离为[3x0]的[A]处自由落下,打在钢板上并立刻与钢板一起向下运动,但不粘连,它们到达最低点后又向上运动. 已知物体质量也为m时,它们恰能回到O点,若物块质量为[2m],仍从A处自由落下,则物块与钢板回到O点时,还具有向上的速度,求物块向上运动到最高点与O点的距离.
  图4
  错解 物块m从A处自由落下,则机械能守恒
  设钢板初位置重力势能为0,有
  [mg?3x0=12mv02]
  之后物块与钢板一起以[v0]向下运动,然后返回[O]点,此时速度为0,运动过程中因为只有重力和弹簧弹力做功,故机械能守恒,有
  [Ep+12(2m)v02=2mgx0]
  [m]的物块仍从[A]处落下到钢板初位置应有相同的速度[v0],与钢板一起向下运动又返回机械能也守恒. 返回到[O]点速度不为零,设为[v],有
  [Ep′+12(3m)v02=3mgx0+12(3m)v2]
  因为[m]物块与[2m]物块在与钢板接触时,弹性势能之比[Ep∶Ep′=1∶1]
  [2m]的物块与钢板一起过[O]点时,弹簧弹力为0,两者有相同的加速度[g]. 之后,钢板由于被弹簧牵制,则加速度大于[g],两者分离,物块从此位置以[v]为初速竖直上抛上升距离
  [h=v22g]
  联立以上几式,解得[h=23x0].
  错析 错解中由于没有考虑物块与钢板碰撞之后速度改变这一过程,而导致错误. 另外在分析物块与钢板接触位置处,弹簧的弹性势能时,也有相当多的同学出错,两个错误都出时,会发现无解. 这样有些同学就返回用两次势能相等的结果,但并未清楚相等的含义.
  解析 物块从[3x0]位置自由落下,系统机械能守恒. 有
  [mg?3x0=12mv02]
  [v0]为物块与钢板碰撞时的的速度. 因为碰撞极短,内力远大于外力,钢板与物块间动量守恒. 设[v1]为两者碰撞后共同速度,有
  [mv0=2mv1]
  两者以[v1]向下运动恰返回[O]点,说明此位置速度为零. 运动过程中机械能守恒. 设接触位置弹性势能为[Ep],有
  [Ep+12(2m)v12=2mgx0]
  同理[2m]物块与[m]物块有相同的物理过程,碰撞中动量守恒,有[2mv0=3mv2]
  所不同的是物块与钢板碰撞返回[O]点速度不为零,设为[v],有
  [Ep′+12(3m)v22=3mgx0+12(3m)v2]
  因为两次碰撞时间极短,弹性形变未发生变化
  [Ep=Ep]
  由于[2m]物块与钢板过[O]点时弹力为零. 两者加速度相同为[g],之后钢板被弹簧牵制,则其加速度大于[g],所以与物块分离,物块以[v]竖直上抛
  据运动学公式[vt2-v02=2as],有[0-v2=-2gh]
  联立以上几式,解得[h=v22g],得到[h=x02]
  点拨 本题是一个多运动过程的问题. 关键是分清楚每一个过程,建立过程中的物理模型,找到相应解决问题的规律. 弹簧类问题,画好位置草图至关重要.
其他文献
湖北省暨武汉市物理学会于1985年24日、25日两天在武汉大学举行第五届学术年会和纪念伟大的物理学家尼尔斯·玻尔诞辰一百周年大会。王治梁理事长主持大会,武汉大学校长刘道
在我国面临新技术革命挑战的形势下,迎来了《凿岩机械与风动工具》杂志创刊十周年。首先我以创刊者之一的身份,借《杂志》编辑部开辟的这个纪念专栏,向对我们办刊工作给予亲
早在20世纪70年代,为有效对抗先进战机的威胁,空中防御对导弹射程和精度的需求越发明显,因此,世界各国均将注意力集中在研发舰空导弹方面,以便对抗快速飞行的空中目标。1 RAM
《群言》杂志于今年4月创刊以后,杂志社于4月20日在北京举行了一次招待会,邀请各界知名人士二百多人到会。会上,杂志负责人对各界的支持与帮助表示了衷心感谢,并诚恳地征求关
《凿岩机械与风动工具》杂志面世整整十年了。十年中,它在凿岩机械与气动工具方面架起了一座知识之桥。这是一座特殊结构的桥,十年来,这座桥不断地扩展、不断地向四面八方延
由中国电子器件工业总公司和中国电子器件质量管理协会联合创办,上海市半导体器件工业公司负责编辑、出版、发行的《中国电子器件》予定今年七月出第一期书刊。该刊着重登载
一、书写1、文稿需用钢笔或毛笔在有间行的方格稿纸上单面横写,每字一格,标点符号也在格子中。抄稿时勿用铅笔(包括彩色铅笔)和元珠笔。2、字迹要求清晰、端正,请勿潦草。如
据《Jane’s Missiles&Rockets》2013年10月3日报道,MBDA公司正与UTC宇航系统公司联手为多个计划研制轻型紧凑惯性测量装置(IMU)。近年来,战术导弹的IMU采用了包括光纤陀螺在
《大麦通讯》自1984年12月创刊以来,已试刊两期,发行到国内二十六个省、市、区,深受广大读者和同行的欢迎,一般评价较好。为了进一步办好本刊,于1985年6月初,按期刊出版管理
目的探讨脑静脉窦血栓形成合并蛛网膜下腔出血的临床症状、影像学表现和抗凝治疗的方法。方法报道1例脑静脉窦血栓形成合并蛛网膜下腔出血患者,结合复习国内外文献对脑静脉窦