高考物理一轮复习课件 第14单元动量课件 新人教版 浙江专版.ppt

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课时安排 本单元建议安排5课时 第56讲 第57讲各2课时 单元训练1课时 第56讲 动量动量定理动量守恒定律 第56讲动量动量定理动量守恒定律 第十四单元 编读互动 1 本讲的复习重点是动量的概念及动量守恒定律应用 要明确动量守恒定律的适用条件 通过分析系统内物体相互作用的过程及始末状态 能正确建立动量守恒的关系 对碰撞中的动量守恒要掌握其特点规律及主要应用 在复习本讲内容时 要把握新课程标准对本讲内容的要求及课标高考命题的特点 不做过难 过复杂的题目 只需理解动量的概念 掌握动量守恒定律的基本应用 2 本讲教学可按下面的思路展开 1 通过例1及变式题复习对动量定理的理解 第十四单元 编读互动 2 通过例2及变式题复习动量守恒的条件 3 通过例3及变式题使学生进一步理解动量守恒定律 学会利用动量守恒定律解题的一般思路和方法 4 通过例4及变式题复习碰撞问题中的动量守恒和能量问题 3 本讲建议安排2课时 第56讲 考点自主梳理 知识点一动量 1 定义 物体的 与 的乘积 2 表达式 p 3 动量的三性 1 矢量性 方向与 的方向相同 2 瞬时性 动量是描述物体运动状态的物理量 是针对某一 而言的 3 相对性 大小与参考系的选取有关 通常情况是指相对 的动量 质量 速度 mv 瞬时速度 时刻 地面 第56讲 考向互动探究 知识点二动量的变化量 1 定义 物体的 与 之矢量差叫做物体动量的变化 2 表达式 3 矢量性 动量的变化等于末状态动量减初状态的动量 注意提前规定正方向 p的方向与 v的方向 4 动量的变化也叫动量的增量或动量的改变量 末动量 初动量 p m v 相同 第56讲 考向互动探究 知识点三冲量 1 定义 与 的乘积叫冲量 2 表达式 i 单位 它反映了力的作用对 的积累效果 3 方向 冲量是矢量 恒力冲量的方向与力的方向 力 作用时间 i ft 牛 秒 n s 时间 相同 动量变化 第56讲 考向互动探究 知识点四动量定理 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 公式 ft 或i 说明 1 f指合外力 2 注意表达式中物理量的方向性 3 当力是变力时 f合指变力在作用时间内的平均作用力 冲量 2 ft mv mv i p 第56讲 考向互动探究 知识点五动量守恒定律 1 定律内容 一个系统 或者 之和为零时 这个系统的总动量保持不变 2 公式表达 m1v1 m2v2 不受外力 合外力 m1v1 m2v2 第56讲 考向互动探究 知识点六碰撞 1 特点 作用时间极短 内力 相互碰撞力 外力 总动量守恒 2 分类 1 弹性碰撞 既满足 又满足 碰撞中没有机械能损失 2 非弹性碰撞 碰撞后总机械能 碰撞前总机械能 满足 碰撞中有机械能损失 远大于 动量守恒 机械能守恒 小于 动量守恒 第56讲 考向互动探究 3 完全非弹性碰撞 只满足 不满足机械能守恒 两物体碰后速度相等并粘在一起运动 系统机械能损失 3 分析角度 1 动量角度 碰撞过程满足动量守恒 2 机械能角度 碰撞后总机械能小于或等于碰撞前总机械能 3 运动角度 关注碰撞前后的速度关系等 动量守恒 最多 第56讲 考向互动探究 知识点七反冲运动 1 反冲现象 在系统内力作用下 系统内一部分物体向某方向发生动量变化 而其余部分物体向相反的方向发生动量变化的现象 2 应用 如火箭 喷气式飞机等就是利用了反冲运动的原理 3 特点 在反冲运动中 系统的 是守恒的 动量 第56讲 考向互动探究 探究考向一对动量定理的理解 1 定理反映了合外力冲量是物体动量变化的原因 2 动量定理不仅适用于恒力 也适用于变力 对于变力的情况 动量定理中的f应理解为 变力在作用时间内的平均值 3 在运用动量定理时 应该遵循矢量运算的平行四边形定则 也可采用正交分解法 将矢量运算转为代数运算 4 动量定理不仅适用于宏观低速物体 对微观现象和高速运动仍然适用 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 变式题将质量为500g的杯子放在磅秤上 一水龙头以每秒700g水的流量注入杯中 注到10s末时 磅秤的示数为78 5n 则注入杯中水流的速度为多少 g取10m s2 答案 5m s 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 探究考向二对动量守恒定律适用条件的理解 1 动能与动量的比较 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 温馨提示 1 物体动能改变 动量一定改变 但动量改变 动能却不一定改变 如匀速圆周运动中物体的速度大小不变 动能不变 但速度方向变化 故动量一定变化 2 动量是状态量 在谈及动量时 必须明确是物体在哪个时刻或哪个状态所具有的动量 2 动量守恒的条件 1 系统不受外力或所受外力的合力为零 则系统动量守恒 2 当系统受到的合外力不为零 但内力远大于外力时 系统的动量可看成近似守恒 如碰撞 爆炸 反冲类问题中 内力远大于外力 外力忽略不计 可认为系统的动量守恒 第56讲 考向互动探究 3 当某个方向上受合外力为零时 在该方向上动量守恒 3 动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 例2如图56 2所示 a b两物体质量之比ma mb 3 2 原来静止在平板小车c上 a b间有一根被压缩的弹簧 地面光滑 当弹簧突然释放后 则 图56 2 bcd 第56讲 考向互动探究 a 若a b与平板车上表面间的动摩擦因数相同 a b组成系统的动量守恒b 若a b与平板车上表面间的动摩擦因数相同 a b c组成系统的动量守恒c 若a b所受的摩擦力大小相等 a b组成系统的动量守恒d 若a b所受的摩擦力大小相等 a b c组成系统的动量守恒 第56讲 考向互动探究 解析 如果a b与平板车上表面间的动摩擦因数相同 弹簧释放后 a b分别相对小车向左 向右滑动 它们所受的滑动摩擦力fa向右 fb向左 由于ma mb 3 2 所以fa fb 3 2 则a b组成系统所受的外力之和不为零 故其动量不守恒 a选项错误 对a b c组成的系统 a与c b与c间的摩擦力为内力 该系统所受的外力为竖直方向的重力和支持力 它们的合力为零 故该系统的动量守恒 b d选项均正确 若a b所受摩擦力大小相等 则a b组成系统的外力之和为零 故其动量守恒 c选项正确 第56讲 考向互动探究 点评 1 判断系统的动量是否守恒时 要注意动量守恒的条件是系统不受外力或所受的合外力为零 因此 本题的难点是要分清系统中的物体所受的力哪些是内力 哪些是外力 2 在同一物理过程中 系统的动量是否守恒 与系统的选取密切相关 如本题中第一种情况a b组成的系统的动量不守恒 而a b c组成的系统的动量却是守恒的 因此 在利用动量守恒定律解决问题时 一定要明确在哪一过程中哪些物体组成的系统的动量是守恒的 即要明确研究对象的过程 并进一步分析动量守恒的条件 试看下面的变式题 第56讲 考向互动探究 变式题 2011 苏北模拟 如图56 3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 图56 3 c 第56讲 考向互动探究 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 第56讲 考向互动探究 解析 根据动量守恒的条件可知 男孩 小车与木箱组成的系统动量守恒 木箱的动量增量与男孩 小车的总动量增量大小相等 方向相反 选项c正确 第56讲 考向互动探究 探究考向三动量守恒定律的一般应用 1 动量守恒定律的 四性 1 矢量性 动量守恒定律表达式是矢量方程 在解题时应规定正方向 2 同一性 定律表达式中的速度应相对同一参考系 一般以地面为参考系 3 瞬时性 定律中的初态动量是相互作用前同一时刻的瞬时值 末态动量对应相互作用后同一时刻的瞬时值 4 普适性 它不仅适用于两个物体所组成的系统 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 第56讲 考向互动探究 2 应用动量守恒定律解决问题的基本思路和方法 1 分析题意 明确研究对象 在分析相互作用的物体总动量是否守恒时 通常把这些被研究的物体统称为系统 对于比较复杂的物理过程 要采用程序法对全过程进行分段分析 要明确在哪些阶段中 哪些物体发生相互作用 从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的 2 对各阶段所选系统内的物体进行受力分析 弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力 哪些是作用于系统的外力 在受力分析的基础上根据动量守恒的条件 判断能否应用动量守恒定律 第56讲 考向互动探究 3 明确所研究的相互作用过程 确定过程的始末状态 即系统内各个物体的初动量和末动量的值或表达式 注意 在研究地面上物体间相互作用的过程时 各物体运动的速度均应取地球为参考系 4 确定正方向 建立动量守恒方程求解 第56讲 考向互动探究 答案 4v0 第56讲 考向互动探究 规范解答 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 第56讲 考向互动探究 主编剖析 本题在原卷中5分 式各1分 式2分 在解答过程中必须说明研究对象 物理过程和物理方程的来历 物理方程中的字母书写要规范 解决这类问题一定正确选取研究对象 系统 然后判断系统是否满足动量守恒 在系统满足动量守恒的条件下 列出相应的动量守恒定律方程 列方程时要注意各个物体的动量的方向 关于图象与动量的结合问题 通过下面的变式题来分析 第56讲 考向互动探究 变式题如图56 5甲所示 光滑水平面上有a b两物块 已知a物块的质量ma 1kg 初始时刻b静止 a以一定的初速度向右运动 之后与b发生碰撞并一起运动 它们的位移 时间图象如图56 5乙所示 规定向右为位移的正方向 则物体b的质量为多少 第56讲 考向互动探究 答案 3kg 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 探究考向四碰撞中的动量与能量 1 碰撞的种类及特点 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 结论 1 当两球质量相等时 两球碰撞后交换了速度 2 当质量大的球碰质量小的球时 碰撞后两球都向前运动 3 当质量小的球碰质量大的球时 碰撞后质量小的球被反弹回来 3 解析碰撞问题的一般方法解析碰撞类问题时 一般从以下三个方面分析 1 动量守恒 2 碰撞中机械能不增加 3 碰撞中物体的速度变化情况 若物体所受撞击力方向跟物体的初速度方向相同 则碰撞后 物体的速度增大 若撞击力与物体的初速度方向相反 则碰撞后 物体的速度减小甚至反向 第56讲 考向互动探究 4 常见的力学模型及结论 第56讲 考向互动探究 例4 2011 课标全国卷 如图56 6所示 a b c三个木块的质量均为m 置于光滑的水平桌面上 b c之间有一轻质弹簧 弹簧的两端与木块接触而不固连 将弹簧压紧到不能再压缩时用细线把b和c紧连 使弹簧不能伸展 以至于b c可视为一个整体 现a以初速v0沿b c的连线方向朝b运动 与b相碰并粘合在一起 以后细线突然断开 弹簧伸展 从而使c与a b分离 已知c离开弹簧后的速度恰为v0 求弹簧释放的势能 第56讲 考向互动探究 图56 6 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 第56讲 考向互动探究 点评 由于弹簧不能再压缩 a与b碰撞时 b c可以作为一个整体 a b c系统的动量守恒 不是a b两物体的动量守恒 这一点是解题的关键 关于动量和能量的计算 进一步看下面的变式题 第56讲 考向互动探究 变式题 2010 海南师大附中月考 两物块a b质量均为2kg 用轻弹簧相连 初始时弹簧处于原长 a b两物块都以v 6m s的速度在光滑的水平地面上运动 质量4kg的物块c静止在前方 如图56 7所示 b与c碰撞后二者会粘在一起运动 求在以后的运动中 1 当弹簧的弹性势能最大时 物块a的速度为多大 2 系统中弹性势能的最大值是多少 第56讲 考向互动探究 图56 7 第56讲 考向互动探究 答案 1 3m s 2 12j 第56讲 考向互动探究 第57讲 实验 探究碰撞中的不变量 第57讲实验 探究碰撞中的不变量 第十四单元 编读互动 1 本讲复习验证碰撞中的动量守恒 实验中涉及知识有动量守恒定律 平抛运动规律等 要让学生重点理解实验的原理 掌握实验操作的技巧 数据处理的方法以及其它验证动量守恒的设计方案 2 本讲教学可以按下面的思路安排 1 复习本实验应从对实验原理的理解和掌握入手 讲清验证碰撞过程满足动量守恒定律的关键是通过实验测出碰撞前后两物体的速度 同时要合理控制实验条件 2 通过例1理解实验的原理 掌握实验操作的方法 第十四单元 编读互动 3 通过例2及变式题使学生学会本实验中数据处理的方法 了解产生误差的原因 4 通过例3及变式题了解本实验的其他设计方案 如用气垫导轨 打点计时器等方法进行实验 3 本讲建议安排2课时 第57讲 考点自主梳理 知识点一实验目的 探究碰撞中的守恒量 第57讲 考向互动探究 知识点二实验原理 1 如图57 1所示 让质量较大的小球与静止的质量较小的小球正碰 根据动量守恒定律应有 m1v1 m1v1 m2v2 图57 1 第57讲 考向互动探究 2 因小球从斜槽上滚下后做平抛运动 其水平速度等于水平位移和运动时间的比 而各小球运动时间相同 则它们的水平 之比等于它们的水平速度之比 则动量守恒时有 m1 op m1 om m2 on 若能测出m1 m2及op om和on并代入上式 即可验证碰撞中动量是否守恒 位移 第57讲 考向互动探究 知识点三实验器材 实验装置如图57 2所示 重垂线一条 大小相等 质量不同的小球两个 白纸 复写纸 刻度尺 圆规一个 斜槽 天平 砝码 第57讲 考向互动探究 知识点四实验步骤 1 将斜槽固定在桌边使末端点的切线 图57 2 水平 第57讲 考向互动探究 2 在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸 用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上o点 3 不放被碰小球时 让入射小球10次都从斜槽同一高度由静止开始滚下落在复写纸上 用圆规找出落点的平均位置p点 4 把被碰小球放在槽口末端 然后让入射球在同一高度滚下与被碰小球碰10次 用圆规找出入射小球和被碰小球的平均位置m n 5 用天平测出两个球的质量 用刻度尺测出on op om的长度 6 将数据代入m1 op m1 om m2 on 验证碰撞过程中的动量是否守恒 第57讲 考向互动探究 探究考向一实验原理与实验操作 让质量较大的小球m1与静止的质量较小的小球m2碰撞 要验证m1v1 m1v1 m2v2 只需测量碰撞前后小球的速度 本实验中较巧妙地借助平抛运动的规律 将速度的测量转化为水平位移的测量 只需验证m1 op m1 om m2 on即可 保证 水平 和 正碰 及正确测量三个落点的相对位置p m n是实验成败的关键 实验操作时应注意 第57讲 考向互动探究 1 入射小球m1和被碰小球m2大小应完全相同 且m1 m2 2 入射小球每次都必须从斜槽上同一高度处由静止滚下 3 斜槽末端切线方向必须水平 被碰小球放在斜槽前端边缘处 4 两球碰撞时 球心等高或在同一水平线上 第57讲 考向互动探究 例1 2011 丰台期末 如图57 3所示为 验证动量守恒定律 的实验装置 图57 3 第57讲 考向互动探究 1 下列说法中符合本实验要求的是 选填选项前面的字母 a 入射球比靶球质量大或者小均可 但二者的直径必须相同b 在同一组实验的不同碰撞中 每次入射球必须从同一高度由静止释放c 安装轨道时 轨道末端必须水平d 需要使用的测量仪器有天平 刻度尺和秒表 bc 第57讲 考向互动探究 2 实验中记录了轨道末端在记录纸上的竖直投影为o点 经多次释放入射球 在记录纸上找到了两球平均落点位置为m p n 并测得它们到o点的距离分别为om op和on 已知入射球的质量为m1 靶球的质量为m2 如果测得m1 om m2 on近似等于 则认为成功验证了碰撞中的动量守恒 m1 op 第57讲 考向互动探究 解析 1 为了不使入射小球反弹回去 入射小球质量必须大于靶球的质量 为了保证小球每次平抛的初速度相同 每次入射小球必须从同一高度由静止释放 为了使小球做平抛运动 轨道末端必须水平 测量仪器不需要秒表 选项b c正确 2 从图中可以看出 m n分别是碰后两球的落地点的位置 p是碰前入射球的落地点的位置 用op代表入射小球碰前的速度 用om代表入射球碰后的速度 用on代表靶球碰后的速度 碰前的总动量为 m1 op 碰后的总动量为 m1 om m2 on 碰前的总动量与碰后的总动量近似相等 就验证了碰撞中的动量守恒 即 m1 om m2 on近似等于m1 op 第57讲 考向互动探究 点评 碰撞中为了减小实验误差 入射球碰撞前后的速度方向必须相同 小球离开轨道必须做平抛运动 由于小球平抛运动的时间相同 因此可以用小球平抛的水平位移代表小球平抛的初速度 从而写出碰前和碰后的总动量表达式 第57讲 考向互动探究 变式题 验证动量守恒定律 的实验装置原来的教科书采用图57 4甲所示的方法 经过编者修改后 现行的教科书采用图乙所示的方法 两个实验装置的区别在于 悬挂重垂线的位置不同 图甲中设计有一个支柱 通过调整 可使两球的球心在同一水平线上 上面的小球被碰开后 支柱立即倒下 图乙中没有支柱 图甲入射小球和被碰小球做平抛运动的抛出点分别在通过o o 点的竖直线上 重垂线只确定了o点的位置 比较这两个实验装置 下列说法正确的是 ad 第57讲 考向互动探究 图57 4 第57讲 考向互动探究 a 采用图甲的实验装置时 需要测出两小球的直径b 采用图乙的实验装置时 需要测出两小球的直径c 为了减小误差 采用图甲的实验装置时 应使斜槽末端水平部分光滑d 为了减小误差 采用图乙的实验装置时 应使斜槽末端水平部分光滑 第57讲 考向互动探究 解析 甲图中两小球的平抛运动的起点不同 而乙图中起点均是斜槽末端 所以采用图甲的实验装置时 应测出小球直径 乙图中 入射小球碰撞后还需在斜槽末端上运动一段位移 即小球直径 后才能平抛 所以为了减小误差 采用图乙的实验装置时 应使斜槽末端水平部分光滑 第57讲 考向互动探究 探究考向二数据处理与误差分析 方法概述 1 数据处理本实验运用等效代换法 即用小球做平抛运动的水平位移代替平抛初速度 由于本实验仅限于研究系统在碰撞前后动量的关系 所以在研究时 各物理量的单位不一定要统一使用国际单位制单位 2 误差分析实验中发现碰撞后系统 m1 m2 水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量 误差主要来源于 第57讲 考向互动探究 1 难做到准确的正碰 则误差较大 斜槽末端若不水平 则得不到准确的平抛运动而造成误差 2 o p m n各点定位不准确 测量和作图有偏差 第57讲 考向互动探究 例2 2011 北京卷 如图57 5所示 用 碰撞实验器 可以验证动量守恒定律 即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系 图57 5 第57讲 考向互动探究 1 实验中 直接测定小球碰撞前后的速度是不容易的 但是 可以通过仅测量 填选项前的序号 间接地解决这个问题 a 小球开始释放高度hb 小球抛出点距地面的高度hc 小球做平抛运动的射程 c 第57讲 考向互动探究 2 图57 5中o点是小球抛出点在地面上的垂直投影 实验时 先让入射球m1多次从斜轨上s位置静止释放 找到其平均落地点的位置p 测量平抛射程op 然后 把被碰小球m2静置于轨道的水平部分 再将入射球m1从斜轨s位置静止释放 与小球m2相撞 并多次重复 接下来要完成的必要步骤是 填选项的符号 a 用天平测量两个小球的质量m1 m2b 测量小球m1开始释放高度hc 测量抛出点距地面的高度hd 分别找到m1 m2相碰后平均落地点的位置m ne 测量平抛射程om on de或dea或dae 第57讲 考向互动探究 3 若两球相碰前后的动量守恒 其表达式可表示为 用 2 中测量的量表示 若碰撞是弹性碰撞 那么还应满足的表达式为 用 2 中测量的量表示 4 经测定 m1 45 0g m2 7 5g 小球落地点的平均位置距o点的距离如图57 6所示 m1 om m2 on m1 op m1 om2 m2 on2 m1 op2 第57讲 考向互动探究 图57 6碰撞前 后m1的动量分别为p1与p1 则p1 p1 11 若碰撞结束时m2的动量为p2 则p1 p2 11 14 2 9 2 9 第57讲 考向互动探究 5 有同学认为 在上述实验中仅更换两个小球的材质 其他条件不变 可以使被碰小球做平抛运动的射程增大 请你用 4 中已知的数据 分析和计算出被碰小球m2平抛运动射程on的最大值为 cm 1 1 01 76 8 第57讲 考向互动探究 方法点拨 在计算碰前动量和碰后动量的比值时 要根据要求进行化简 只有机械能不损失的条件下 被碰小球平抛运动的射程才会最大 第57讲 考向互动探究 第57讲 考向互动探究 第57讲 考向互动探究 p 第57讲 考向互动探究 2 第57讲 考向互动探究 第57讲 考向互动探究 探究考向三同类实验拓展与创新 验证碰撞过程满足动量守恒定律的关键是通过实验测出碰撞前后两物体的速度 我们可以用以下几种方案设计并完成实验 方案一 利用气垫导轨验证动量守恒定律1 实验器材 气垫导轨 光电计时器 天平 滑块 两个 重物 弹簧片 细绳 弹性碰撞架 胶布 撞针 橡皮泥 2 实验方法 1 测质量 用天平测出滑块质量 2 安装 按图57 8所示 正确安装好气垫导轨 第57讲 考向互动探究 图57 8 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 a 改变滑块的质量 b 改变滑块的初速度大小和方向 第57讲 考向互动探究 4 验证 一维碰撞中的动量守恒 方案二 利用等长悬线悬挂等大小球验证动量守恒定律1 实验器材 带细线的摆球 两套 铁架台 天平 量角器 坐标纸 胶布等 2 实验方法 1 测质量 用天平测出两小球的质量m1 m2 第57讲 考向互动探究 图57 9 2 安装 如图57 9所示 把两个等大小球用等长悬线悬挂起来 第57讲 考向互动探究 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 方案三 在光滑桌面上两车碰撞验证动量守恒定律1 实验器材 光滑长木板 打点计时器 纸带 小车 两个 天平 撞针 橡皮泥 2 实验方法 第57讲 考向互动探究 2