高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册4 实验：验证动量守恒定律课堂教学ppt课件

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重难探究·能力素养全提升
探究点一　滑块—斜(曲)面模型
滑块—斜(曲)面模型的特点
【例题1】 (多选)(2024浙江杭州一中高二期末)质量为m的带有 光滑圆弧轨道的小车静置于光滑水平面上,如图所示,一质量也为m的小球以速度v0水平冲上小车,到达某一高度后,小球又返回小车的左端,重力加速度为g,则(　　)A.小球以后将向左做平抛运动B.小球将做自由落体运动
对点演练1.(2024山东潍坊高二期末)如图所示,有一质量为m的小球,以速度v0滑上静置于光滑水平面上的光滑圆弧轨道。已知圆弧轨道的质量为2m,小球在上升过程中始终未能冲出圆弧,重力加速度为g,求:(1)小球在圆弧轨道上能上升的最大高度(用v0、g表示);(2)小球离开圆弧轨道时的速度大小。
解析 (1)小球在圆弧轨道上上升到最高处时两物体速度相同,系统在水平方向上动量守恒,规定v0的方向为正方向,有mv0=3mv
探究点二　滑块—弹簧模型
滑块—弹簧模型的特点
【例题2】 (2024浙江宁波一中高三期末)两物块A、B用轻弹簧相连,质量均为2 kg,初始时弹簧处于原长,A、B两物块都以v=6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动,质量为4 kg的物块C静止在前方,如图所示。B与C碰撞后二者会粘在一起运动。则在以后的运动中:(1)当弹簧的弹性势能最大时,物块A的速度为多大?(2)系统中弹性势能的最大值是多少?
解析 (1)当A、B、C三者的速度相等时弹簧的弹性势能最大由A、B、C三者组成的系统动量守恒,有(mA+mB)v=(mA+mB+mC)vABC
(2)B、C碰撞过程B、C组成的系统动量守恒设碰后瞬间B、C两者速度为vBC
答案 (1)3 m/s　(2)12 J
教你破题光滑的水平地面↓系统动量守恒↓B与C碰撞后二者会粘在一起运动↓B、C碰撞过程B、C组成的系统动量守恒,A的速度不变↓弹簧的弹性势能最大时出现在弹簧最短或最长时↓应用动量守恒定律列方程
方法技巧　弹簧类模型的三点注意(1)对于弹簧类问题,在作用过程中,系统所受合外力为零,满足动量守恒。(2)整个过程涉及弹性势能、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)弹簧压缩至最短时,弹簧连接的两物体速度相等,此时弹簧弹性势能最大。
对点演练2.(2024山东临沂高二期末)如图所示,两滑块A、B位于光滑水平面上,已知A的质量mA=2 kg,B的质量mB=3 kg。滑块B的左端连有轻质弹簧,弹簧开始处于自由伸长状态。现使滑块A以v0=5 m/s的速度水平向右运动,通过弹簧与静止的滑块B相互作用(整个过程弹簧没有超过弹性限度),直至分开。求:(1)两滑块通过弹簧相互作用过程中弹簧的最大弹性势能;(2)滑块B的最大动能;(3)滑块A的动能最小时,弹簧的弹性势能。
解析 (1)当弹簧压缩到最短时,弹簧的弹性势能最大,此时滑块A和B的速度相同。选取水平向右为正方向,根据动量守恒定律有mAv0=(mA+mB)v,解得v=2 m/s根据机械能守恒定律知,弹簧的最大弹性势能等于滑块A、B损失的动能,即解得Ep=15 J。
(2)当A、B分离时,滑块B的速度最大,由动量守恒定律和能量守恒定律得mAv0=mAvA+mBvB
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1.[滑块—斜(曲)面模型)](多选)(2024天津高三期末)如图所示,弹簧的一端固定在竖直墙上,质量为m的光滑弧形槽静止在光滑水平面上,底部与水平面平滑连接,一个质量也为m的小球从槽上高h处由静止开始自由下滑(　)A.在下滑过程中,小球对槽的作用力做正功B.在下滑过程中,小球和槽组成的系统动量守恒C.被弹簧反弹后,小球和槽都做速率不变的直线运动D.被弹簧反弹后,小球能回到槽上高h处
解析 在下滑过程中,槽要向左运动,动能增加,小球和槽之间的相互作用力与槽的速度不垂直,所以对槽做正功,A正确;小球在下滑过程中,小球与槽组成的系统水平方向不受力,只有水平方向动量守恒,B错误;小球与槽组成的系统水平方向动量守恒,小球与槽的质量相等,小球沿槽下滑,小球与槽分离后,小球与槽的速度大小相等,小球被反弹后球与槽的速度相等,小球不能滑到槽上,不能达到高度h处,都做匀速直线运动,C正确,D错误。
2.[滑块—斜(曲)面模型)](2024重庆模拟)如图所示,在足够大的光滑水平面上停放着装有光滑弧形槽的小车,弧形槽的底端切线水平,一小球以大小为v0的水平速度从小车弧形槽的底端沿弧形槽上滑,恰好不从弧形槽的顶端离开。小车与小球的质量分别为2m、m,重力加速度大小为g,不计空气阻力,以弧形槽底端所在的水平面为参考平面。下列说法正确的是(　　)A.小球的最大重力势能为B.小球离开小车后,小球做自由落体运动C.在小球沿弧形槽滑行的过程中,小车对小球做的功为0D.在小球沿弧形槽滑行的过程中,合力对小车的冲量大小为 mv0
3.[滑块—斜(曲)面模型)](2024江西南昌一中高三月考)如图所示,光滑水平面上有质量为m'=4 kg的静止滑块(未固定),滑块的左侧是一光滑的 圆弧,圆弧半径R=1 m;一质量为m=1 kg的小球以速度v0向右运动冲上滑块,且刚好没跃出圆弧的上端。重力加速度g取10 m/s2。(1)求小球的初速度v0。(2)试分析滑块什么时候速度达到最大,最大速度是多少?
解析 (1)当小球上升到滑块上端时,小球与滑块水平方向速度相同,设为v1,根据水平方向动量守恒有mv0=(m+m')v1解得v0=5 m/s。
(2)小球沿圆弧向上运动到最高点的过程中小球对滑块的压力做正功,滑块加速,小球到达最高点后又滑回,小球对滑块的压力还做正功,滑块又做加速运动,当小球离开滑块后滑块速度最大,研究小球从开始冲上滑块一直到离开滑块的过程,根据动量守恒和能量守恒有mv0=mv2+m'v3解得v3=2 m/s。答案 (1)5 m/s　(2)小球离开滑块后滑块速度最大,2 m/s
4.(滑块—弹簧模型)(2024山东枣庄一中高三月考)如图所示,两根光滑且平行的固定水平杆位于同一竖直平面内,质量分别为m1、m2的两静止小球A、B分别穿在两杆上,两球间连接一竖直轻弹簧,弹簧处于原长状态。现给小球B一个水平向右的初速度v0,两杆足够长,则在此后的运动过程中(　　)A.A、B两球组成的系统动量不守恒B.A、B两球组成的系统机械能守恒
解析 A、B两球组成的系统受合外力为零,则系统的动量守恒,选项A错误;A、B两球及弹簧组成的系统机械能守恒,选项B错误;弹簧最长时,两球共速,
5.(滑块—弹簧模型)(2024河南安阳一中高三月考)如图所示,位于光滑水平桌面上的小滑块P和Q都可视作质点,质量分别为2m和m。Q与轻质弹簧相连(弹簧处于原长)。设开始时P和Q分别以2v和v的初速度向右匀速运动,当小滑块P追上小滑块Q与弹簧发生相互作用,在以后的运动过程中,求:(1)弹簧具有的最大弹性势能;(2)小滑块Q的最大速度。
解析 (1)P、Q通过弹簧发生碰撞,当两滑块速度相等时,弹簧压缩到最短,弹性势能最大,设此时共同速度为v'对P、Q(包括弹簧)组成的系统,由动量守恒定律有2m×2v+mv=(2m+m)v'