高考物理小车系统守恒的情况有:
1. 摩擦力做功引起的能量转化,小车系统在运动过程中只有重力做功,机械能守恒。
2. 电磁阻尼现象引起的能量转化,小车系统在运动过程中受安培力,安培力做负功,小车的动能和电能互相转化,机械能不守恒。但由于安培力的作用,系统要不断地把一部分电能转化为内能,最后内能的大小与摩擦力做功引起的能量转化相同。
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【题目】
在一光滑的水平面上放置一质量为M的小车,小车上固定一质量为m的小物体。小车和物体之间存在摩擦力,小车和地面之间没有摩擦力。现给小车一个水平方向的初速度,小车将带着物体一起向右运动。已知物体与小车之间的摩擦力大小为F,小车的质量为M,小车的长度为L。求:
(1)小车和物体在运动过程中,系统机械能守恒吗?
(2)小车和物体在运动过程中,系统动量守恒吗?
(3)若小车和物体最终达到一个共同的匀速运动状态,求出小车的速度大小。
【分析】
(1)小车和物体在运动过程中,由于没有外力作用,所以系统机械能守恒。
(2)由于小车和物体之间存在摩擦力,所以系统动量不守恒。
(3)根据动量守恒定律,可以求出小车的速度大小。
【解答】
(1)系统机械能守恒。
(2)系统动量不守恒。
(3)根据动量守恒定律可得:$Ft = Mv$,其中$t$为时间,$v$为小车的速度大小。由于小车和物体最终达到一个共同的匀速运动状态,所以有$F = f = M\frac{v}{L}$,其中$f$为摩擦力大小。联立以上两式可得:$v = \frac{FL}{M}$。因此,小车的速度大小为$\frac{FL}{M}$。