高考物理复习 高效学习方略 141 动量　近代物理初步课件.ppt

第十四章动量近代物理初步 考纲导航考纲展示1 动量 动量守恒定律及其应用 2 弹性碰撞和非弹性碰撞 3 光电效应 4 爱因斯坦光电效应方程 5 氢原子光谱 6 氢原子的能级结构 能级公式 7 原子核的组成 放射性 原子核的衰变 半衰期 8 放射性同位素 9 核力 核反应方程 10 结合能 质量亏损 11 裂变反应和聚变反应 裂变反应堆 12 射线的危害和防护 实验十六 验证动量守恒定律 权威解读1 理解动量 动量的变化等概念 并能与动能区别 2 理解动量守恒的条件 能用动量守恒定律分析碰撞 打击 反冲等问题 3 掌握解决动量守恒定律常用的方法 4 理解 掌握验证 探究动量守恒的实验方法5 认识光电效应现象 理解光电效应规律 并能用光子说解释光电效应规律 6 掌握光电效应方程 会计算逸出功 极限频率 最大初动能等物理量 7 理解玻尔理论对氢原子光谱的解释 掌握氢原子的能级公式并能灵活应用 用氢原子能级图求解原子的能级跃迁问题是高考的热点 8 原子核式结构的发现 原子核的组成 放射性 半衰期等仍会是高考命题的重点 9 了解放射性同位素的应用 了解核力的特点 10 书写核反应方程 能区分核反应的种类和根据质能方程求解核能问题在高考中命题率较高 11 裂变反应 聚变反应的应用 射线的危害和应用等知识与现代科技联系密切 一 动量和动量的变化量 质量 速度 末动量 初动量 mv mv末 mv初 kg m s 速度 力 kg m s 二 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 不受外力 所受外 力矢量和为零 保持不变 2 表达式 1 p p 系统相互作用前的总等于相互作用后的总 2 m1v1 m2v2 m1v 1 m2v 2 相互作用的两个物体组成的系统 作用前的等于作用后的 3 p1 p2 相互作用的两个物体动量的增量 4 p 0 系统总动量的增量 动量 动量 动量之和 动量之和 大小相等 方向相反 为零 3 成立条件 1 理想守恒 系统不受外力或所受外力的 则系统动量守恒 2 近似守恒 系统受到的合外力不为零 但当内力时 系统的动量可认为近似守恒 3 分方向守恒 当某个方向上 在该方向上动量守恒 矢量和为零 远大于外力 不受外力或者所受 外力矢量和为零 1 质量为m的物体放在水平桌面上 用一个水平推力f推物体而物体始终不动 那么在时间t内 力f推物体的冲量应是 a 0b ftc mgtd 无法判断解析b由i ft可得 b正确 2 a b两球在光滑的水平面上沿同一直线发生正碰 作用前a球动量pa 30kg m s b球动量pb 0 碰撞过程中 a球的动量减少了20kg m s 则作用后b球的动量为 a 20kg m sb 10kg m sc 20kg m sd 30kg m s解析c碰撞过程中 a球的动量减少了20kg m s 故此时a球的动量是10kg m s a b两球碰撞前后总动量保持不变为30kg m s 则作用后b球的动量为20kg m s 3 篮球运动员通常要伸出两臂迎接传来的篮球 接球时 两臂随球迅速收缩至胸前 这样做可以 a 减小球对手的冲量b 减小球对人的冲击力c 减小球的动量变化量d 减小球的动能变化量解析b篮球运动员接球的过程中 手对球的冲量等于球的动量的变化量 大小为球入手时的动量 接球时 两臂随球迅速收缩至胸前 并没有减小球对手的冲量 也没有减小球的动量变化量 更没有减小球的动能变化量 而是因延长了手与球的作用时间 从而减小了球对人的冲击力 4 如图所示 弹簧的一端固定在竖直墙上 质量为m的光滑弧形槽静止在光滑水平面上 底部与水平面平滑连接 一个质量也为m的小球从槽高h处开始自由下滑 则下列说法中正确的是 a 在以后的运动过程中 小球和槽的动量始终守恒b 在下滑过程中小球和槽之间的相互作用力始终不做功c 被弹簧反弹后 小球和槽都做速率不变的直线运动d 被弹簧反弹后 小球和槽的机械能守恒 小球能回到槽高h处 解析c当小球与弹簧碰撞后 小球受到了外力 小球与槽的系统动量不再守恒 故a项错 由动能定理知 小球对槽的作用力对槽做正功 同时槽对小球的作用力对小球也做功 故b项错 由水平方向动量守恒 槽与小球分开时速度大小相等 方向相反 0 mv槽 mv球 所以小球被弹簧反弹后不会与槽再发生相互作用 分别做匀速运动 故c项正确 d项错误 5 2011 山东理综 如图所示 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出甲船 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 解析设乙船上的人抛出货物的最小速度为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 要点一动量和动能的比较 冲量及动量定理1 动量和动能的比较 做出f t变化图线 图线与t轴夹的面积即为变力的冲量 对于易确定始 末时刻动量的情况 可用动量定理求解 3 对动量定理的理解和应用 1 对动量定理的理解 方程左边是物体受到所有力的总冲量 而不是某一个力的冲量 其中的f可以是恒力 也可以是变力 如果合外力是变力 则f是合外力在t时间内的平均值 2 动量定理说明的是合外力的冲量i合和动量变化 p的关系 不仅i合与 p大小相等而且 p的方向与i合方向相同 2 应用动量定理时应注意的问题 准确选择研究对象 并进行全面的受力分析 画出受力图 如果在过程中外力有增减 还需进行多次受力分析 在应用动量定理前必须建立一维坐标系 确定正方向 并在受力图上标出 在应用动量定理列式时 已知方向的动量 冲量均需加符号 与正方向一致时为正 反之为负 未知方向的动量 冲量通常先假设为正 解出后再判断其方向 不同时间的冲量可以求和 a 若各力的作用时间相同 且各外力为恒力 可以先求合力 再乘以时间求冲量 i合 f合 t b 若各外力作用时间不同 可以先求出每个外力在相应时间的冲量 然后求各外力冲量的矢量和 即i合 f1t1 f2t2 例1 将质量为0 10kg的小球从离地面20m高处竖直向上抛出 抛出时的初速度为15m s 求 1 小球落地时的动量 2 小球从抛出至落地过程中动量的增量 3 若其初速度方向改为水平 求小球落地时的动量及动量变化量 答案 1 2 5kg m s 方向向下 2 4 0kg m s 方向向下 3 2 5kg m s 2 0kg m s 竖直向下 如图所示 pqs是固定于竖直平面内的光滑的圆周轨道 圆心o在s的正上方 在o和p两点处各有一质量为m的小物块a和b 从同一时刻开始 a自由下落 b沿圆弧下滑 以下说法正确的是 a a b在s点的动量相等b a b在s点的动量不相等c a b落至s点重力的冲量相等d a b落至s点合外力的冲量大小相等 解析bd由机械能守恒定律知 a b落至s点时速率相等 动量的大小相等 由于动量是矢量 a物块在s点的动量为mv 方向竖直向下 b物块为mv 方向水平向左 故a b物块在s点的动量不相等 故a项错 b项正确 两物块在o点和p点同一时刻下落时 a做自由落体运动 下落的加速度为g b沿圆弧做圆周运动 在竖直方向上的平均加速度小于g 故a物块下落的时间比b下落的时间短 则a物块重力的冲量小于b物块重力的冲量 故c项错 由动量定理知 合外力的冲量等于动量的改变量 a b物块动量的改变量为mv 大小相等 方向不同 故d项正确 要点二碰撞 爆炸和反冲1 碰撞问题 1 碰撞的种类及特点 当质量大的球碰质量小的球时 v 1 0 v 2 0 碰撞后两球都向前运动 当质量小的球碰质量大的球时 v 10 碰撞后质量小的球被反弹回来 3 碰撞现象满足的三个规律 动量守恒 机械能不增加 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 若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 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 爆炸和碰撞的时间极短 因而作用过程中 物体产生的位移很小 一般可忽略不计 可以认为爆炸或碰撞后仍然从爆炸或碰撞前的位置以新的动量开始运动 3 反冲现象 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 例2 2011 海南高考 一质量为2m的物体p静止于光滑水平地面上 其截面如图所示 图中ab为粗糙的水平面 长度为l bc为一光滑斜面 斜面和水平面通过与ab和bc均相切的长度可忽略的光滑圆弧连接 现有一质量为m的木块以大小为v0的水平初速度从a点向左运动 在斜面上上升的最大高度为h 返回后在到达a点前与物体p相对静止 重力加速度为g 求 1 木块在ab段受到的摩擦力ff 2 木块最后距a点的距离x 解析b先画出示意图 人 船系统动量守恒 总动量始终为零 所以人 船动量大小始终相等 从图中可以看出 人 船的位移大小之和等于l 设人 船位移大小分别为l1 l2 则 解析设向右为正方向 a与c黏合在一起的共同速度为v 由动量守恒定律得mv1 2mv 为保证b碰挡板前a未能追上b 应满足v v2 设a与b碰后的共同速度为v 由动量守恒定律得 2010 全国新课标理综 如图所示 光滑的水平地面上有一木块 其左端放有一重物 右方有一竖直的墙 重物质量为木板质量的2倍 重物与木板间的动摩擦因数为 使木板与重物以共同的速度v0向右运动 某时刻木板与墙发生弹性碰撞 碰撞时间极短 求木板从第一次与墙碰撞到再次碰墙所经历的时间 设木板足够长 重物始终在木板上 重力加速度为g 解析本题考查牛顿第二定律 动量定理与动量守恒定律 意在考查考生对动量定理与动量守恒定律的理解 并能利用动量守恒定律解答碰撞类问题 第一次与墙碰撞后 木板的速度反向 大小不变 此后木板向左做匀减速运动 重物向右做匀减速运动 最后木板和重物达到一共同的速度v 设木板的质量为m 重物的质量为2m 取向右为动量的正向 由动量守恒定律得 2mv0 mv0 3mv 设从第一次与墙碰撞到重物和木板具有共同速度v所用的时间为t1 对木板应用动量定理得2 mgt1 mv m v0 由牛顿第二定律得2 mg ma 式中a为木板的加速度 在达到共同速度v时 木板离墙的距离l为 易错点 忽略了碰撞 例 如图所示 一轻质弹簧两端连着物体a和物体b 放在光滑的水平面上 水平速度为v0的子弹射中物体a并嵌在其中 作用时间极短 已知物体b的质量为mb 物体a的质量是物体b的质量的3 4 子弹的质量是物体b的质量的1 4 求弹簧被压缩到最短时的弹性势能 正确解答 子弹射入物体a的过程中 由动量守恒定律得 mv0 m ma v1当物体a 包括子弹 b的速度相等时 弹簧被压缩到最短 弹性势能最大 由动量守恒定律得 m ma v1 m ma mb v2 规律方法 子弹射入物体a的过程 为非弹性碰撞过程 子弹和物体a组成的系统动量守恒 但有一部分动能转化为内能 故机械能不守恒 子弹嵌入物体a压缩弹簧的过程中物体a 包括子弹 物体b组成的系统机械能守恒 所以全过程机械能并不守恒 要准确掌握两个定律的适用条件 动量是否守恒是看系统的合外力是否为零 或近似为零 而机械能是否守恒是看系统有没有机械能转化为其他形式的能 对全过程要特别注意某个非弹性碰撞过程的机械能损失 1 下列情况中 物体的动量不变的是 a 在平直路面上匀速前进的汽车b 汽车在转弯的过程中 速度的大小不变c 水平飞来的球撞到竖直墙面后又沿原路返回d 做匀速直线运动的洒水车正在洒水解析a动量是矢量 大小为mv 方向为速度的方向 故只有a项正确 2 质量为1kg的小球从离地5m的高处自由落下 与地面碰撞后 上升的最大高度是3 2m 设球与地面相碰时球给地面的平均冲力是100n 则球与地面的接触时间为 取g 10m s2 a 0 18sb 0 20sc 0 22sd 0 02s 3 2010 福建理综 如图所示 一个木箱原来静止在光滑水平面上 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 a 小木块和木箱最终都将静止b 小木块最终将相对木箱静止 二者一起向右运动c 小木块在木箱内壁将始终来回往复碰撞 而木箱一直向右运动d 如果小木块与木箱的左壁碰撞后相对木箱静止 则二者将一起向左运动 解析b本题意在考查学生对动量守恒定律的理解和应用能力 木箱和小木块组成的系统 所受合外力为零 故系统动量守恒 系统初动量向右 故小木块相对木箱静止后 系统总动量也向右 故b项正确 a d项错 而由于小木块与木箱间的摩擦 系统的机械能不断减少 c项错 4 幼儿园的一个小朋友骑一辆小车置于光滑水平地面上 车左端固定一水平弹簧枪 右端安一网兜 若从弹簧枪中发射一粒弹丸 恰好落在网兜内 结果小车将 空气阻力不计 a 向左移动一段距离停下b 在原位置没动c 向右移动