高考物理一轮复习 第6章 第3课时 碰撞 反冲课件 粤教版.ppt

广州出版社 2015年五羊高考 高考总复习物理 课件 2015年五羊高考物理复习 第3课时碰撞反冲 课前自主解读 1 碰撞 正碰碰撞是指两个 或两个以上 的物体在相遇的极短时间内产生的非常大的相互作用力的现象 两个物体相碰前 后速度方向总在同一直线上的碰撞称为正碰 1 碰撞 爆炸过程特点像碰撞 爆炸类问题中 作用时间极短 相互作用力极大 往往系统内力远远大于外力 系统总动量守恒 另外 由于作用时间极短 往往在碰撞过程中物体位置变化忽略不计 2 正碰的分类 非弹性正碰 在非弹性力作用下 系统内部分机械能转化为内能的碰撞 若碰撞后两物体合为一体 系统机械能损失最多 则这类碰撞称为完全非弹性碰撞 完全弹性正碰 在弹性力作用下 物体间只存在机械能的转移与转化 系统内机械能守恒 如图3 1所示 在光滑水平面上质量为m1的弹性小球以速度v0与静止小球m2发生正碰 设碰后m1 m2速度分别为v1 v2则 m1v0 m1v1 m2v2可得 当m1 m2时 由上式可知v1 0 v2 v0 此现象可称为 速度交换 当m1远远大于m2时 由上式可得v1 v0 v2 2v0 2 反冲运动一个静止的物体在内力作用下分裂为两部分 一部分向某方向运动 另一部分必然向相反方向运动 这种现象称为反冲 1 在反冲运动中 满足系统所受合外力为零 或内力远远大于外力的条件 系统动量守恒 有些反冲运动中系统所受合外力不为零 但在极短时间内合外力冲量仍为零 仍可运用动量守恒定律解决问题 2 在反冲运动 系统机械能可能不变 也可能减少 可能增加 课前自主解读 课堂主题互动 例题1 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 如图所示 一颗质量为mb 20g的子弹以600m s的水平速度射穿物体a后 速度变为100m s 最后物体a与仍静止在车上 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 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 解析 设子弹穿过物体a后的速度为v 由动量守恒定律有mbv0 mbv mava 得va 5m s由于物体a与平板车间有摩擦力 最后物体a与平板车相对静止 以共同速度v运动 对于物体a与车组成的系统 水平方向动量守恒 因此有mava ma m v 所以v 2 5m s 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 变式1 2013 深圳一模 如图甲所示 在高h 0 8m的平台上放置一质量为 0 99kg的小木块 视为质点 小木块距平台右边缘d 2m 一质量m 0 01kg的子弹沿水平方向射入小木块并留在其中 然后一起向右运动 在平台上运动的v2 x关系如图乙所示 最后 小木块从平台边缘滑出落在距平台右侧水平距离s 0 8m的地面上 g取10m s2 求 1 小木块滑出时的速度 2 小木块在滑动过程中产生的热量 3 子弹射入小木块前的速度 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 解答 1 小木块从平台滑出后做平抛运动 有 得 木块飞出时的速度 2 因为小木块在平台上滑动过程中做匀减速运动 根据 知v2 s图象的斜率得小木块在平台上滑动的加速度大小根据牛顿第二定律 得根据能量守恒定律 得小木块在滑动过程中产生的热量 3 由图象可得得小木块刚开始滑动时的速度为子弹射入木块的过程中 根据动量守恒定律 得 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 例题2 2013 广东高考 如图 两块相同平板p1 p2置于光滑水平面上 质量均为m p2的右端固定一轻质弹簧 左端a与弹簧的自由端b相距l 物体p置于p1的最右端 质量为2m 且可看作质点 p1与p以共同速度v0向右运动 与静止的p2发生碰撞 碰撞时间极短 碰撞后p1与p2粘连在一起 p压缩弹簧后被弹回并停在a点 弹簧始终在弹性限度内 p与p2之间的动摩擦因数为 求 1 p1 p2刚碰完时的共同速度v1和p的最终速度v2 2 此过程中弹簧的最大压缩量x和相应的弹性势能ep 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 解析 1 在p1和p2碰撞中 由于碰撞时间极短 物体p的速度不突变 即此过程中p不参与碰撞 以p1 p2组成系统为对象 据动量守恒定律 mv0 m m v1 得碰撞后p在p2上滑行过程 p1 p2 p组成的系统动量守恒 2mv0 2mv1 4mv2 得 2 p1 p2 p第一次达到同速时弹簧压缩量x最大 以p1 p2 p及弹簧组成的系统为对象 由能量守恒从p刚进入p2到p1 p2 p第二次同速 由能量守恒得得 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 例题3 2013 广州一模 如图所示 轻杆一端固定着小球a 另一端可绕o点自由转动 矩形厚木板b放在粗糙的水平地面上 b上表面的最右端有一光滑小物块c a在最低点时刚好与b左侧接触 轻杆与水平成30 角时 给a以大小为 方向垂直于杆的初速度 a到达最低点时与b发生正碰后静止 已知g为重力加速度 l为杆长 a c可视为质点 质量均为m b的质量为2m 长度也为l b与地面的动摩擦因数 其余摩擦不计 1 求小球a到达最低点与b碰撞前受到杆的作用力大小 2 讨论木板高度h取不同值时 c落地瞬间与b左侧的水平距离 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 主题一 动量守恒 与 非弹性碰撞 主题二 动量守恒 与 弹性碰撞 例题4 如图所示 一质量为m的光滑小球静止在桌面边缘 桌面离水平地面的高度为h 质量为m的等大小球以水平速度v0通过一段l 的距离后与小球m正碰 为小球m与桌面的动摩擦因数 g为重力加速度 已知碰撞无机械能损失 求 1 碰撞前m球的速度大小 2 碰撞后m和m的速度大小 3 小球m落地点离桌面边缘的水平距离的范围 主题二 动量守恒 与 弹性碰撞 例题4 解 1 设碰撞前m球的速度为v1 由动能定理 mgl mv12 mv02 得v1 v0 2 设碰撞后m m的速度分别为vm和vm 则有 mv1 mvm mvmmv12 mvm2 mvm2得 3 当m m时 vm 0 当m m时 vm v0设物块下落所需时间为t 水平位移为s 则h gt2s vmt 得s v0 或s 0综上所述 小球m的水平位移范围0 s v0 例题5 如图所示 光滑轨道的下端离地面h 0 8m 质量为m的a球从轨道上端无初速释放 到轨道水平面时与质量也为m的b球发生正碰 b球碰后做平抛运动 落地点与抛出点水平距离为s 0 8m g取10m s2 求 1 b球刚被碰后的速度大小 2 a球释放的高度h可能是多大 主题二 动量守恒 与 弹性碰撞 解析 1 根据平抛运动的知识 对b球h gt2 s vt 得 v 2m s 2 若两球间可能发生弹性碰撞 也可能发生完全非弹性碰撞 若两球发生弹性正碰 则由于两者的质量相等 发生碰撞过程双方交换速度 由此可知 a球碰撞前的速度v0 2m s 从轨道上端到碰撞前的过程中其机械能守恒 有mgh1 mv02 得h1 0 2m 若两球发生完全非弹性正碰 根据动量守恒 有 mv0 2mv 得a球碰撞前的速度大小为v0 4m s 从轨道上端到碰撞前的过程中其机械能守恒 有mgh2 mv02 得h2 0 8m 综上结论得 0 2m h 0 8m 主题二 动量守恒 与 弹性碰撞 主题三 动量守恒 与 反冲运动 例题6 2014 广州调研 如图甲所示 粗糙水平面cd与光滑斜面de平滑连接于d处 可视为质点的物块a b紧靠一起静置于p点 某时刻a b在足够大的内力作用下突然分离 此后a向左运动 已知 斜面的高度h 1 2m a b质量分别为1kg和0 8kg 且它们与cd段的动摩擦因数相同 a向左运动的速度平方与位移大小关系如图乙 重力加速度g取10m s2 1 求a b与cd段的动摩擦因数 2 求a b分离时b的速度大小vb 3 要使b能追上a 试讨论p d两点间距x的取值范围 主题三 动量守恒 与 反冲运动 解答 1 由图象可知 分离时物块a的初速度va 4m sa最终位置与p点距离sa 8m从a b分离到a匀减速运动停止 有得a的加速度大小a 1m s2由牛顿第二定律可知 得 0 1另解法 从a b分离到a匀减速运动停止 由动能定理 得 0 1 2 a b分离过程 由动量守恒 得vb 5m s 3 若b恰好能返回并追上a b从分离后到追上a过程由动能定理 得x1 2 25m 若b恰好不冲出斜面 b从p到e过程由动能定理 得x2 0 50m综上所解 要使b能追上a x应满足2 25m x 0 50m 主题三 动量守恒 与 反冲运动 例题7 如图所示 水平面上固定着一个半径r 0 4m的光滑环形轨道 在轨道内放入质量分别是m 0 2kg和m 0 1kg的小球a和b 均可看成质点 两球间夹一短弹簧 1 开始时两球将弹簧压缩 弹簧的长度相对环形轨道半径和周长而言可忽略不计 弹簧弹开后不动 两球沿轨道反向运动一段时间后又相遇 在此过程中 a球转过的角度 是多少 2 如果压缩弹簧在松手前的弹性势能e 1 2j 弹开后小球b在运动过程中受到光滑环轨道的水平侧压力是多大 主题三 动量守恒 与 反冲运动 例题7 解 1 在弹簧弹开的过程中系统动量守恒 则mv1 mv2 0设从弹开到相遇所需时间为t 有 得 a球转过的角度为 120 2 以a b及弹簧组成的系统为研究对象 根据系统机械能守恒有系统动量守恒 得v1 2m s v2 4m s小球b受到轨道的侧压力是其所需向心力 即 得n 4n 评卷现场观摩 卷例 2010 广东理综 如图所示 一条轨道固定在竖直平面内 粗糙的ab段水平 bcde段光滑 cde段是以o为圆心 r为半径的一小段圆弧 可视为质点的物块a和b紧靠在一起 静止于b处 a的质量是b的3倍 两物块在足够大的内力作用下突然分离 分别向左 右始终沿轨道运动 b到d点时速度沿水平方向 此时轨道对b的支持力大小等于b所受重力的 a与ab段的动摩擦因数为 重力加速度g 求 1 物块b在d点的速度大小vd 2 物块a滑行的距离s 评卷现场观摩 评卷现场观摩 评卷现场观摩 课外演练 1 如图3 1所示 竖直固定的内壁光滑的半圆管 管的半径为r 其最低点和光滑水平地面相切 质量为2m的小球b由轻弹簧相连 轻弹簧另一端拴于竖直墙壁上 小球a的质量为m 现以某一初速度由半圆管顶端射入 然后与b发生正碰 碰后速度相同 但不粘连 最后a球恰能返回半圆管的顶端 求 1 a球恰能返回半圆管的顶端时速度大小 2 a球射入的初速度大小v0 课外演练 2 如图3 2所示 一个半径为r 1 00m粗糙的圆弧轨道 固定在竖直平面内 其下端切线是水平的 轨道下端距地面高度h 1 25m 在轨道末端放有质量为mb 0 30kg的小球b 视为质点 b左侧装有微型传感器 另一质量为ma 0 10kg的小球a 也视为质点 由轨道上端点从静止开始释放 运动到轨道最低处时 传感器显示读数为2 6n a与b发生正碰 碰后b小球水平飞出 落到地面时的水平位移为s 0 80m 不计空气阻力 重力加速度取g 10m s2 求 1 小球a在碰前克服摩擦力所做的功 2 a与b碰撞过程中 系统损失的机械能 课外演练 课外演练 课外演练 3 如下图所示 固定在地面上的光滑圆弧面底端与车c的上表面平滑相接 在圆弧面上有一滑块a 其质量ma 2kg 在距车的水平面高h 1 25m处由静止下滑 车c的质量为mc 6kg 在车c的左端有一质量mb 2kg的滑块b 滑块b与a均可视作质点 滑块a与b碰撞后立即粘合在一起共同运动 最终没有从车c上滑落 已知滑块a b与车c的动摩擦因数均为 0 5 车c与水平面间的摩擦忽略不计 取g 10m s2 求 1 滑块a滑到圆弧面底端时的速度大小 2 滑块a与b碰撞后瞬间的共同速度大小 3 车c的最短长度 课外演练 课外演练 4 如图3 4所示 水平轨道ab与半径为r的竖直半圆形轨道bd相切于b点 质量为m和2m的a b两个小滑块 可视为质点 原来静止于水平轨道上 两滑块间夹一处于压缩轻弹簧 弹簧与小滑块不粘连 现反复调整弹簧压缩量 释放弹簧后使滑块b能到达半圆轨道最高点d 不计一切摩擦 则 1 滑块b在水平轨道上落地点的范围如何 2 释放弹簧前 其弹性势能至少多大 课外演练 5 如图3 5所示 在水平光滑桌面上放一质量为m的玩具小车 在小车的平台 小车的一部分 上有一质量可忽略的弹簧 一端固定在平台上 另一端用质量为m的小球将弹簧压缩一定距离后用细线捆住 用手将小车固定在桌面上 然后烧断细线 小球就被弹出 落在车上a点 oa s 如果小车不固定而烧断细线 球将落在车上何处 设小车足够长 球不致落在车外 课外演练 课外演练 6 坡道顶端距水平滑道ab高度为h 0 8m 质量为m1 3kg的小物块a从坡道顶端由静止滑下 进入ab时无机械能损失 放在地面上的小车上表面与ab在同一水平面上 右端紧靠水平滑道的b端 左端紧靠锁定在地面上的档板p 轻弹簧的一端固定