高中物理 1.3 动量守恒定律的案例分析精品课件 沪科版选修35.ppt

1 3动量守恒定律的案例分析 核心要点突破 课堂互动讲练 课前自主学案 知能优化训练 1 3 课标定位 学习目标 1 掌握运用动量守恒定律解决问题的一般步骤 2 知道反冲现象和火箭的工作原理 了解我国的航空 航天事业的巨大成就 激发学生热爱祖国的情感 重点难点 能够运用动量守恒定律分析 解决有关反冲现象 课标定位 课前自主学案 一 动量守恒定律的应用动量守恒定律是物理学中最常用的定律之一 它在理论探索和实践应用中均发挥了巨大的作用 用动量守恒定律来研究碰撞 爆炸问题时 只需考虑物体初 末状态的 因此往往比 定律更为简便 动量 牛顿运动 二 研究反冲现象1 反冲 物体系统的一部分向某方向运动 而其余部分向 运动的现象 和 的飞行都利用了反冲现象2 研究原理 研究反冲现象的重要依据是 相反方向 喷气式飞机 火箭 动量守恒定律 思考感悟坦克作为 陆战之王 通常都具有较大的吨位 可即使世界上最大的重型坦克 在其进行射击训练时 我们总能看到其塔座剧烈的震动 你能解释这是为什么吗 提示 在坦克发射炮弹的瞬间 坦克和炮弹发生强烈的相互作用 炮弹向前飞出后 坦克必然会产生向后运动的趋势 因为二者组成的系统在水平方向的动量是守恒的 核心要点突破 一 动量守恒定律与牛顿运动定律的联系与区别1 动量守恒定律可以根据牛顿第二 第三定律导出设质量为m1和m2的物体相互作用的时间为t 相互作用力为f和f 除此之外 物体不受其他外力的作用 作用前后的速度分别为v1 v2和v1 v2 根据牛顿第二定律有 ft m1a1t m1 v1 v1 m1v1 m1v1f t m2a2t m2 v2 v2 m2v2 m2v2根据牛顿第三定律f f所以m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 2 牛顿第二定律有一定的局限性 只适用于低速宏观物体 动量守恒定律 不仅适用于低速宏观物体 而且适用于高速微观粒子 具有普遍性 3 牛顿第二定律应用时要注意细节 而应用动量守恒定律时 只需考虑物体初 末状态的动量 所以动量守恒定律比牛顿运动定律更简便 4 应用动量守恒定律解题步骤 1 明确研究对象 即 要明确对哪个系统 对哪个过程应用动量守恒定律 2 分析系统所受的外力 内力 判定系统动量是否守恒 3 分析系统初 末状态各质点的速度 明确系统初 末状态的动量 4 规定正方向 列方程 5 解方程 如解出两个答案或带有负号要说明其意义 特别提醒 动量守恒定律研究的是相互作用的系统 而不是单个物体 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 质量为3kg的小球a在光滑水平面上以6m s的速度向右运动 恰遇上质量为5kg的小球b以4m s的速度向左运动 碰撞后b球恰好静止 求碰撞后a球的速度 答案 0 67m s方向向左 二 对反冲运动的进一步理解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 相互作用的内力一般情况下远大于外力 所以可以用动量守恒定律来处理 3 反冲运动中 由于有其他形式的能转变为机械能 所以系统的总动能增加 2 讨论反冲运动时 应注意的问题 1 相对速度问题 反冲运动的问题中 有时遇到的速度是相互作用的两物体的相对速度 由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度 通常为对地的速度 因此应先将相对速度转换成对地的速度后 再列动量守恒定律方程 2 变质量问题 在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动 如在火箭的运动过程中 随着燃料的消耗 火箭本身的质量不断减小 此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象 取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究 3 反冲现象的应用及防止 1 反冲是生活和生产实践中常见的一种现象 喷气式飞机和火箭是反冲的重要应用 它们都是靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度的 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2000m s 4000m s 质量比 指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 喷气速度越大 质量比越大 火箭获得的速度越大 特别提醒 1 内力的存在 不会影响系统的动量守恒 2 内力做的功往往会改变系统的总动能 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 一辆小车置于光滑水平桌面上 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 向右移动一段距离停下d 一直向左移动 解析 选a 弹簧枪发射弹丸后 依靠反冲小车向左运动 与飞行的弹丸落入右端网兜时 因动量守恒 小车又停止 故a正确 课堂互动讲练 质量为m 2kg的小平板车静止在光滑水平面上 车的一端静止着质量为ma 2kg的物体a 可视为质点 如图1 3 1所示 一颗质量为mb 20g的子弹以600m s的水平速度射穿a后 速度变为100m s 最后物体a仍静止在车上 若物体a与小车间的动摩擦因数 0 5 取g 10m s2 求平板车最后的速度是多大 图1 3 1 思路点拨 子弹射穿a的过程极短 因此车对a的摩擦力作用可略去 即认为子弹和a组成的系统水平方向动量守恒 同时 由于作用时间极短 可认为a的位置没有发生变化 精讲精析 子弹击穿a后 a在水平方向获得一个速度va 最后当a相对车静止时 它们的共同速度为v 答案 2 5m s 规律总结 对相互作用的物体 要搞清物体发生了哪些过程 哪个过程是满足动量守恒的 在作用时间极短的过程时 一般是内力远大于外力 动量是守恒的 如图1 3 2所示 长为l 质量为m的小船停在静水中 一个质量为m的人站在船头 若不计水的阻力 在人从船头走到船尾的过程中 人和船对地面的位移各是多少 图1 3 2 思路点拨 选人和船组成的系统为研究对象 由于人从船头走到船尾的过程中 系统在水平方向不受外力作用 所以水平方向动量守恒 精讲精析 人起步前系统总动量为零 当人加速前进时 船同时向后加速运动 人匀速前进时 船同时向后匀速运动 当人停下时 船也停下 为了简化问题 我们假设人 船均匀速运动 设人的速度为v1 船的速度为v2 以人的运动方向为正方向 规律总结 此题目代表一类问题即 人船模型 一个原来处于静止状态的系统 在系统内物体发生相对运动的过程中 有一个方向动量守恒 此时有ms1 ms2成立 其中s1 s2为相对同一参考系的位移 据报道 神舟七号 宇宙飞船计划承载三名宇航员于2008年9月底发射升空 假设一个宇航员 连同装备的总质量为100kg 在空间跟飞船相距45m处相对飞船处于静止状态 他带有一个装有0 5kg氧气的贮氧筒 贮氧筒上有一个可以使氧气以50m s的相对速度喷出的喷嘴 宇航员必须向着跟返回飞船方向相反的方向释放氧气 才能回到飞船上去 同时又必须保留一部分氧气供他在返回飞船的途中呼吸 已知宇船员呼吸的耗氧率为2 5 10 4kg s 试问 1 如果他在准备返回飞船的瞬时 释放0 15kg的氧气 他能安全地回到飞船吗 2 宇航员安全地返回飞船的最长和最短时间分别为多少 思路点拨 宇航员使用氧气喷嘴喷出一部分氧气后 根据动量守恒定律 可以计算出宇航员返回的速度 根据宇航员离开飞船的距离和返回速度 可以求出宇航员返回的时间 即可求出这段时间内宇航员要消耗的氧气 再和喷射后剩余氧气质量相比 即可得到答案 宇航员返回途中所耗氧气m kt 2 5 10 4 600kg 0 15kg 氧气筒喷射后所余氧气m m0 m 0 5 0 15 kg 0 35kg因为m m 所以宇航员能顺利返回飞船 答案 1 能 2 1800s200s 误区警示 分析本题易忽略将50m s的相对速度转化为绝对速度 以飞船为参考系