例談動量守恒定律的運用

■河南省沈丘縣第一高級中學(xué)高二（40）班 馬雯萱

例談動量守恒定律的運用

■河南省沈丘縣第一高級中學(xué)高二（40）班 馬雯萱

隨著2017年高考考綱將高中物理人教版選修3—5調(diào)整為必考內(nèi)容,動量守恒定律就成了同學(xué)們必須直面的問題。

一、運用動量守恒定律需要先做好三個選擇

1.動量守恒定律的適用條件是相互作用的物體系統(tǒng)不受外力,然而在自然環(huán)境中,不受外力的情況是不存在的,因此我們在應(yīng)用動量守恒定律前需要做好守恒條件的近似性選擇。當(dāng)遇到以下三種情況時,可以近似認(rèn)為滿足動量守恒的條件:(1)系統(tǒng)所受合外力為零,即雖然系統(tǒng)受到外力作用,但是所受的合外力為零;(2)系統(tǒng)所受的內(nèi)力遠(yuǎn)大于所受的外力,以至于可以把外力的影響忽略;(3)系統(tǒng)整體并不滿足動量守恒的條件,但是在某一方向上,系統(tǒng)不受外力或者所受外力的合力為零,則系統(tǒng)在這一特定的方向上動量守恒(這體現(xiàn)了動量的矢量性)。

2.選擇滿足動量守恒的系統(tǒng):由多個物體組成的系統(tǒng),有時候應(yīng)用系統(tǒng)動量守恒,有時候應(yīng)用某部分動量守恒,有時候分過程多次應(yīng)用動量守恒,有時候只需抓住初、末狀態(tài)的動量守恒即可,因此我們要善于觀察、分析,正確選取動量守恒的系統(tǒng)。

3.選擇滿足動量守恒的過程:當(dāng)所選系統(tǒng)滿足動量守恒條件時,系統(tǒng)的總動量保持不變,不僅是指系統(tǒng)的初、末兩個狀態(tài)的總動量相等,而且系統(tǒng)在相互作用的整個過程中,每一時刻的總動量都是保持不變的。當(dāng)所選系統(tǒng)的總動量在整個過程中不是每一時刻都是不變的時,只有選取的過程合適,才能使其滿足動量守恒的條件。

二、動量守恒定律在求解碰撞問題時,具有很大的應(yīng)用空間

1.求解碰撞問題,需要把握三個原則:(1)動量守恒原則,(2)機(jī)械能不增加原則,(3)碰撞前后的速度符合物理實際原則。

2.求解碰撞問題,需要靈活運用兩組公式(以兩體為例):(1)動量守恒定律公式,即m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',若碰撞過程為完全非彈性碰撞,則m1v1+m2v2=(m1+m2)v';(2)能量守恒定律公式,即

例題(2016年高考全國Ⅲ卷)如圖1所示,水平地面上有兩個靜止的小物塊a和b,其連線與墻垂直;物塊a和b相距l(xiāng),物塊b與墻之間也相距l(xiāng);物塊a的質(zhì)量為m,物塊b的質(zhì)量為兩物塊與地面間的動摩擦因數(shù)均相同。現(xiàn)使物塊a以初速度v0向右滑動,此后物塊a與b發(fā)生彈性碰撞,但物塊b沒有與墻發(fā)生碰撞。重力加速度大小為g。求物塊與地面間的動摩擦因數(shù)滿足的條件。

圖1

解析:設(shè)兩物塊與地面間的動摩擦因數(shù)為μ,則要使物塊a、b能夠發(fā)生碰撞,應(yīng)有設(shè)在兩物塊發(fā)生彈性碰撞前的瞬間,物塊a的速度大小為v1,則解得v1'=設(shè)在兩物塊碰撞后的瞬間,物塊a、b的速度大小分別為v1'、v2',由動量守恒和能量守恒定律得,解得v2'=要使物塊b不與墻發(fā)生碰撞,則需解得因此滿足題意的條件

(責(zé)任編輯 張 巧)