1.动量守恒定律成立的条件:
(1)系统不受外力或所受外力的合力为零;
(2)系统的内力远大于外力;
(3)系统在某一方向上不受外力或所受外力的合力为0.
此种情况说明:动量守恒定律的适用条件是普遍的,当系统所受的合外力不为零时,系统的总动量不守恒,但是合外力在某个方向上的分量为零时,那么在该方向上系统的动量分量是守恒的.
2.动量守恒定律的研究对象是系统.研究多个物体组成的系统时,必须合理选择系统,分清系统的内力与外力,然后判断所选系统是否符合动量守恒的条件.
【例1】 (多选)质量分别为M和m0的两滑块用轻弹簧连接,以恒定速度v沿光滑水平面运动,与位于正对面的质量为m的静止滑块发生碰撞,如图1所示,碰撞时间极短,在此过程中,下列情况可能发生的是( )
A.M、m0、m速度均发生变化,碰后分别为v1、v2、v3,且满足(M+m0)v=Mv1+m0v2+mv3
B.m0的速度不变,M和m的速度变为v1和v2,且满足Mv=Mv1+mv2
C.m0的速度不变,M和m的速度都变为v′,且满足Mv=(M+m)v′
D.M、m0、m速度均发生变化,M和m0的速度都变为v1,m的速度变为v2,且满足(M+m0)v=(M+m0)v1+mv2
答案 BC
解析 M和m碰撞时间极短,在极短的时间内弹簧形变极小,可忽略不计,因而m0在水平方向上没有受到外力作用,动量不变(速度不变),可以认为碰撞过程中m0没有参与,只涉及M和m,由于水平面光滑,弹簧形变极小,所以M和m组成的系统水平方向动量守恒,两者碰撞后可能具有共同速度,也可能分开,所以只有B、C正确.
【例2】 如图2所示,从倾角为30°、长0.3 m的光滑斜面顶端滑下质量为2 kg的货包,掉在质量为13 kg的静止的小车里.若小车与水平面之间的动摩擦因数μ=0.02,小车能前进多远?(g取10 m/s2,不计空气阻力)
答案 0.1 m
解析 货包离开斜面时速度为v=== m/s.
货包离开斜面后,由于水平方向不受外力,所以,在落入小车前,其水平分速度vx不变,大小为vx=vcos 30°=1.5 m/s.货包落入小车中与小车相碰的瞬间,虽然小车在水平方向受到摩擦力的作用,但与相碰时的内力相比可忽略,故系统在水平方向上动量守恒,以vx的方向为正方向,则
mvx=(M+m)v′,
二、多物体、多过程动量守恒定律的应用多个物体相互作用时,物理过程往往比较复杂,分析此类问题时应注意:
(1)正确进行研究对象的选取:有时对整体应用动量守恒定律,有时对部分物体应用动量守恒定律.研究对象的选取,一是取决于系统是否满足动量守恒的条件,二是根据所研究问题的需要.
(2)正确进行过程的选取和分析:通常对全程进行分段分析,并找出联系各阶段的状态量.根据所研究问题的需要,列式时有时需分过程多次应用动量守恒,有时只需针对初、末状态建立动量守恒的关系式.
【例3】 如图3所示,光滑水平轨道上放置长木板A(上表面粗糙)和滑块C,滑块B置于A的左端,三者质量分别为mA=2 kg、mB=1 kg、mC=2 kg.开始时C静止,A、B一起以v0=5 m/s的速度匀速向右运动,A与C发生碰撞(时间极短)后C向右运动,经过一段时间,A、B再次达到共同速度一起向右运动,且恰好不再与C碰撞.求A与C发生碰撞后瞬间A的速度大小.