高考物理一轮复习 第十四章 动量守恒定律课件.ppt

选考部分选修3 5第十四章动量守恒定律 复习目标定位 1 动量 动量定理 动量守恒定律及其应用 2 弹性碰撞和非弹性碰撞 3 实验 验证动量守恒定律解读 理解动量守恒的内容 熟练掌握在一维情况下解题的方法和步骤 能够解决与简单的能量守恒结合的综合问题 掌握验证 探究动量守恒的实验方法 1 对本章知识的考查常以碰撞为模型和生活中的事例为背景考查动量守恒定律的应用 从近几年的高考题看 考查内容都有涉及 题型有选择 填空 计算等 试题难度不大 2 探究和验证碰撞中的动量守恒 在高考实验考查中出现频率较高 3 在高考题中动量守恒定律常与能量守恒定律结合 解决碰撞 打击 反冲 滑动摩擦力等问题 还要重视动量守恒与圆周运动 核反应的结合 由于本章试题的思考和解题思路与牛顿运动定律不同 因此难度相对较大 而且近年来高考命题思路由 知识立意 逐步转向 能力立意 越来越重视与现代科技和实际问题的联系 所以在能力要求上注意对理解能力 实际问题抽象简化的能力 应用数学知识的能力和综合分析应用能力的考查 对本部分内容的复习应抓好以下几个方面 1 特别强调物理量的矢量性 动量是矢量 动量守恒定律的表达式是矢量式 对同一直线上矢量运算能转化为代数运算 2 注重综合分析能力和实际问题抽象简化的能力 加强贴近高考 贴近实际的典型题训练 抓住典型问题 如人船问题 碰撞问题 子弹打木块问题等 结合新背景 新素材考查上述问题是高考命题的方向 3 对动量守恒定律不要练习太难的题目 而应把重点放在动量守恒定律的理解上 掌握应用动量守恒定律解题的基础方法和步骤 第一讲动量守恒定律及其应用 回扣教材夯实基础落实考点 基础自主温故 一 动量 动量变化量 动量守恒定律 考点自清 1 动量 1 定义 运动物体的质量和的乘积叫做物体的动量 通常用p表示 2 表达式 p 3 单位 4 标矢性 动量是矢量 其方向和方向相同 速度 m v kg m s 速度 2 动量定理 1 内容 物体在一个过程始末的等于它在这个过程中所受力的 2 表达式 f t 3 动量守恒定律 1 内容 如果一个系统 或者 这个系统的总动量保持不变 这就是动量守恒定律 动量变化 冲量 p p 不受外力 所受外力的矢量和为0 2 表达式 p 系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p m1v1 m2v2 相互作用的两个物体组成的系统 作用前的动量和等于作用后的动量和 p1 相互作用的两个物体动量的增量等大反向 p 系统总动量的增量为零 p m1v1 m2v2 p2 0 4 动量守恒定律的适用条件 1 不受外力或所受外力的合力为零 不是系统内每个物体所受的合外力都为零 更不能认为系统处于状态 2 近似适用条件 系统内各物体间相互作用的内力它所受到的外力 3 如果系统在某一方向上所受外力的合力为零 则系统动量守恒 平衡 远大于 在这一方向上 基础自测 1 把一支弹簧枪水平固定在小车上 小车放在光滑水平地面上 枪射出一颗子弹时 关于枪 弹 车 下列说法正确的是 a 枪和弹组成的系统动量守恒b 枪和车组成的系统动量守恒c 枪弹和枪筒之间的摩擦力很小 可以忽略不计 故二者组成的系统动量近似守恒d 枪 弹 车三者组成的系统动量守恒 解析 枪固定在小车上 当枪射出一颗子弹时 枪受到车的作用力 所以枪和子弹组成的系统所受外力不为零 其动量不守恒 选项a错误 枪和车组成的系统受到子弹的作用力 动量不守恒 选项b错误 枪弹和弹筒组成系统所受合外力不为零 选项c错误 枪 弹 车三者组成的系统所受外力为零 动量守恒 选项d正确 答案 d 2 物体在恒力作用下运动 下列说法正确的是 a 动量的方向与受力的方向相同b 动量的方向与冲量的方向相同c 动量的增量方向与受力的方向相同d 动量变化率的方向与速度方向相同解析 动量的方向就是速度的方向 与力的方向无关 力的方向即为冲量的方向 故选项a b错误 由动量定理可知 动量的增量等于合外力的冲量 故选项c正确 动量的变化率的方向即为力的方向 与速度方向无关 选项d错误 答案 c 二 碰撞 爆炸与反冲 考点自清 1 碰撞问题碰撞的种类及特点 守恒 有损失 大 共线 不共线 直接接触 2 爆炸问题 1 特点 物体间的远大于系统所受的 即内力 2 遵循的规律 系统的动量守恒 不守恒 3 反冲 1 定义 系统内的不同部分在强大内力作用下向方向运动的现象叫做反冲 2 遵循的规律 反冲过程中守恒 不守恒 相互作用力 外力 外力 机械能 相反 动量 机械能 基础自测 3 在光滑水平面上 一质量为m 速度大小为v的a球与质量2m静止的b球碰撞后 a球的速度方向与碰撞前相反 则碰撞后b球的速度大小可能是 a 0 6vb 0 4vc 0 3vd 0 2v解析 由动量守恒定律得mv mva 2mvb 规定a球原方向为正方向 由题意可知 va为负值 则2mvb mv 可得vb 0 5v 因此b球的速度可能为0 6v 故选项a正确 答案 a 三 实验 验证动量守恒定律 考点自清 1 方案一 利用气垫导轨完成一维碰撞实验 1 测质量 用天平测出滑块质量 2 安装 正确安装好气垫导轨 3 实验 接通电源 利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度 改变滑块的质量 改变滑块的初速度大小和方向 4 验证 一维碰撞中的动量守恒 2 方案二 利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验 1 测质量 用天平测出两小球的质量m1 m2 2 安装 把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 3 实验 一个小球静止 拉起另一个小球 放下时它们相碰 4 测速度 可以测量小球被拉起的角度 从而算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 算出碰撞后对应小球的速度 5 改变条件 改变碰撞条件 重复实验 6 验证 一维碰撞中的动量守恒 3 方案三 在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验 1 测质量 用天平测出两小车的质量 2 安装 将打点计时器固定在光滑长木板的一端 把纸带穿过打点计时器 连在小车的后面 在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥 3 实验 接通电源 让小车a运动 小车b静止 两车碰撞时撞针插入橡皮泥中 把两小车连接成一体运动 4 方案四 利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律 1 用天平测出两小球的质量 并选定质量大的小球为入射小球 2 按照如图所示安装实验装置 调整固定斜槽使斜槽底端水平 3 白纸在下 复写纸在上 在适当位置铺放好 记下重垂线所指的位置o 4 不放被撞小球 让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下 重复10次 用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面 圆心p就是小球落点的平均位置 5 把被撞小球放在斜槽末端 让入射小球从斜槽同一高度自由滚下 使它们发生碰撞 重复实验10次 用步骤 4 的方法 标出碰后入射小球落点的平均位置m和被碰小球落点的平均位置n 如图所示 考点深析拓展延伸详讲精练 考点探究讲练 1 动量 动能 动量的变化量的比较 2 对动量定理的理解和应用 1 对动量定理的理解 动量定理反映了合外力的冲量与动量变化之间的因果关系 即合外力的冲量是原因 物体的动量改变是结果 动量定理的表达式是矢量表达式 包含大小和方向两个方面的含义 动量定理具有普遍性 不论物体的运动轨迹是直线还是曲线 不论作用力是恒力还是变力 几个力的作用时间是相同还是不同 不论是宏观低速问题 还是微观高速问题 动量定理都适用 2 动量定理的应用 定性分析有关现象用动量定理解释的现象一般可分为两类 一类是物体的动量变化一定 此时力的作用时间越短 作用力越大 时间越长 作用力越小 另一类是作用力一定 此时力的作用时间越长 动量变化越大 力的作用时间越短 动量变化越小 分析问题时要清楚哪个量一定 哪个量变化 应用动量定理解题的基本步骤 一 审题 确定研究对象 对谁 对哪个过程 二 对物体进行受力分析 分析力在过程中的冲量或合力在过程中的冲量 三 抓住过程的初 末状态 选定正方向 四 根据动量定理 列出动量定理的数学表达式 五 根据题意写清各物理量之间或其他物理规律的补充表达式 六 求解方程组 并分析作答 一辆汽车强行超车时 与另一辆迎面驶来的汽车相撞 两车相撞后 两辆车车身因相互挤压 均缩短了0 5m 根据测定两车相撞前速度均为30m s 则 1 试求车祸中车内质量60kg的人受到的平均冲力为多大 2 若车祸中汽车的安全气囊发挥作用 与人的作用时间为1s 求这时人受到的平均冲力为多大 例1 思路指导 解答此题用动量定理处理 类似短时间作用的问题用动量定理解决非常方便 车祸中人的动量发生的变化 人与车作用时间越短 人受到的作用力越大 对人的伤害越严重 如果安全气囊起作用延长了人与车的作用时间 从而减小了人受到的作用力 人员受到保护 木块和铁块的质量分别为m和m 用线连接起来放在水中 木块的密度小于水的密度 放手后一起以加速度a加速下降 经时间t1后线断了 再经时间t2 木块速度恰好为零 当木块速度为零时 铁块速度为多少 变式训练1 1 研究对象 相互作用的物体组成的系统 2 系统 内力和外力 1 系统 相互作用的两个或几个物体组成一个系统 2 内力 系统内部物体之间的相互作用力 3 外力 系统外部物体对系统内部物体的作用力 3 对 总动量保持不变 的正确解释不仅指系统的初末两个时刻的总动量相等 而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等 4 动量守恒定律的 五性 1 矢量性 定律的表达式是一个矢量式 表现在 该式说明系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等 而且方向也相同 在求初 末状态系统的总动量p p1 p2 和p p1 p2 时 要按矢量运算法则计算 如果各物体动量的方向在同一直线上 要选取一正方向 将矢量运算转化为代数运算 2 相对性 动量守恒定律中 系统中各物体在相互作用前后的动量 必须相对于同一惯性系 各物体的速度通常均为对地的速度 3 条件性 动量守恒定律是有条件的 应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件 4 同时性 动量守恒定律中p1 p2 必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量 p1 p2 必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量 5 普适性 动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统 也适用于多个物体组成的系统 不仅适用于宏观物体组成的系统 也适用于微观粒子组成的系统 特别提醒应用动量守恒定律m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 形式时应注意v1 v2一般为刚刚相互作用前同一时刻的速度 v1 v2 为刚刚相互作用后同一时刻的速度 2014年全国卷 如图 质量分别为ma mb的两个弹性小球a b静止在地面上方 b球距地面的高度h 0 8m a球在b球的正上方 先将b球释放 经过一段时间后再将a球释放 当a球下落t 0 3s时 刚好与b球在地面上方的p点处相碰 碰撞时间极短 碰后瞬间a球的速度恰为零 已知mb 3ma 重力加速度大小为g 10m s2 忽略空气阻力及碰撞中的动能损失 求 例2 1 b球第一次到达地面时的速度 2 p点距离地面的高度 思路指导 b球释放后做自由落体运动 与地面碰撞过程中没有动能损失 即碰后原速率反弹 然后做竖直上抛运动 a b两球碰撞过程 由于碰撞时间极短 则a b两球碰撞过程满足机械能守恒 结合运动学规律求解 答案 1 4m s 2 0 75m 光滑水平轨道上有三个木块a b c 质量分别为ma 3m mb mc m 开始时b c均静止 a以初速度v0向右运动 a与b碰撞后分开 b又与c发生碰撞并粘在一起 此后a与b间的距离保持不变 求b与c碰撞前b的速度大小 变式训练2 1 碰撞问题探究 1 弹性碰撞的求解及结论求解 两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和动能守恒 以质量为m1 速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例 则有 速度要符合情景 如果碰前两物体同向运动 则后面的物体速度必大于前面物体的速度 即v后 v前 否则无法实现碰撞 碰撞后 原来在前面的物体速度一定增大 且速度大于或等于原来在后面的物体的速度 即v前 v后 如果碰前两物体是相向运动 则碰后两物体的运动方向不可能都不改变 除非两物体碰撞后速度均为零 2 对反冲现象的三点说明 1 系统内的不同部分在强大内力作用下向相反方向运动 通常用动量守恒来处理 2 反冲运动中 由于有其他形式的能转变为机械能 所以系统的总机械能增加 3 反冲运动中平均动量守恒 3 爆炸现象的三个规律 1 动量守恒 由于爆炸是在极短的时间内完成的 爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力 所以在爆炸过程中 系统的总动量守恒 2 动能增加 在爆炸过程中 由于有其他形式的能量 如化学能 转化为动能 所以爆炸前后系统的总动能增加 3 位置不变 爆炸的时间极短 因而作用过程中 物体产生的位移很小 一般可忽略不计 可以认为爆炸后仍然从爆炸前的位置以新的动量开始运动 特别提醒当物体运动包含几个阶段时 中间若存在碰撞过程 则初状态和末状态的机械能一般不等 若碰后粘合在一起 则初 末状态机械能一定不等 如图所示 光滑水平面上有大小相同的a b两球在同一直线上运动 两球质量关系为mb 2ma 规定向右为正方向 a b两球的动量均为6kg m s 运动中两球发生碰撞 碰撞后a球的动量增量为 4kg m s 则 例3 a 左方是a球 碰撞后a b两球速度大小之比为2 5b 左方是a球 碰撞后a b两球速度大小之比为1 10c 右方是a球 碰撞后a b两球速度大小之比为2 5d 右方是a球 碰撞后a b两球速度大小之比为1 10 思路指导 碰撞过程两球组成的系统动量守恒 根据两球质量和动量关系 判断两球的速度大小关系 根据碰后a球的动量变化 求得b球碰后动量变化 而求得两球碰后的动量最终确定碰后两球的速度 答案 a 如图所示 a b两小球在光滑水平面上分别以动量p1 4kg m s和p2 6kg m s 向右为正方向 做匀速直线运动 则在a球追上b球并与之碰撞的过程中 两小球的动量变化量 p1和 p2可能分别为 a 2kg m s 3kg m sb 8kg m s 8kg m sc 1kg m s 1kg m sd 2kg m s 2kg m s 变式训练3 解析 两球碰撞过程中动量守恒 则两球的动量变化大小相等 方向相反 故选项a b错误 由于是a球追击b球发生碰撞 所以碰后b球动量大小 一定是增大 a球的动量一定减小 故选项c错误 选项d正确 答案 d 2014年全国卷 现利用图 a 所示的装置验证动量守恒定律 在图 a 中 气垫导轨上有a b两个滑块 滑块a右侧带有一弹簧片 左侧与打点计时器 图中未画出 的纸带相连 滑块b左侧也带有一弹簧片 上面固定一遮光片 光电计时器 未完全画出 可以记录遮光片通过光电门的时间 例4 实验测得滑块a的质量m1 0 310kg 滑块b的质量m2 0 108kg 遮光片的宽度d 1 00cm 打点计时器所用交流电的频率f 50 0hz 将光电门固定在滑块b的右侧 启动打点计时器 给滑块a一向右的初速度 使它与b相碰 碰后光电计时器显示的时间为 tb 3 500ms 碰撞前后打出的纸带如图 b 所示 思路指导 根据纸带提供的数据计算滑块a碰撞前后的速度 根据滑块b通过光电门的时间及遮光片的宽度计算出滑块b碰后的速度 然后计算碰撞系统在碰撞前后的总动量 验证在误差允许范围内是否满足动量守恒 答案 见解析 某同学设计了一个用电磁打点计时器验证动量守恒定律的实验 在小车a的前端粘有橡皮泥 推动小车a使之做匀速运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速运动 他设计的装置如图甲所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器所用电源频率为50hz 长木板下垫着小木片以平衡摩擦力 变式训练4 1 若已测得打点纸带如图乙所示 并测得各计数点的间距 已标在图上 a为运动的起点 则应选 段来计算a碰前的速度 应选 段来计算a和b碰后的共同速度 以上两空选填 ab bc cd 或 de 2 已测得小车a的质量m 0 4kg 小车b的质量m2 0 2kg 则碰前两小车的总动量为 kg m s 碰后两小车的总动量为 kg m s 解析 1 根据纸带上打点情况分析 bc段表示小车做匀速运动 计数点之间距离较大 说明小车速度较大 因此bc段较准确描述碰前小车a的运动 故应选bc段数据计算碰前小车a的速度 cd段计数点之间距离在变化 说明小车运动情况不稳定 而de段运动小车运动稳定 故应选de段计算碰后a b的共同速度 答案 1 bcd