高考物理一轮总复习 第一章 动量守恒定律及其应用课件 新人教版选修35.ppt

选修3 5第一章动量守恒定律及其应用 知识点1动量 1 定义运动物体的 和 的乘积 通常用p来表示 2 表达式p 3 单位 质量 速度 mv kg m s 4 矢标性动量是矢量 其方向和 方向相同 5 动量 动能 动量变化量的比较 速度 速度 运动 矢量差 mv p p 矢量 过程量 知识点2动量守恒定律及其应用 1 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 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 不受外力 所受外力的矢量 和为0 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 m1v1 m2v2 p2 0 2 动量守恒定律的守恒条件 1 理想守恒 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 近似守恒 系统内各物体间相互作用的内力 它所受到的外力 如碰撞 爆炸 打击 绳绷紧等现象中系统的动量近似守恒 3 某一方向守恒 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 但值得注意的是 系统的总动量可能不守恒 平衡 远大于 在这一方向上 知识点3弹性碰撞和非弹性碰撞 1 碰撞物体间的相互作用持续时间 而物体间相互作用力 的现象 2 特点在碰撞现象中 一般都满足内力 外力 可认为相互碰撞的系统动量守恒 很短 很大 远大于 3 分类 守恒 最大 知识点4实验 验证动量守恒定律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 测速度 通过纸带上两计数点间的距离及时间由算出速度 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 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 6 连接on 测量线段op om on的长度 将测量数据填入表中 最后代入看在误差允许的范围内是否成立 7 整理好实验器材放回原处 8 实验结论 在实验误差范围内 碰撞系统的动量守恒 思考辨析 1 质量大的物体动量一定大 2 两物体动能相等 动量一定相等 3 运用动量守恒定律解题时 所列方程中的速度必须是相对同一参考系的速度 4 系统的动量守恒时 机械能也一定守恒 5 质量相等的两个物体发生碰撞时 一定交换速度 6 碰撞过程中若系统所受合外力不等于零 也可以应用动量守恒定律对系统进行分析 7 利用斜槽做 验证动量守恒定律 实验时 入射小球每次开始滚下的位置是变化的 分析 动量等于运动物体质量和速度的乘积 动量大小与物体质量大小 速度大小两个因素有关 1 错 动量和动能的关系为两物体动能相同 质量关系不明确 并且动量是矢量 动能是标量 2 错 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相对于地的速度 3 对 因为两个守恒定律的守恒条件不同 系统的动量守恒时 机械能不一定守恒 系统的机械能守恒时 动量不一定守恒 4 错 只有质量相等的两个物体发生一维的弹性碰撞时 系统的总动量守恒 总动能守恒 才会交换速度 否则不会交换速度 5 错 若碰撞过程中 系统所受合外力不等于零 由于内力远大于外力 作用时间又很短 所以外力的作用可以忽略 因此也可应用动量守恒定律分析 或系统在某一方向上所受合外力为零时 在这一方向上系统的动量守恒 6 对 入射小球每次都应从斜槽上同一位置由静止开始滚下 以保证入射小球每次与被碰小球碰撞时的速度保持不变 7 错 考点1动量守恒定律 考点解读 动量守恒定律的 五性 深化理解 典例透析1 如图所示 光滑水平面上静止放置着一辆平板车a 车上有两个小滑块b和c a b c三者的质量分别是3m 2m m b与车板之间的动摩擦因数为 而c与车板之间的动摩擦因数为2 开始时b c分别从车板的左 右两端同时以大小相同的初速度v0相向滑行 已知滑块b c最后都没有脱离平板车 则车的最终速度v车是 解题探究 1 物体相互作用过程应选用什么规律 提示 动量守恒定律 2 如何选择研究对象满足动量守恒定律 提示 三个物体组成的系统 3 滑块b c最后都没有脱离平板车 的含义 提示 三个物体最终的速度相等 解析 选b 设水平向右为正方向 因为水平面光滑 三个物体组成的系统动量守恒 系统最终的速度为v车 所以2mv0 mv0 3m 2m m v车 解得v车 v0 选项b正确 总结提升 应用动量守恒定律的解题步骤 1 明确研究对象 确定系统的组成 系统包括哪几个物体及研究的过程 2 进行受力分析 判断系统动量是否守恒 或某一方向上是否守恒 3 规定正方向 确定初末状态动量 4 由动量守恒定律列出方程 5 代入数据 求出结果 必要时讨论说明 变式训练 2013 福建高考 将静置在地面上 质量为m 含燃料 的火箭模型点火升空 在极短时间内以相对地面的速度v0竖直向下喷出质量为m的炽热气体 忽略喷气过程重力和空气阻力的影响 则喷气结束时火箭模型获得的速度大小是 解析 选d 火箭模型在极短时间点火 设火箭模型获得速度为v 据动量守恒定律有0 m m v mv0 得故选d 考点2动量守恒定律的综合应用 考点解读 1 碰撞现象满足的三个规律 1 动量守恒 2 机械能不增加 3 速度要合理 若碰前两物体同向运动 则应有v后 v前 碰后原来在前的物体速度一定增大 若碰后两物体同向运动 则应有v前 v后 碰前两物体相向运动 碰后两物体的运动方向不可能都不改变 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 4 动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 典例透析2 三个质量分别为m1 m2 m3的小球 半径相同 并排悬挂在长度相同的三根竖直绳上 彼此恰好相互接触 现把质量为m1的小球拉开一些 如图中虚线所示 然后释放 经球1与球2 球2与球3相碰之后 三个球的动量相等 若各球间碰撞时均为弹性碰撞 且碰撞时间极短 不计空气阻力 则m1 m2 m3为 a 6 3 1b 2 3 1c 2 1 1d 3 2 1 解题探究 1 物体相互碰撞过程应满足什么规律 提示 动量守恒定律和能量关系 2 物体动量和动能的关联方程 提示 解析 选a 因为各球间发生的碰撞是弹性碰撞 则碰撞过程机械能守恒 动量守恒 因碰撞后三个小球的动量相等 设其为p 则总动量为3p 由机械能守恒得满足该条件的只有选项a 总结提升 碰撞的特点及分类 1 碰撞过程时间极短 所以内力总是大于外力 动量必守恒 碰撞一般分为压缩阶段和恢复阶段两个过程 在压缩阶段中物体的动能转化为其他形式的能量 而在恢复阶段中其他形式的能量转化为动能 2 碰撞可以分为以下几类 完全弹性碰撞 完全非弹性碰撞和非完全弹性碰撞 在完全弹性碰撞中 动量守恒 动能守恒 在完全非弹性碰撞中动量守恒 两个物体粘在一起 动能损失最大 非完全弹性碰撞 动量守恒 动能有损失 但比完全非弹性碰撞情况下动能损失要少 3 一个物体追及另一物体发生碰撞的特点 能追上 即入射物体的速度要大于被碰物体的速度 这是碰撞发生的前提 不会发生二次追碰 碰撞前后系统的动能不增加 碰撞过程动量守恒 变式训练 2014 福州模拟 质量为m的均匀木块静止在光滑的水平面上 木块左右两侧各有一位拿着完全相同的步枪和子弹的射击手 首先左侧的射击手开枪 子弹水平射入木块的最大深度为d1 然后右侧的射击手开枪 子弹水平射入木块的最大深度为d2 如图所示 设子弹均未射穿木块 且两颗子弹与木块之间的作用力大小均相同 当两颗子弹均相对木块静止时 下列说法正确的是 a 最终木块静止 d1 d2b 最终木块向右运动 d1d2 解析 选c 设子弹的质量为m 两颗子弹与木块之间的作用力大小均为f 子弹射入木块前的速度均为v0 左边子弹射入木块 与木块相对静止时的速度为v1 最后的共同速度为v 将两颗子弹 木块作为一个整体系统来分析 取水平向右为正方向 根据动量守恒定律 有mv0 mv0 2m m v 可见 v 0 即最终木块静止 两颗子弹射入木块的过程 都是系统的机械能转化为内能 即可见 fd1 fd2 d1 d2 故选c 1 如图所示 小车与木箱紧挨着静放在光滑的水平冰面上 现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱 关于上述过程 下列说法中正确的是 a 男孩和木箱组成的系统动量守恒b 小车与木箱组成的系统动量守恒c 男孩 小车与木箱三者组成的系统动量守恒d 木箱的动量增量与男孩 小车的总动量增量相同 解析 选c 男孩 小车和木箱三者组成的系统所受外力的矢量和为零 动量守恒 a b错误 c正确 木箱动量的增量与男孩 小车的总动量增量等大反向 d错误 2 2014 泉州模拟 爆竹声中一岁除 春风送暖入屠苏 爆竹声响是辞旧迎新的标志 是喜庆心情的流露 有一个质量为3m的爆竹斜向上抛出 到达最高点时速度大小为v0 方向水平向东 在最高点爆炸成质量不等的两块 其中一块质量为2m 速度大小为v 方向水平向东 则另一块的速度大小是 a 3v0 vb 2v0 3vc 3v0 2vd 2v0 v 解析 选c 设向东为正方向 在最高点由水平方向动量守恒得 3mv0 2mv mv 则v 3v0 2v c正确 3 2012 福建高考 如图 质量为m的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶 一质量为m的救生员站在船尾 相对小船静止 若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中 则救生员跃出后小船的速率为 解析 选c 以向右为正方向 据动量守恒定律有 m m v0 mv mv 解得v v0 v0 v 故选c 4 一小型爆炸装置在光滑 坚硬的水平钢板上发生爆炸 所有碎片均沿钢板上方的倒圆锥面 圆锥的顶点在爆炸装置处 飞开 在爆炸过程中 下列关于爆炸装置的说法中正确的是 a 总动量守恒b 机械能守恒c 水平方向动量守恒d 竖直方向动量守恒 解析 选c 爆炸装置在光滑 坚硬的水平钢板上发生爆炸 与钢板间产生巨大的相互作用力 这个作用力将远远大于它所受到的重力 所以爆炸装置的总动量是不守恒的 但由于钢板对爆炸装置的作用力是竖直向上的 因此爆炸装置在竖直方向动量不守恒 而水平方向是守恒的 爆炸时 化学能转化为机械能 因此 机械能不守恒 5 2014 南平模拟 如图所示 质量为m的人立于平板车上 人与车的总质量为m 人与车以速度v1在光滑水平面上向东运动 当此人相对于车以速度v2竖直跳起时 车向东的速度大小为 解析 选d 系统水平方向动量守恒 据mv1 m m v mv1可得车向东的速度大小为v1 故选d 6 在光滑水平面上 一质量为m 速度大小为v的a球与质量为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 选a 设碰撞后a球的速度大小为va b球的速度大小为vb 碰撞前a球的运动方向为正方向 根据动量守恒定律得 mv 2mvb mva 化简可得va 2vb v 因va 0 所以vb 故只有a正确 7 在光滑的水平面上有两个在同一直线上相向运动的小球 其中甲球的质量m1 2kg 乙球的质量m2 1kg 规定向右为正方向 碰撞前后甲球的速度随时间变化情况如图所示 已知两球发生正碰后粘在一起 则碰前乙球速度的大小和方向分别为 a 7m s 向右b 7m s 向左c 1m s 向左d 1m s 向右 解析 选b 由题图可知v甲 2m s v共 1m s 据动量守恒定律有m1v甲 m2v乙 m1 m2 v共 得v乙 7m s 故选b 8 2014 莆田模拟 如图所示 一质量m 3 0kg的长方形木板b放在光滑水平地面上 在其右端放一质量为m 1 0kg的小木块a 现以地面为参考系 给a和b以大小均为4 0m s 方向相反的初速度 使a开始向左运动 b开始向右运动 但最后a并没有滑离木板b 站在地面的观察者看到在一段时间内小木块a正在做加速运动 则在这段时间内的某时刻木板b相对地面的速度大小可能是 a 2 4m sb 2 8m sc 3 0m sd 1 8m s 解析 选a a相对地面速度为0时 木板的速度为v1 由动量守恒得 向右为正 mv mv mv1 解得v1 m s 木块从此时开始向右加速 直到两者有共同速度v2 由动量守恒得 mv mv m m v2 解得v2 2m s 故b对地的速度在2 m s范围内 选项a正确 9 某同学用如图所示的装置通过半径相同的a b两球 ma mb 的碰撞来验证动量守恒定律 图中pq是斜槽 qr为水平槽 实验时先使a球从斜槽上某一固定位置g由静止开始滚下 落到位于水平地面的记录纸上 留下痕迹 重复上述操作10次 得到10个落点痕迹 再把b球放在水平槽上靠近槽末端的地方 让a球仍从位置g由静止开始滚下 和b球碰撞后 a b球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹 重复这种操作10次 图中o点是水平槽末端r在记录纸上的垂直投影点