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文檔簡介

0201目錄CONTENTS0304碰撞模型碰撞模型拓展

子彈木塊模型木塊木板模型2026屆高考物理沖刺復習碰撞模型及拓展主題一、碰撞模型1.碰撞:碰撞是指物體間的相互作用持續(xù)時間很短,而物體間相互作用力很大的現(xiàn)象。2.特點:在碰撞現(xiàn)象中,一般都滿足內力

外力,可認為相互碰撞的物體組成的系統(tǒng)動量守恒。一、碰撞模型遠大于3.分類:動量是否守恒機械能是否守恒彈性碰撞守恒_____非彈性碰撞_____有損失完全非彈性碰撞守恒損失_____守恒守恒最大一、碰撞模型①完全非彈性碰撞3.分類:12v1v212v共并聯(lián)質量相對速度m1v1+m2v2=(m1+m2)v共得:v共=E損=光滑水平面

一、碰撞模型①完全非彈性碰撞3.分類:并聯(lián)質量相對速度m1v1+m2v2=(m1+m2)v共得:v共=E損=

12v1v212v共E損=

注意:結果要考慮v1、v2方向

一、碰撞模型②彈性碰撞3.分類:12v1v212v1/v2/12m1v1+m2v2=m1v1/+m2v2/得v1/=得v2/=v共

v1-v共=v共-v1/v2-v共=v2/-v共v1/=2v共-v1v2/=2v共-v2一、碰撞模型②彈性碰撞3.分類:m1v1+m2v2=m1v1/+m2v2/得v1/=得v2/=

注意①結果要考慮v1、v2方向12v1v212v1/v2/12v共v2/=

一、碰撞模型②彈性碰撞3.分類:得v1/=得v2/=

注意①結果要考慮v1、v2方向1v12v212v1/v2/12v共②v2/-v1/=v1-v2,即彈碰兩球分離速度等于接近速度③若兩球質量相等,碰后交換速度。非彈碰分離速度小于接近速度,完非彈不分離。④若m1>>m2,且v2=0,則v1/≈v1,v2/≈2v1一、碰撞模型②彈性碰撞3.分類:得v1/=得v2/=

注意①結果要考慮v1、v2方向②v2/-v1/=v1-v2,即彈碰兩球分離速度等于接近速度③若兩球質量相等,碰后交換速度。④若m1>>m2,且v2=0,則v1/≈v1,v2/≈2v1⑤若m1<<m2,且v2=0,則v1/≈-v1,v2/≈01v12v212v1/v2/12v共思考討論:質量為m、速度為v0的A球跟質量為3m、靜止的B球發(fā)生正碰。碰撞可能是彈性的,也可能是非彈性的,因此,碰撞后B球的速度可能有不同的值。那么碰撞后B球的速度可能是以下值嗎?(1)0.6v0;(2)0.4v0。一、碰撞模型當發(fā)生完全非彈性碰撞v共=

當發(fā)生彈性碰撞時vB/=

所以B球的速度不可能是0.6v0,可能是0.4v0【典例1】質量相等的A、B兩球在光滑水平面上沿同一直線、同一方向運動,A球的速度為6m/s,B球的速度為2m/s,當A球追上B球時發(fā)生碰撞,則碰撞后A、B兩球速度可能為()A.1m/s

6m/s

B.4.5m/s

3.5m/sC.3.5m/s

4.5m/s

D.-1m/s

9m/sC一、碰撞模型若完非彈:m×6+m×2=(m+m)v共得:v共=若為彈性:vB′=vA′=≤vA′≤≤vB′≤4m/s

=2m/s

=6m/s4m/s6m/s2m/s4m/s4.碰撞問題遵守的三條原則

①動量守恒:p1+p2=p1'+p2'。②動能不增加:Ek1+Ek2≥Ek1'+Ek2'。③速度要符合實際情況(1)碰前兩物體同向運動,若要發(fā)生碰撞,則應有v后>v前,碰后原來在前的物體速度一定增大,若碰后兩物體同向運動,則有v前'≥v后'。(2)碰前兩物體相向運動,碰后兩物體的運動方向至少有一個改變。一、碰撞模型注意:利用三原則解決可能的碰撞結果問題,每個選項試三遍,計算量較大?!镜淅?】如圖,質量為m甲=1/3kg的小物塊甲向右與靜止在水平地面上A點、質量為m乙=1kg的小物塊乙發(fā)生彈性正碰,碰前瞬間甲的速度大小v0=4.8m/s。碰后乙在AB間運動一段距離后與靜止在B點、質量為m丙=1kg的小物塊丙發(fā)生正碰,乙在此碰撞前、后瞬間的速度大小之比為3∶1,碰后丙滑動d=0.04m后停止運動。乙、丙與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.2,所有碰撞時間極短,g取10m/s2。求:(1)甲與乙碰撞后瞬間乙的速度大?。?2)乙、丙碰撞過程損失的機械能。一、碰撞模型解(1)m甲v0=m甲v甲+m乙v乙

=2.4m/s【典例2】如圖,質量為m甲=1/3kg的小物塊甲向右與靜止在水平地面上A點、質量為m乙=1kg的小物塊乙發(fā)生彈性正碰,碰前瞬間甲的速度大小v0=4.8m/s。碰后乙在AB間運動一段距離后與靜止在B點、質量為m丙=1kg的小物塊丙發(fā)生正碰,乙在此碰撞前、后瞬間的速度大小之比為3∶1,碰后丙滑動d=0.04m后停止運動。乙、丙與地面間的動摩擦因數(shù)均為μ=0.2,所有碰撞時間極短,g取10m/s2。求:(1)甲與乙碰撞后瞬間乙的速度大小;(2)乙、丙碰撞過程損失的機械能。一、碰撞模型(2)

得v丙=0.4m/sm乙v乙1=m乙v乙2+m丙v丙得v乙1=0.6m/s,v乙2=0.2m/sv乙1:v乙2=3:1

=0.08J【典例3】如圖所示,可視為質點的彈性小球A、B在同一豎直線上且間距l(xiāng)=2.4m,小球B距地面的高度h=1.8m,兩小球在外力的作用下處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)同時由靜止釋放小球A、B,小球B與地面發(fā)生碰撞后反彈,之后小球A與B發(fā)生碰撞。已知小球A的質量mA=0.1kg,小球B的質量mB=0.5kg,重力加速度大小g取10m/s2,所有的碰撞均無機械能損失,不計碰撞時間。求:(1)小球B第一次著地時小球A的速度大小vA;(2)小球A、B第一次相碰時離地高度H;(3)小球A、B第一次相碰后瞬間小球A的速度大小。一、碰撞模型解(1)

得vA=vB=6m/s(2)

=l

(球B著地后,相對球A做勻速直線運動)

得H=1m(3)vA1=vA+gtvB1==8m/svB-gt=4m/s【典例3】如圖所示,可視為質點的彈性小球A、B在同一豎直線上且間距l(xiāng)=2.4m,小球B距地面的高度h=1.8m,兩小球在外力的作用下處于靜止狀態(tài)。現(xiàn)同時由靜止釋放小球A、B,小球B與地面發(fā)生碰撞后反彈,之后小球A與B發(fā)生碰撞。已知小球A的質量mA=0.1kg,小球B的質量mB=0.5kg,重力加速度大小g取10m/s2,所有的碰撞均無機械能損失,不計碰撞時間。求:(1)小球B第一次著地時小球A的速度大小vA;(2)小球A、B第一次相碰時離地高度H;(3)小球A、B第一次相碰后瞬間小球A的速度大小。一、碰撞模型(3)兩小球碰撞時動量守恒和機械能守恒,取豎直向下為正方向mAvA1+mB(-vB1)=mAvA2+mBvB2

vA1=vA+gtvB1==8m/svB-gt=4m/s得vA2=

=-12m/svB2=

=0

主題二、碰撞模型拓展二、碰撞模型拓展12v1v212v共m1v1+m2v2=(m1+m2)v共

ΔE=

1.滑塊—斜(曲)面模型:HmmMV0V共mgHm=

二、碰撞模型拓展1.滑塊—斜(曲)面模型:HmmMV0V共mgHm=

VMVmv1v212v共12v1/1v2/2Vm=VM=

①升最高點等同于完非彈碰撞②滑回底端等同于彈碰撞二、碰撞模型拓展1.滑塊—斜(曲)面模型:HmmMV0V共VMVm①升最高點等同于完非彈碰撞②滑回底端等同于彈碰撞V0m2m1V2V1V0HV共V共V1V2二、碰撞模型拓展2.滑塊—彈簧模型:ABv0ABv共EPm=

ABvAvB①壓縮最短或拉伸最長等同于完非彈②滑回原長等同于彈碰撞VA=VB=

v共vAvB二、碰撞模型拓展3.滑塊—木板模型mv0+0=(m+M)v共

Q=Q=

MmV0V共MV0mV共=FfΔS2.滑塊—彈簧模型:1.滑塊—斜(曲)面模型:①升最高點等同于完非彈碰撞②滑回底端等同于彈碰撞①壓縮最短或拉伸最長等同于完非彈②滑回原長等同于彈碰撞4.子彈—木塊模型①共速后等同于完非彈②滑離或穿過等同于非彈機械能不守恒【典例4】如圖,光滑冰面上靜止放置一表面光滑的斜面體,斜面體右側一個蹲在滑板上的小孩和其面前的冰塊均靜止于冰面上。某時刻小孩將冰塊以相對冰面3m/s的速度向斜面體推出,冰塊平滑地滑上斜面體,在斜面體上上升的最大高度為h=0.3m(h小于斜面體的高度)。已知小孩與滑板的總質量為m1=30kg,冰塊的質量為m2=10kg,小孩與滑板始終無相對運動。重力加速度的大小g取10m/s2。(1)求斜面體的質量;(2)通過計算判斷,冰塊與斜面體分離后能否追上小孩?二、碰撞模型拓展解(1)m2v0=(m2+m3)v

得:m3=20kg(2)小孩與冰塊m1v1+m2v0=0得v1=-1m/s冰塊與斜面m2v0=m2v2+m3v3

得v2=-1m/s不能追上小孩【典例5】如圖所示,質量為M=2.0kg,半徑R=0.3m的四分之一光滑圓弧槽靜置于光滑水平地面上,有兩個大小、形狀相同的可視為質點的光滑小球A、B質量分別為m1、m2,m1=1.0kg,m2=2.0kg,B右側與球心等高處連接一水平輕質彈簧,彈簧的另一端距圓弧槽底有一定距離?,F(xiàn)將A從圓弧槽頂端由靜止釋放,重力加速度g取10m/s2,求:(1)若圓弧槽固定不動,小球A滑離圓弧槽時的速度大小v0;(2)若圓弧槽不固定,小球A滑離圓弧槽時的速度大小v1;(3)圓弧槽不固定的情況下彈簧壓縮過程中的最大彈性勢能;二、碰撞模型拓展解(1)

(2)0=m1v1+Mv2

得v1=2m/s,

v2=-1m/s(3)m1v1=(m1+m2)v

【典例5】如圖所示,質量為M=2.0kg,半徑R=0.3m的四分之一光滑圓弧槽靜置于光滑水平地面上,有兩個大小、形狀相同的可視為質點的光滑小球A、B質量分別為m1、m2,m1=1.0kg,m2=2.0kg,B右側與球心等高處連接一水平輕質彈簧,彈簧的另一端距圓弧槽底有一定距離?,F(xiàn)將A從圓弧槽頂端由靜止釋放,重力加速度g取10m/s2,求:(4)判斷小球A與彈簧分離后,能否追上圓弧槽,若能,求小球A上升的最大高度。二、碰撞模型拓展(4)m1v1=m1v1'+m2v3

v2=-1m/s故小球A追不上圓弧槽?!镜淅?】如圖甲所示,一輕質彈簧的兩端分別與質量是m1、m2的A、B兩物塊相連,它們靜止在光滑水平面上,現(xiàn)使A瞬時獲得水平向右的速度v=3m/s并從此時刻開始計時,兩物塊的速度隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,已知m1=2kg,下列說法正確的是()A.物塊B的質量為3kgB.彈簧的最大彈性勢能為4.5JC.t2時刻A、B的動能之比為Ek1∶Ek2=1∶4D.從t3到t4時刻彈簧由伸長狀態(tài)恢復到原長D二、碰撞模型拓展主題三、彈塊模型中的能量問題1.模型圖示三、彈塊模型中的能量問題x子x塊Δx思考1:三個位移大小有什么關系?Δx=x子-x塊思考2:能否判斷出,相對位移Δx和木塊的位移哪個大?Δx>x塊vtx塊Δxx子>思考3:子彈如果穿出了木塊,Δx和x塊哪個大?vtx塊ΔxΔx>x塊x子>1.模型圖示三、彈塊模型中的能量問題2.模型特點(1)子彈水平打進木塊的過程中,系統(tǒng)的動量守恒。(2)系統(tǒng)的機械能有損失。

(完全非彈性碰撞)(非彈性碰撞)【典例7】

如圖所示,在光滑的水平桌面上靜止放置一個質量為980g的長方形勻質木塊,現(xiàn)有一質量為20g的子彈以大小為300m/s的水平速度沿木塊的中心軸線射向木塊,最終留在木塊中沒有射出,和木塊一起以共同的速度運動。已知木塊沿子彈運動方向的長度為10cm,子彈打進木塊的深度為6cm。設木塊對子彈的阻力保持不變。(1)求子彈和木塊的共同速度以及它們在此過程中所產生的內能。(2)若子彈是以大小為400m/s的水平速度從同一方向水平射向該木塊,則在射中木塊后能否射穿該木塊?三、彈塊模型中的能量問題解(1)mv0=(M+m)v共得v共=6m/s

=882Jmv0'=(M+m)v共'(2)得v共'=8m/s

Q'=F阻x相'Q=F阻x相=1568J

x相'>10cm,所以子彈能射穿木塊。【典例8】若一子彈能射出木塊,則:(1)當子彈射入的速度增大時,下列說法正確的是

。

A.木塊最終獲得的動能變大B.子彈損失的動能變大C.子彈穿過木塊的時間變短D.木塊在被擊穿過程中的位移變小CD三、彈塊模型中的能量問題(2)在木塊固定和不固定的兩種情況下,以下說法正確的是

A.若木塊固定,則子彈對木塊的摩擦力的沖量為零B.若木塊不固定,則子彈減小的動能等于木塊增加的動能C.不論木塊是否固定,兩種情況下木塊對子彈的摩擦力的沖量大小相等D.不論木塊是否固定,兩種情況下子彈與木塊間因摩擦產生的熱量相等D主題四、板塊模型中的能量問題四、板塊模型中的能量問題1.模型圖示2.模型特點(1)系統(tǒng)的動量守恒,但機械能不守恒,摩擦力與兩者相對位移的乘積等于系統(tǒng)減少的機械能。(2)若滑塊未從木板上滑下,當兩者速度相同時,木板速度最大,相對位移最大。3.求解方法(1)求速度:根據(jù)動量守恒定律求解,研究對象為一個系統(tǒng);(2)求時間:根據(jù)動量定理求解,研究對象為一個物體;(3)求系統(tǒng)產生的內能或相對位移:根據(jù)能量守恒定律Q=FfΔx或Q=E初-E末,研究對象為一個系統(tǒng)。Δx=xm-xMΔx>xMxm>MMV共【典例9】質量m1=0.3kg的小車靜止在光滑的水平面上,車長L=1.5m,現(xiàn)有一質量為m2=0.2kg、可視為質點的物塊,以水平向右的速度v0=2m/s從左端滑上小車,如圖所示,最后在小車上某處與小車保持相對靜止,物塊與小車間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,g取10m/s2,求:(1)物塊與小車的共同速度大??;(2)從開始到共速,物塊運動的位移大小x1;(3)從開始到共速,小車運動的位移大小x2;(4)在此過程中系統(tǒng)產生的內能;(5)若物塊不滑離小車,物塊的速度不能超過多少。四、板塊模型中的能量問題解(1)m2v0=(m1+m2)v共得v共=0.8m/s

(2)得x1=0.336m

得x2=0.096m(3)Q=μm2g·(x1-x2)(4)=0.24J【典例10】質量m1=0.3kg的小車靜止在光滑的水平面上,車長L=1.5m,現(xiàn)有一質量為m2=0.2kg、可視為質點的物塊,以水平向右的速度v0=2m/s從左端滑上小車,如圖所示,最后在小車上某處與小車保持相對靜止,物塊與小車間的動摩擦因數(shù)μ=0.5,g取10m/s2,求:(1)物塊與小車的共同速度大??;(2)從開始到共速,物塊運動的位移大小x1;(3)從開始到共速,小車運動的位移大小x2;(4)在此過程中系統(tǒng)產生的內能;(5)若物塊不滑離小車,物塊的速度不能超過多少。四、板塊模型中的能量問題Q=μm2g·(x1-x2)(4)

=0.24J=0.24J(5)m2v0'=(m1+m2)v共'

μm2gL=得v0'=5m/s思考:若增大物塊與小車間的動摩擦因數(shù),則因摩擦產生的內能將

(填“增大”“減小”或“不變”)。

不變【典例11】

(2024·甘肅卷·14)如圖,質量為2kg的小球A(視為質點)在細繩O'P和OP作用下處于平衡狀態(tài),細繩O'P=OP=1.6m,與豎直方向的夾角均為60°。質量為6kg的木板B靜止在光滑水平面上,質量為2kg的物塊C靜止在B的左端。剪斷細繩O'P,小球A開始運動。(重力加速度g取10m/s2)(1)求A運動到最低點時細繩OP所受的拉力。(2)A在最低點時,細繩OP斷裂。A飛出后恰好與C左側碰撞(時間極短)、碰后A豎直下落,C水平向右運動。求碰后C的速度大小。(3)A、C碰后,C相對B滑行4m后與B共速。求C和B之間的動摩擦因數(shù)。四、板塊模型中的能量問題解(1)

得v0=4m/s,F(xiàn)=40N(2)mAv0=0+mCvC得vC=v0=4m/smCvC=(MB+mC)v共(3)

得μ=0.15【練習1】如圖所示,兩質量分別為m1=1kg和m2=4kg的小球在光滑水平面上相向運動,速度大小v1為4m/s、v2為6m/s,發(fā)生碰撞后,系統(tǒng)損失的機械能可能為()A.35J B.45JC.55J D.65JA課堂練習ΔEmax=

=40J

B課堂練習【練習3】如圖所示,一個水平輕彈簧的兩端與質量分別為m1和m2的兩物體甲、乙連接,靜止在光滑的水平面上?,F(xiàn)在使甲瞬間獲得水平向右的速度v0=4m/s,當甲物體的速度減小到1m/s時,彈簧最短。下列說法中正確的是()A.此時乙物體的速度大小為1m/sB.緊接著甲物體將開始做加速運動C.甲、乙兩物體的質量之比m1∶m2=1∶4D.當彈簧由最短恢復原長時,乙物體的速度大小為4m/sA課堂練習【練習4】(多選)碰碰車深受青少年的喜愛,因此大多數(shù)游樂場都設置了碰碰車,如圖所示為兩游客分別駕駛碰碰車進行游戲。在某次碰撞時,紅車靜止在水平面上,黃車以恒定的速度與紅車發(fā)生正碰;已知黃車和紅車連同游客的質量分別為m1、m2,碰后兩車的速度大小分別為v1、v2,假設碰撞的過程沒有機械能損失。則下列說法正確的是()A.若碰后兩車的運動方向相同,則一定有m1>m2B.若碰后黃車反向運動,則碰撞前后黃車的速度大

小之比可能為5∶6C.若碰后黃車反向運動且速度大于紅車,則一定有m2>3m1D.碰后紅車的速度與碰前黃車的速度大小之比可能為3∶1AC課堂練習

>0

若反向,則m1<m2

(m2+m1):(m2-m1)>1

即:m2>3m1

即:m1=-3m2不可能

B課堂練習【練習6】(2023·天津卷·12)已知A、B兩物體mA=2kg,mB=1kg,A物體從h=1.2m處自由下落,且同時B物體從地面豎直上拋,經過t=0.2s相遇碰撞后,兩物體立刻粘在一起運動,已知重力加速度g取10m/s2,求:(1)碰撞時離地高度x;(2)碰后速度v;(3)碰撞損失機械能ΔE。課堂練習解(1)

=1m

(2)得:vB0=6m/svA=gt=2m/svB=vB0-gt=4m/smAvA-mBvB=(mA+mB)v共v共=0(3)

=12J

ABD課堂練習【練習8】(多選)如圖甲所示,物塊A、B的質量分別是mA=4kg和mB=2kg,用水平輕彈簧拴接,放在光滑的水平地面上,物塊B右側與豎直墻相接觸。另有一物塊C在t=0時刻以一定速度向右運動,在t=4s時與物塊A相碰(碰撞時間極短,可忽略不計),并立即與A粘在一起不再分開,物塊C的v-t圖像如圖乙所示,下列說法正確的是()A.物塊B離開墻壁前,彈簧的最大彈性勢能為48JB.4s到12s的時間內,墻壁對物塊B的沖量大小為48N·s,方向向右C.物塊B離開墻壁后,彈簧的最大彈性勢能為10JD.物塊B離開墻壁后,物塊B的最大速度大小為6m/sAD課堂練習mCv0=(mC+mA)v1得mC=2kg

Ep=I彈=(mA+mC)(-v2-v1)=-48N·sI墻=I彈=-48N·s(mA+mC)v2=(mA+mC+mB)v2'

Ep'==12J【練習8】(多選)如圖甲所示,物塊A、B的質量分別是mA=4kg和mB=2kg,用水平輕彈簧拴接,放在光滑的水平地面上,物塊B右側與豎直墻相接觸。另有一物塊C在t=0時刻以一定速度向右運動,在t=4s時與物塊A相碰(碰撞時間極短,可忽略不計),并立即與A粘在一起不再分開,物塊C的v-t圖像如圖乙所示,下列說法正確的是()A.物塊B離開墻壁前,彈簧的最大彈性勢能為48JB.4s到12s的時間內,墻壁對物塊B的沖量大小為48N·s,方向向右C.物塊B離開墻壁后,彈簧的最大彈性勢能為10JD.物塊B離開墻壁后,物塊B的最大速度大小為6m/sAD課堂練習mCv0=(mC+mA)v1得mC=2kg

Ep=(mA+mC)v2=(mA+mC)v3+mBv4

得v4=-6m/s【練習9】(2024·安徽卷·14)如圖所示,一實驗小車靜止在光滑水平面上,其上表面有粗糙水平軌道與光滑四分之一圓弧軌道。圓弧軌道與水平軌道相切于圓弧軌道最低點,一物塊靜止于小車最左端,一小球用不可伸長的輕質細線懸掛于O點正下方,并輕靠在物塊左側?,F(xiàn)將細線拉直到水平位置時,靜止釋放小球,小球運動到最低點時與物塊發(fā)生彈性碰撞。碰撞后,物塊沿小車上的軌道運動,已知細線長L=1.25m。小球質量m=0.20kg。物塊、小車質量均為M=0.30kg。小車上的水平軌道長s=1.0m。圓弧軌道半徑R=0.15m。小球、物塊均可視為質點。不計空氣阻力,重力加速度g取10m/s2。(1)求小球運動到最低點與物塊碰撞前所受拉力的大??;(2)求小球與物塊碰撞后的瞬間,物塊速度的大??;課堂練習解(1)

得:v0=5m/s

得:FT=6N【練習9】(2024·安徽卷·14)如圖所示,一實驗小車靜止在光滑水平面上,其上表面有粗糙水平軌道與光滑四分之一圓弧軌道。圓弧軌道與水平軌道相切于圓弧軌道最低點,一物塊靜止于小車最左端,一小球用不可伸長的輕質細線懸掛于O點正下方,并輕靠在物塊左側?,F(xiàn)將細線拉直到水平位置時,靜止釋放小球,小球運動到最低點時與物塊發(fā)生彈性碰撞。碰撞后,物塊沿小車上的軌道運動,已知細線長L=1.25m。小球質量m=0.20kg。物塊、小車質量均為M=0.30kg。小車上的水平軌道長s=1.0m。圓弧軌道半徑R=0.15m。小球、物塊均可視為質點。不計空氣阻力,重力加速度g取10m/s2。(1)求小球運動到最低點與物塊碰撞前所受拉力的大小;(2)求小球與物塊碰撞后的瞬間,物塊速度的大??;課堂練習(2)mv0=mv1+Mv2

=4m/s【練習9】(2024·安徽卷·14)

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