动量守恒

带有1/4光滑圆弧轨道,质量为M的滑车静止置于光滑水平面上,如图所示,一质量也为M的小球以速度v0水平冲上 滑车,到达某一高度后,小球又返回车的左端,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
C.此过程小球对小车做的功为Mv0^2/2
D.小球在弧形槽上升的最大高度为vo^2/2g
答案选BC
但对答案的解释说法不一
有答案列出
M*V0^2 / 2=(2M*V^2 / 2)+MgH (1)
M*V0=2M*V (2)
(注:依此方程确实可以导出答案BC,但对其解释产生了下述分歧)
该解释认为水平分动量守恒得(2),无疑正确。然而对于(1)的解释却是“由于无摩擦做功,机械能守恒”。
另有答案认为“该过程类似于小球与滑车发生弹性碰撞”.而众所周知,完全弹性碰撞无机械能损失,故也能得出(1)。
我们知道,碰撞过程中即使无摩擦,也可能有机械能损失。但为什么前者直接作出机械能守恒的判断、后者直接判断为弹性碰撞呢?其依据是什么?
另外,笔者对系统质心的动量与动能守恒不甚了解,是否可以从这个角度对(1)式做出证明、解释呢?该小球在各个时期的速度可求吗?愿有研究的知友对此做一点详细解答。

如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最重要最普遍的守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子;既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体,它是一个实验规律,也可用牛顿第三定律和动量定理推导出来。
理论数据
  1. 动量是矢量,其方向与速度方向相同,即p=mv.   2. 冲量也是矢量,冲量的方向和作用力的方向相同,I=Ft,F应是恒力。   3. 冲量是描述力的时间积累效果的,I=I=Ft,   4. 动量定理可由牛顿运动定律直接推导出来,因此动量定理和牛顿运动定律是一致的,能用牛顿运动定律解的题目,不少都可用动量定理来解。在有些题目中,用动量定理解题比用牛顿运动定律解题要简便得多。   5. 对于由多个相互作用的质点组成的系统,若系统不受外力或所受外力的矢量和在某力学过程中始终为零,则系统的总动量守恒。可表达为:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'.   6.△P=I(合) 即动量的变化量与合外力的冲量相等。   7.冲量、动量遵循:三角形法则、平行四边形法则、正交分解法则等力的合成、分解法则。   注:动量守恒定律成立的条件性: 具体类型由三: 系统根本不受外力(理想条件);有外力作用但系统所受的合外力为零,或在某个方向上合外力为零(非理想条件);系统所受的外力远比内力小,且作用时间很短如:(爆炸、碰撞、打击等)(近似条件)。追问

我的问题补充才出来

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2012-05-12
关于动量定理与动量守恒定律上面已经说了。以下我就你提出的问题分析一下:
第一个问题:【我们知道,碰撞过程中即使无摩擦,也可能有机械能损失。但为什么前者直接作出机械能守恒的判断、后者直接判断为弹性碰撞呢?其依据是什么?】
【解答】前者根据机械能守恒,指两个物体之间接触面光滑,真个过程中摩擦力不做功,没有转化为内能。后者说是完全弹性碰撞,主要是因为他们之间没粘性。以上两种说法都正确。
哪些碰撞时有能量损失呢?即碰撞两物体之间有粘性,碰撞后可以粘在一起运动,或者前面物体尾部有细针,碰后可以粘在一起。有时虽然没粘在一起,但是碰撞过程中相互也有摩擦,使得两碰撞物体温度升高。这种碰撞能量损失的比较小,一般可以不考虑。

第二个问题:【笔者对系统质心的动量与动能守恒不甚了解,是否可以从这个角度对(1)式做出证明、解释呢?该小球在各个时期的速度可求吗?】
【解答】本题m在斜面上运动时,最后竖直向上的速度为0,水平向右的速度为v,此时M的速度也是v,水平向右。他们相对静止,高度为H(小于R),则由能量守恒E1=E2(最初只有动能1/2*M*V0^2,最末既有动能1/2*(2M*V^2 )又有重力势能MgH )
故1/2*M*V0^2=1/2*(2M*V^2 )+MgH 。
至于在各个时刻的速度无法计算,因为不同时刻的高度h不知道,不过可以列出方程(方法仍然是能量守恒)。
设某时刻m的速度为v1,M的速度为v2,高度为h,则有
1/2*M*V0^2=1/2*M*V1^2+mgh+1/2*M*V2^2,
水平方向动量也守恒:M*V0=M*V1+M*V2
以上是个人观点,同样愿有研究的知友共同探讨,提出意见和建议。追问

我对你所说的粘性很感兴趣,例如两火车厢相撞后接在一起,他们机械能经计算损失了,是什么原因,莫非和楼上所讲“内力做功”有关?

本回答被提问者采纳
第2个回答  2012-05-12
一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律
.动量守恒条件

  1:系统不受外力或受外力的矢量和为零
  2:相互作用的时间极短,相互作用的内力远大于外力,如碰撞或爆炸瞬间,外力可忽略不计,可以看作系统的动量守恒.
  3:系统某一方向上不受外力或受外力的矢量和为零;或外力远小于内力,则该方向上动量守恒(分动量守恒).
  4:在某些实际问题中,一个系统所受外力和不为零,内力也不是远大于外力,但外力在某个方向上的投影为零,那么在该方向上可以说满足动量受恒的条件.追问

看上述题如何,问题补充显示较慢

追答

两火车厢相撞后接在一起,他们机械能经计算损失了!!!!这属于非完全弹性碰撞!!!
机械能转化成了热能!

第3个回答  2012-05-12
这个题目我一眼就看出B是正确的,因为这一类题目都属于碰撞类,虽然中间过程比较复杂,但是结果必然和两个质量相同(一个运动一个静止)的小球的碰撞一样,运动的小球碰后静止,静止的小球碰后运动。所以有B选项,C选项计算可得。
我来解答楼主的几个疑问。
1机械能为什么守恒。
机械能守恒的条件是没有外力做功,没有非保守内力做功,换句话说:只有保守内力做功,这个题目里,无外力是显而易见的,也没有非保守力(我们能够遇到的非保守内力只有摩擦力和磁场力),所以机械能守恒是没有任何疑问的。
2是否弹性碰撞
弹性碰撞的判断就是看是否有能量损失,就是看是否有摩擦力做功转变成热。答案是明显。
3,质心和动量
结论是动量守恒的系统,质心做匀速直线运动,但是在本题里,只有水平方向动量守恒,竖直方向不守恒,而且系统的总动量不为零,质心在运动,用质心来解释反而麻烦
4,从运动学的观点,小球在各个时期的速度均可求,因为起始状态和任何时候的受力都是已知的,那么小球的运动就是清晰的。
如果让我求,我可以求出小球在任意位置处的速度,但是任意时刻的速度求起来要难一些。追问

你说非弹性碰撞的机械能损失变成了热能吗?可是用质心算他们的机械能从来就没变过啊?

追答

哪有非弹性碰撞?我是说明显没有热能产生

追问

我知道没有, 但你说“弹性碰撞的判断就是看是否有能量损失,就是看是否有摩擦力做功转变成热”后半句对吗?弹性碰撞真是靠摩擦来判断的吗?非弹性碰撞不也可以没有摩擦而机械能损失吗?在我看来弹性碰撞不是人为规定出来的一类无机械能损失的碰撞吗?感谢你的回答。

追答

你说的没错,叫做非刚体的形变做功,我们所说的能量损失,绝大多数情况下都是因为摩擦的存在转化成热,也有可能是物体不是刚体,导致内力做功,但是题目明显高速我们,遇到的是刚体,不考虑形变做功,你只要考虑有无摩擦就可以了。

追问

我懂了,我对碰撞导致的机械能损耗的纠结关键在于你所讲内力做功一词,本人一介中学生,不甚了解,关于内力做工神怎么回事,你知道相关物理学书籍中那些章节有谈到吗?我自己看书去吧,你讲的很多了,谢谢你。

追答

爆炸类的物体,动量守恒,但是动能不守恒,就来自内力做功。中学生对此没什么要求

第4个回答  2012-05-12
一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律
.动量守恒条件
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