高考物理大一轮复习 第十二章 动量守恒定律 波粒二象性原子结构与原子核 第1课时 动量定理 动量守恒定律及其应用课件.ppt

考纲要求 第1课时动量定理动量守恒定律及其应用 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来表示 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 5 动量的瞬时性 动量是描述物体运动状态的物理量 针对某一 而言 6 动量的变化量 是矢量 其表达式 p p p为矢量式 当p p在同一条直线上时 可规定正方向 将矢量运算转化为代数运算 速度 mv kg m s 速度 时刻 2 冲量 1 定义 力f与力的作用时间t的 2 定义式 i 单位是 3 方向 恒力作用时 与力的方向 4 物理意义 是一个过程量 表示力在时间上积累的作用效果 乘积 ft n s 相同 3 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 的冲量 2 表达式 p p i合 3 动量定理既适用于恒力 也适用于变力 动量变化 合力 4 动量守恒定律 1 内容 如果一个系统 或者所受 为0 这个系统的总动量保持不变 2 表达式 m1v1 m2v2 3 适用条件 理想守恒 系统不受外力或所受 为零 则系统动量守恒 2 近似守恒 系统受到的合力不为零 但当内力远 外力时 系统的动量可近似看成守恒 3 分方向守恒 系统在某个方向上所受合力为零时 系统在该方向上动量守恒 不受外力 外力的矢量和 m1v1 m2v2 外力的合力 大于 5 碰撞 1 定义 碰撞是指物体间的相互作用持续时间 而物体间的相互作用力 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 3 分类 很短 很大 远大于 守恒 最大 6 反冲运动 1 反冲 根据动量守恒定律 如果一个静止的物体在 的作用下分裂为两个部分 一部分向某个方向运动 另一部分必然向 的方向运动 2 反冲现象的应用及防止 应用 农田 园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时 一边喷水一边 可以自动改变喷水的方向 防止 用枪射击时 由于枪身的反冲会影响射击的 所以用步枪射击时要把枪身抵在 以减少反冲的影响 内力 相反 旋转 准确性 肩部 7 火箭 1 火箭的原理火箭的工作原理是 运动 其反冲过程 守恒 它靠向后喷出的气流的反冲作用而获得 的速度 2 影响火箭获得速度大小的因素 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度约为 m s 火箭的质量比 指火箭起飞时的质量与 之比 决定于火箭的结构和材料 现代火箭的质量比一般小于 喷气速度 质量比 火箭获得的速度 反冲 动量 向前 2000 4000 火箭除燃料外的箭体质量 10 越大 越大 越大 思考判断 1 动量越大的物体 其速度越大 2 物体的动量越大 其惯性也越大 3 物体所受合力不变 则动量也不改变 4 物体沿水平面运动时 重力不做功 其冲量为零 5 物体所受合外力的冲量的方向与物体末动量的方向相同 6 物体相互作用时动量守恒 但机械能不一定守恒 7 做匀速圆周运动的物体动量不变 8 物体的动能不变 其动量一定不变 9 应用动量守恒定律时 速度应相对同一参考系 考点一动量和动量定理 c 要点突破 1 用动量定理解题的基本思路 2 用动量定理解释现象 1 物体的动量变化一定 此时力的作用时间越短 力就越大 时间越长 力就越小 2 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 典例剖析 例 质量为60kg的建筑工人 不慎从高空跌下 由于弹性安全带的保护 使他悬挂起来 已知弹性安全带的缓冲时间1 2s 安全带长5m g取10m s2 则安全带所受的平均冲力的大小为 a 500nb 1100nc 600nd 100n 答案b 方法总结 动量定理的两个重要应用 1 应用i p求变力的冲量 如果物体受到大小或方向改变的力的作用 则不能直接用i ft求变力的冲量 可以求出该力作用下物体动量的变化 p 等效代换变力的冲量i 2 应用 p f t求动量的变化 例如 在曲线运动中 速度方向时刻在变化 求动量变化 p p2 p1 需要应用矢量运算方法 计算比较复杂 如果作用力是恒力 可以求恒力的冲量 等效代换动量的变化 针对训练 1 如图所示 篮球运动员接传来的篮球时 通常要先伸出两臂迎接 手接触到球后 两臂随球迅速引至胸前 这样做可以 a 减小球的动量的变化量b 减小球对手作用力的冲量c 减小球的动量变化率d 延长接球过程的时间来减小动量的变化量 答案c 2 在水平力f 30n的作用下 质量m 5kg的物体由静止开始沿水平面运动 已知物体与水平面间的动摩擦因数 0 2 若f作用6s后撤去 撤去f后物体还能向前运动多长时间才停止 g取10m s2 答案12s 考点二动量守恒定律 c 要点突破 1 动量守恒的判断 1 明确系统由哪几个物体组成 2 对系统中各物体进行受力分析 分清哪些是内力 哪些是外力 3 看所有外力的合力是否为零 或内力是否远大于外力 从而判定系统的动量是否守恒 注意 动量守恒的条件和机械能守恒的条件不同 机械能守恒的条件是只有重力 弹力做功 动量守恒的条件是系统不受外力或所受外力的合力为零 2 动量守恒定律的理解 1 矢量性 表达式中涉及的都是矢量 需要首先选取正方向 分清各物体初末动量的正 负 2 瞬时性 动量是状态量 动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等 不同时刻的动量不能相加 3 同一性 速度的大小跟参考系的选取有关 应用动量守恒定律 各物体的速度必须是相对同一参考系的速度 一般选地面为参考系 4 普适性 它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 3 动量守恒定律的解题步骤 典例剖析 例 在高速公路上发生了一起交通事故 一辆质量为1500kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000kg向北行驶的卡车 碰后两车接在一起 并向南滑行了一小段距离后停止 根据测速仪的测定 长途客车碰前以20m s的速率行驶 由此可判断卡车碰前的行驶速率是 a 小于10m sb 大于10m s小于20m sc 大于20m s小于30m sd 大于30m s小于40m s 答案a 针对训练 1 多选 下列相互作用的过程中 可以认为系统动量守恒的是 解析动量守恒的条件是相互作用的物体系统不受外力或所受外力的合力为零 而相互作用过程中内力远大于外力时也可认为动量守恒 图a中 滑轮男孩推滑轮女孩的过程中 内力远大于外力 因此系统的动量可认为守恒 图b和图d中 在两物体相互作用的过程中 没有满足内力远大于外力的条件 系统的动量不守恒 图c中 太空中无空气阻力作用 太空人和子弹在相互作用过程中动量守恒 答案ac 2 如图所示 游乐场上 两位同学各驾着一辆碰碰车迎面相撞 此后 两车以共同的速度运动 设甲同学和他的车的总质量为150kg 碰撞前向右运动 速度的大小为4 5m s 乙同学和他的车的总质量为200kg 碰撞前向左运动 速度的大小为4 25m s 则碰撞后两车共同的运动速度为 取向右为正方向 a 1m sb 0 5m sc 1m sd 0 5m s 答案d 考点三碰撞 d 要点突破 1 碰撞过程遵循的原则 1 系统的动量守恒原则 2 系统的动能不增加 3 物理情景要合理 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 三种典型碰撞的特点 1 弹性碰撞 动量守恒 没有动能损失 2 非弹性碰撞 动量守恒 有动能损失 3 完全非弹性碰撞 动量守恒 动能损失达到最大限度 碰撞完成后系统物体的速度相同 典例剖析 例 如图所示 一质量为0 5kg的小球a以2 0m s的速度和静止于光滑水平面上 质量为1kg的另一大小相同的小球b发生正碰 碰撞后它以0 2m s的速度反弹 求 1 原来静止小球b获得的速度大小 2 碰撞过程中损失的机械能 答案 1 1 1m s 2 0 385j 针对训练 1 两球a b在光滑水平面上沿同一直线 同一方向运动 ma 1kg mb 2kg va 6m s vb 2m s 当a追上b并发生碰撞后 两球a b速度的可能值是 a va 5m s vb 2 5m sb va 2m s vb 4m sc va 4m s vb 7m sd va 7m s vb 1 5m s 答案b 2 如图所示 两小车a b置于光滑水平面上 质量分别为m和2m 一轻质弹簧两端分别固定在两小车上 开始时弹簧处于拉伸状态 用手固定两小车 现在先释放小车b 当小车b的速度大小为3v时 再释放小车a 此时弹簧仍处于拉伸状态 当小车a的速度大小为v时 弹簧刚好恢复原长 自始至终弹簧都未超出弹性限度 求 1 弹簧刚恢复原长时 小车b的速度大小 2 两小车相距最近时 小车a的速度大小 3 求两小车相距最近时 弹簧弹性势能大小 考点四反冲运动火箭 b 要点突破 1 反冲运动的特点 1 物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 2 反冲运动中 一般内力远大于外力 通常可用动量守恒定律处理 3 反冲运动中 由于有其他形式的能转化为机械能 系统总动能一般会增加 2 火箭获得的最终速度 火箭发射前的总质量为m 燃料燃尽后的质量为m 火箭燃气的喷射速度为v1 如图所示 在火箭发射过程中 由于内力远大于外力 所以动量守恒 典例剖析 例 如图所示 具有一定质量的小球a固定在轻杆一端 另一端挂在小车支架的o点 用手将小球拉至水平 此时小车静止于光滑水平面上 放手让小球摆下与b处固定的橡皮泥碰击后粘在一起 则在此过程中小车将 a 向右运动b 向左运动c 静止不动d 小球下摆时 车向左运动 碰撞后又静止 解析这是反冲运动 根据动量守恒定律可知 小球下落时速度向右 小车向左 小球静止 小车也静止 答案d 针对训练 1 运送人造地球卫星的火箭开始工作后 火箭做加速运动的原因是 a 燃料推动空气 空气反作用力推动火箭b 火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出 气体的反作用力推动火箭c 火箭吸入空气 然后向后排出 空气对火箭的反作用力推动火箭d 火箭燃料燃烧发热 加热周围空气 空气膨胀推动火箭 解析反冲运动中满足动量守恒定律 向后喷出的气体 使火箭获得向前的推力 答案b 2 假设一个人静止于完全光滑的水平冰面上 现欲离开冰面 下列方法中可行的是 a 向后踢腿b 手臂向后甩c 在冰面上滚动d 脱下外衣水平抛出 解析踢腿 甩手对整个身体系统来讲是内力 内力不改变系统整体的运动状态 答案d 典例剖析 例 2016 浙江4月选考 某同学设计了一个电磁推动加喷气推动的火箭发射装置 如图所示 竖直固定在绝缘底座上的两根长直光滑导轨 间距为l 导轨间加有垂直导轨平面向里的匀强磁场b 绝缘火箭支撑在导轨间 总质量为m 其中燃料质量为m 燃料室中的金属棒ef电阻为r 并通过电刷与电阻可忽略的导轨良好接触 引燃火箭下方的推进剂 迅速推动刚性金属棒cd 电阻可忽略且和导轨接触良好 向上运动 当回路cefdc面积减少量达到最大值 s 用时 t 此过程激励出强电流 产生电磁推力加速火箭 在 t时间内 电阻r产生的焦耳热使燃料燃烧形成高温高压气体 当燃烧室下方的可控喷气孔打开后 喷出燃气进一步加速火箭 考点五动量观点在电磁感应中的应用 d 1 求回路在 t时间内感应电动势的平均值及通过金属棒ef的电荷量 并判断金属棒ef中的感应电流方向 2 经 t时间火箭恰好脱离导轨 求火箭脱离时的速度v0 不计空气阻力 3 火箭脱离导轨时 喷气孔打开 在极短的时间内喷射出质量为m 的燃气 喷出的燃气相对喷气前火箭的速度为u 求喷气后火箭增加的速度 v 提示 可选喷气前的火箭为参考系 针对训练 2017 浙江4月选考 间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成 如图所示 倾角为 的导轨处于大小为b1 方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间 中 水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的 联动双杆 由两根长为l的金属杆 cd和ef 用长度为l的刚性绝缘杆连接而成 在 联动双杆 右侧存在大小为b2 方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间 其长度大于l 质量为m 长为l的金属杆ab 从倾斜导轨上端释放 达到匀速后进入水平导轨 无能量损失 杆cd与 联动双杆 发生碰撞后杆ab和cd合在一起形成 联动三杆 联动三杆 继续沿水平导轨进入磁场区间 并从中滑出 运动过程中 杆ab cd和ef与导轨始终接触良好 且保持与导轨垂直 已知杆ab cd和ef电阻均为r 0 02 m 0 1kg l 0 5m l 0 3m 30 b1 0 1t b2 0 2t 不计摩擦阻力和导轨电阻 忽略磁场边界效应 求 1 杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v0 2 联动三杆进入磁场区间 前的速度大小v 3 联动三杆滑过磁场区间 产生的焦耳热q 答案 1 6m s 2 1 5m s 3 0 25j 1 多选 当我们从高处跳到低处时 都有这样的生活常识 为了安全 一般都是让脚尖先着地 从力和动量的角度来看 这样做的目的是 a 减小动量b 减小动量的变化量c 延长和地面的冲击时间 从而减小支持力d 增大人对地的压强 起到安全作用解析根据动量定理分析 延长时间的目的是减小合力 从而减小支持力 答案c 2 2017 嘉兴模拟 如图所示 运动员挥拍将质量为m的网球击出 如果网球被拍子击打前 后瞬间速度的大小分别