导学教程高考物理总复习 动量守恒定律 原子与原子核 第一节 动量守恒定律及其应用课件 新人教版选修35.ppt

选修3 5动量守恒定律原子与原子核 2017高考备考导航 第一节动量守恒定律及其应用 主干回顾 速度 mv 相同 作用时间 ft 相同 动量 冲量 p p 合外力 m1v1 m2v2 1 判断下列说法的正误 1 动量具有瞬时性 2 物体动量的变化等于某个力的冲量 3 动量守恒定律中的速度是相对于同一参考系的速度 自我检测 4 质量相等的两个物体发生碰撞时 一定交换速度 5 系统的总动量不变是指系统总动量的大小保持不变 6 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固定的 2 多选 2016 淄博模拟 关于物体的动量 下列说法中正确的是a 物体的动量越大 其惯性也越大b 同一物体的动量越大 其速度一定越大c 物体的加速度不变 其动量一定不变d 运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向答案bd 3 如图1 1 1所示 一铁块压着一纸条放在水平桌面上 当以速度v抽出纸条后 铁块掉在地面上的p点 若以2v速度抽出纸条 则铁块落地点为图1 1 1 a 仍在p点b 在p点左侧c 在p点右侧不远处d 在p点右侧原水平位移的两倍处答案b 4 如图1 1 2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 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 ma 2mb 当弹簧压缩到最短时 a物体的速度为图1 1 2 答案b 5 多选 在利用悬线悬挂等大小球进行验证动量守恒定律的实验中 下列说法正确的是a 悬挂两球的线长度要适当 且等长b 由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度c 两小球必须都是刚性球 且质量相同d 两小球碰后可以粘合在一起共同运动答案abd 考点一动量定理的理解和应用1 动量定理 1 动量定理表示了合外力的冲量与动量变化间的因果关系 冲量是物体动量变化的原因 动量发生改变是物体合外力的冲量不为零的结果 2 动量定理的表达式是矢量式 应用动量定理时需要规定正方向 3 动量定理中的冲量是合外力的冲量 而不是某一个力的冲量 求合外力的冲量有两种方法 一是先求所有外力的合力 再求合外力的冲量 二是先求每个力的冲量 再求所有外力冲量的矢量和 2 动量定理的应用 1 应用i p求变力的冲量 若作用在物体上的作用力是变力 不能直接用ft求变力的冲量 则可求物体动量的变化 p 等效代换变力的冲量i 2 应用 p ft求恒力作用下物体的动量变化 若作用在物体上的作用力是恒力 可求该力的冲量ft 等效代换动量的变化 3 应用动量定理解题的步骤 选取研究对象 确定所研究的物理过程及其始 终状态 分析研究对象在所研究的物理过程中的受力情况 规定正方向 根据动量定理列式 解方程 统一单位 求得结果 考向1对动量定理的理解与应用 例1 2016 泉州模拟 将质量为0 2kg的小球以初速度6m s水平抛出 抛出点离地的高度为3 2m 不计空气阻力 求 1 小球从抛出到它将要着地的过程中重力的冲量 2 小球将要着地时的动量 答案 1 1 6n s 方向竖直向下 2 2kg m s 方向与水平面成53 夹角斜向下 考向2用动量定理解多过程问题 例2 在水平力f 30n的作用力下 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 解析 解法一用牛顿定律解 在有水平力f作用时 物体做初速度为零的匀加速运动 撤去f后 物体做匀减速运动 由于撤去f前后物体运动的加速度不同 所以用牛顿定律解答时必须分段研究 在受f作用时 物体受到重力 地面支持力fn 水平力f和摩擦力ff作用如图甲 设物体的加速度为a1 选f的方向为正方向 根据牛顿第二定律有 f ff ma1 fn mg 根据滑动摩擦力公式有 ff fn 以上三式联立解得物体做匀加速运动的加速度为 答案 12s 规律总结用动量定理解题的基本思路 1 确定研究对象 在中学阶段用动量定理讨论的问题 其研究对象一般仅限于单个物体 2 对物体进行受力分析 可以先求每个力的冲量 再求各力冲量的矢量和 合力的冲量 或先求合力 再求其冲量 3 抓住过程的初末状态 选好正方向 确定各动量和冲量的正负号 4 根据动量定理列方程 如有必要还需要其他补充方程 最后代入数据求解 考点二动量守恒定律的理解及应用1 动量守恒定律的 五性 2 动量守恒定律的三种表达式及对应意义 1 p p 即系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p 2 p p p 0 即系统总动量的增量为0 3 p1 p2 即两个物体组成的系统中 一部分动量的增量与另一部分动量的增量大小相等 方向相反 3 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 考向1动量守恒条件的判断 例3 多选 如图1 1 3所示 a b两物体的中间用一段细绳相连并有一压缩的弹簧 放在平板小车c上后 a b c均处于静止状态 若地面光滑 则在细绳被剪断后 a b从c上未滑离之前 a b在c上向相反方向滑动的过程中 图1 1 3a 若a b与c之间的摩擦力大小相同 则a b组成的系统动量守恒 a b c组成的系统动量守恒 b 若a b与c之间的摩擦力大小相同 则a b组成的系统动量不守恒 a b c组成的系统动量守恒c 若a b与c之间的摩擦力大小不相同 则a b组成的系统动量不守恒 a b c组成的系统动量不守恒d 若a b与c之间的摩擦力大小不相同 则a b组成的系统动量不守恒 a b c组成的系统动量守恒 解析 当a b两物体组成一个系统时 弹簧的弹力为内力 而a b与c之间的摩擦力为外力 当a b与c之间的摩擦力大小不相等时 a b组成的系统所受合外力不为零 动量不守恒 当a b与c之间的摩擦力大小相等时 a b组成的系统所受合外力为零 动量守恒 对a b c组成的系统 弹簧的弹力及a b与c之间的摩擦力均属于内力 无论a b与c之间的摩擦力大小是否相等 系统所受的合外力均为零 系统的动量守恒 故选项a d正确 答案 ad 考向2动量守恒的计算 例4 2016 南京模拟 如图1 1 4所示 甲 乙两船的总质量 包括船 人和货物 分别为10m 12m 两船沿同一直线同一方向运动 速度分别为2v0 v0 为避免两船相撞 乙船上的人将一质量为m的货物沿水平方向抛向甲船 甲船上的人将货物接住 求抛出货物的最小速度 不计水的阻力 图1 1 4 解析 设乙船上的人抛出货物的最小速度大小为vmin 抛出货物后船的速度为v1 甲船上的人接到货物后船的速度为v2 由动量守恒定律得12m v0 11m v1 m vmin 10m 2v0 m vmin 11m v2 为避免两船相撞应满足v1 v2 联立 式得vmin 4v0 答案 4v0 考点三碰撞 爆炸与反冲1 对碰撞的理解 1 发生碰撞的物体间一般作用力很大 作用时间很短 各物体作用前后各自动量变化显著 物体在作用时间内位移可忽略 2 即使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 故外力的作用可忽略 认为系统的动量是守恒的 3 若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能 则系统碰撞后的总机械能不可能大于碰撞前系统的总机械能 2 物体的碰撞是否为弹性碰撞的判断弹性碰撞是碰撞过程中无机械能损失的碰撞 遵循的规律是动量守恒定律和机械能守恒定律 确切地说是碰撞前后系统动量守恒 动能不变 1 题目中明确告诉物体间的碰撞是弹性碰撞 2 题目中明确告诉是弹性小球 光滑钢球或分子 原子等微观粒子 碰撞的 都是弹性碰撞 3 碰撞现象满足的规律 1 动量守恒定律 2 机械能不增加 3 速度要合理 碰前两物体同向运动 若要发生碰撞 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 4 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 5 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 考向1碰撞规律的应用 例5 2015 课标 如图1 1 5所示 在足够长的光滑水平面上 物体a b c位于同一直线上 a位于b c之间 a的质量为m b c的质量都为m 三者均处于静止状态 现使a以某一速度向右运动 求m和m之间应满足什么条件 才能使a只与b c各发生一次碰撞 设物体间的碰撞都是弹性的 图1 1 5 考向2反冲类问题 例6 平板车停在水平光滑的轨道上 平板车上有一人从固定车上的货厢边沿水平方向跳出 落在平板车地板上的a点 距货厢的水平距离为l 4m 如图1 1 6所示 人的质量为m 车连同货厢的质量为m 4m 货厢高度为h 1 25m 求 图1 1 6 1 车从人跳出后到落到地板期间的反冲速度 2 人落在地板上并站定以后 车还运动吗 车在地面上移动的位移是多少 g取10m s2 人落到车上a点的过程 系统水平方向的动量守恒 水平方向系统不受外力 人落到车上前的水平速度大小仍为v1 车的速度大小为v2 落到车上后设它们的共同速度为v 根据水平方向动量守恒 得mv1 mv2 m m v 则v 0 故人落到车上a点站定后车的速度为零 答案 1 1 6m s 2 车不运动0 8m 考向3动量守恒定律与功能关系的综合应用 例7 2013 新课标全国 在粗糙的水平桌面上有两个静止的木块a和b 两者相距为d 现给a一初速度 使a与b发生弹性正碰 碰撞时间极短 当两木块都停止运动后 相距仍然为d 已知两木块与桌面之间的动摩擦因数均为 b的质量为a的2倍 重力加速度大小为g 求a的初速度的大小 考点四实验 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 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 按照图1 1 7所示安装实验装置 调整固定斜槽使斜槽底端水平 图1 1 7 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1 1 8所示 图1 1 8 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m1op m1om m2on 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 在实验误差允许的范围内 碰撞系统的动量守恒 考向实验原理及数据处理 例8 2014 课标 现利用图1 1 9甲所示的装置验证动量守恒定律 在图甲中 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 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乙所示 图1 1 9 答案 见解析 1 2015 福建理综 如图1 1 10所示 两滑块a b在光滑水平面上沿同一直线相向运动 滑块a的质量为m 速度大小为2v0 方向向右 滑块b的质量为2m 速度大小为v0 方向向左 两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是 随堂巩固 图1 1 10a a和b都向左运动b a和b都向右运动c a静止 b向右运动d a向左运动 b向右运动 解析由于a b碰前总动量为0 由动量守恒可知碰后总动量也为0 因两滑块发生弹性碰撞 故碰后a b一定反向 即a向左运动 b向右运动 选项d正确 答案d 2 一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块a并留在其中 a b用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起 如图