优化探究高考物理一轮复习 6.2动量守恒定律及其应用课件.ppt

想一想 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 试讨论以下系统动量是否守恒 1 枪和弹组成的系统 2 枪和车组成的系统 3 枪 弹 车三者组成的系统 第2单元动量守恒定律及其应用 基础探究 动量守恒定律 提示 内力 外力取决于系统的划分 以枪和弹组成系统 车对枪的作用力是外力 系统动量不守恒 枪和车组成的系统受到系统外弹簧弹力对枪的作用力 系统动量不守恒 枪 弹 车组成的系统所受合力为零 系统的动量守恒 填一填 1 内容 如果一个系统 或者所受外力的矢量和为0 这个系统的总动量保持不变 这就是动量守恒定律 2 表达式 1 p 系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p 2 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 3 p1 相互作用的两个物体动量的增量等大反向 4 p 系统总动量的增量为零 不受外力 p m1v1 m2v2 p2 0 3 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 想一想 如图所示 一个木箱原来静止在光滑的水平面上 木箱内粗糙的底板上放着一个小木块 木箱和小木块都具有一定的质量 现使木箱获得一个向右的初速度v0 则小木块和木箱最终将做什么运动 提示 木箱和小木块具有向右的动量 并且在相互作用的过程中总动量守恒 由于木箱与底板间存在摩擦 小木块最终将相对木箱静止 即小木块和木箱最终将以相同的速度向右做匀速直线运动 碰撞 填一填 1 概念 碰撞是指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 想一想 一颗手榴弹以v0 10m s的水平速度在空中飞行 设它爆炸后炸裂为两块 小块质量为0 2kg 沿原方向以250m s的速度飞去 那么 质量为0 4kg的大块在爆炸后将如何运动 提示 由动量守恒定律有mv0 m1v1 m2v2 代入数据解得v2 110m s 所以爆炸后大块以110m s的速度反向运动 反冲 爆炸 填一填 1 反冲现象在某些情况下 原来系统内物体具有相同的速度 发生相互作用后各部分的末速度不再相同而分开 这类问题相互作用的过程中系统的动能 且常伴有其他形式能向动能的转化 2 爆炸问题爆炸与碰撞类似 物体间的相互作用力很大 且系统所受的外力 所以系统动量 爆炸过程中位移很小 可忽略不计 作用后从相互作用前的位置以新的动量开始运动 增大 远大于 守恒 基础自测1 在下列几种现象中 所选系统动量守恒的是 a 原来静止在光滑水平面上的车 从水平方向跳上一个人 人 车为一系统b 运动员将铅球从肩窝开始加速推出 以运动员和铅球为一系统c 从高空自由下落的重物落在静止于地面上的车厢中 以重物和车厢为一系统d 光滑水平面上放一斜面 斜面也光滑 一个物体沿斜面滑下 以重物和斜面为一系统 解析 动量守恒条件是系统受合力为零 运动员推铅球 系统除受重力外 还受地面摩擦力 故人与铅球组成的系统动量不守恒 b错 从高空下落的重物与车厢组成的系统竖直方向上合力不为零 动量不守恒 故c错 d中斜面虽在光滑水平面上 但系统竖直方向合力不为零 只在水平方向合力为零 故d错 答案 a 2 如图所示 物体a静止在光滑的水平面上 a的左边固定有轻质弹簧 与a质量相等的物体b以速度v向a运动并与弹簧发生碰撞 a b始终沿同一直线运动 则a b组成的系统动能损失最大的时刻是 a a开始运动时b a的速度等于v时c b的速度等于零时d a和b的速度相等时解析 当b触及弹簧后减速 而物体a加速 当a b两物体速度相等时 a b间距离最小 弹簧压缩量最大 弹性势能最大 由能量守恒定律可知此时系统损失的动能最多 故d正确 答案 d 3 如图所示 在光滑的水平地面上有一辆平板车 车的两端分别站着人a和b a的质量为ma b的质量为mb ma mb 最初人和车都处于静止状态 现在 两人同时由静止开始相向而行 a和b对地面的速度大小相等 则车 a 静止不动b 左右往返运动c 向右运动d 向左运动解析 系统动量守恒 a的动量大于b的动量 只有车与b的运动方向相同才能使整个系统动量守恒 答案 d 4 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 答案 a 互动探究 1 动量守恒定律的表达式有哪几个特性 2 应用动量守恒定律解题的基本步骤是什么 核心突破 1 动量守恒的 四性 动量守恒的 四性 及基本解题步骤 2 解题的基本步骤 温馨提示 分析物理现象不但要明确研究对象 而且要明确研究的是哪一段过程 碰撞过程的初状态是刚开始发生相互作用的状态 此时的动量为碰撞前的动量 末状态是相互作用刚结束时的状态 此时的动量为碰撞后的动量 典例1 如图所示 甲车质量m1 20kg 车上有质量m 50kg的人 甲车 连同车上的人 以v 3m s的速度向右滑行 此时质量m2 50kg的乙车正以v0 1 8m s的速度迎面滑来 为了避免两车相撞 当两车相距适当距离时 人从甲车跳到乙车上 求人跳出甲车的水平速度u 相对地面 应当在什么范围以内才能避免两车相撞 不计地面和小车间的摩擦 设乙车足够长 取g 10m s2 思路点拨 人跳到乙车上后 如果两车同向 且甲车的速度小于或等于乙车的速度就可以避免两车相撞 人跳离甲车过程和人落到乙车的过程中系统水平方向动量守恒 自主解答 以人 甲车 乙车组成的系统为研究对象 设甲车 乙车与人具有相同的速度v 由动量守恒得 m1 m v m2v0 m1 m2 m v 解得 v 1m s 以人与甲车为一系统 人跳离甲车过程动量守恒 得 m1 m v m1v mu 解得u 3 8m s 因此 只要人跳离甲车的速度u 3 8m s 就可避免两车相撞 答案 u 3 8m s 1 2013年高考山东理综 如图所示 光滑水平轨道上放置长板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 2kg mb 1kg mc 2kg 开始时c静止 a b一起以v0 5m 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 解析 因碰撞时间极短 a与c碰撞过程动量守恒 设碰撞瞬间a的速度为v0 c的速度为vc 以向右为正方向 由动量守恒定律得mav0 mava mcvc a与b在摩擦力作用下达到共同速度 设共同速度为vab 由动量守恒定律得mava mbvb ma mb vab a与b达到共同速度后恰好不再与c碰撞 应满足vab vc 联立 式 代入数值得va 2m s 答案 2m s 碰撞类问题的分析 2 碰撞遵守的规律 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 典例2 质量为m的小物块a静止在离地面高h的水平桌面的边缘 质量为m的小物块b沿桌面向a运动并以速度v0与之发生正碰 碰撞时间极短 碰后a离开桌面 其落地点离出发点的水平距离为l 碰后b反向运动 求b后退的距离 已知b与桌面间的动摩擦因数为 重力加速度为g 思路点拨 首先根据物块a碰后的水平位移求出碰后a的速度 再根据碰撞过程系统动量守恒求出碰后b的速度 最后利用动能定理或直线运动规律求出b后退的距离 2 如图所示 足够长的光滑轨道由斜槽轨道和水平轨道组成 水平轨道上一质量为mb的小球处于静止状态 一个质量为ma的小球沿斜槽轨道向下运动 与b球发生弹性正碰 要使小球a与小球b能发生第二次碰撞 ma和mb应满足什么关系 答案 mb 3ma 互动探究 1 爆炸和反冲的特点是什么 2 爆炸和碰撞比较 有什么共同点和不同点 3 分析爆炸 反冲问题的一般思路是什么 爆炸 反冲问题的分析 核心突破 1 爆炸的特点 1 内力远大于外力 动量守恒 2 由其他形式的能转化为动能 系统动能会增加 2 反冲 1 特点 在系统内力作用下 系统一部分物体向某方向发生动量变化时 系统内其余部分向相反方向发生动量变化 2 实例 喷气式飞机 火箭等 3 爆炸与碰撞的比较 1 相同点 物理过程剧烈 系统内物体的相互作用力即内力很大 内力远大于外力 过程持续时间很短 系统的动量守恒 由于爆炸 碰撞类问题作用时间很短 作用过程中物体的位移很小 一般可忽略不计 可以把作用过程作为一个理想化过程 简化 处理 即作用后还从作用前瞬间的位置以新的动量开始运动 2 不同点 爆炸过程中有其他形式的能 一般为化学能 转化为动能 所以爆炸过程中系统的动能会增加 对于碰撞过程 系统的动能不会增加 4 分析方法对于爆炸 碰撞 反冲问题 一般情况下可进行如下分析 1 明确系统是由哪几个物体组成 2 明确系统内各物体在初 末两个状态的运动情况 3 规定正方向 4 列出动量守恒方程 5 对结果进行讨论 思路点拨 解答本题时应把握以下三点 1 爆炸瞬间动量守恒 机械能增加 能量守恒 2 a b一起滑动 可用动能定理列式 3 第二次滑动 因求时间 可结合牛顿第二定律 运动学公式分析求解 3 有一竖直向上发射的炮弹 质量为m 6 0kg 内含炸药的质量可以忽略不计 射出的初速度v0 60m s 当炮弹到达最高点时爆炸为沿水平方向运动的两片 其中一片质量m 4 0kg 现要求这一片不能落到以发射点为圆心 以r 600m为半径的圆周范围内 则刚爆炸完时两弹片的总动能至少多大 g取10m s2 忽略空气阻力 解析 设炮弹到达最高点的高度为h 根据匀变速直线运动规律 有v 2gh 设质量为m的弹片刚爆炸后的速度为v 另一块的速度为v 根据动量守恒定律 有mv m m v 设质量为m的弹片运动的时间为t 根据平抛运动规律 答案 6 0 104j 子弹打木块模型 模型构建 子弹打木块问题的两种类型 1 木块放在光滑的水平面上 子弹射击木块 子弹受到滑动摩擦力作用而做匀减速直线运动 木块在滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动 对于子弹和木块组成的系统 在水平方向上动量守恒 2 木块固定在水平面上不动 子弹射击木块 子弹在滑动摩擦力的作用下做匀减速直线运动 子弹的位移可由动能定理进行计算 模型特点 两种类型中 系统 木块和子弹 中相互作用的两物体间的一对摩擦力做功的总和恒为负值 部分机械能转化为内能即q ff s ff是滑动摩擦力 s是两物体间的相对位移 因此 对于木块放在光滑水平面上类型 系统动量守恒 能量守恒但机械能不守恒 在计算时要对子弹和木块分别利用动能定理 典