高中物理高考二轮专题复习课件（可编辑）：专题五第1课时 动量观点的应用人教大纲版.ppt

基础回扣1 动量是矢量 其方向与的方向相同 2 动量的变化是物体的末动量与初动量的差 表达式为 p p末 p初 动量变化的方向与的方向相同 也就是与加速度方向相同 即与物体所受的方向相同 3 动量定理的公式ft p p除表明两边大小 方向的关系外 还说明了两边的因果关系 即合外力的冲量是的原因 物体运动 矢量 速度变化 合外力 动量变化 专题五动量和能量第1课时动量观点的应用 动量定理说明的是合外力的冲量与的关系 反映力对时间的累积效果 与物体的初 末动量无必然联系 动量变化的方向与方向相同 而物体在某一时刻的动量方向跟合外力的冲量方向无必然联系 动量定理公式中的f是研究对象所受的包括重力在内所有外力的 它可以是恒力 也可以是变力 当f为变力时 f应是合外力对作用时间的平均值 动量变化 合外力的冲量 合力 4 动量守恒定律 1 内容 如果一个系统不受外力 或者所受外力的为零 这个系统的总动量保持不变 2 表达式 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 或p p 系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p 或 p 0 系统总动量的增量为零 或 p1 p2 相互作用两个物体组成的系统 两物体动量增量 矢量和 大小相等 方向相反 3 守恒条件 系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的 系统合外力不为零 但在某一方向上系统 则系统在该方向上动量守恒 系统虽受外力 但外力远小于内力且作用时间极短 如碰撞 爆炸过程 5 弹性碰撞与非弹性碰撞碰撞过程遵从定律 如果碰撞过程中机械能也守恒 这样的碰撞叫做碰撞 如果碰撞过程中机械能不守恒 这样的碰撞叫做碰撞 合力为零 合外 力为零 动量守恒 弹性 非弹性 6 动量定理的应用 1 应用i p求变力的冲量 如果物体受到大小或方向改变的力的作用 则不能直接用ft求变力的冲量 这时可以求出该力作用下物体 等效代换变力的冲量i 但注意f是合力 2 应用 p f t求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化 在曲线运动中 速度方向时刻在变化 求动量的变化 p p p 需要应用矢量运算方法 比较麻烦 如果作用力是恒力 可以求出恒力的冲量等效代换动量的变化 7 爆炸与碰撞问题的共同特点是相互作用力为变力且 内力远远大于系统所受外力 均可用动量守恒定律处理 动量的变化 p 相互作用时间极短 思路方法1 系统化思维方法 就是根据众多的已知要素 事实 按照一定的联系方式 将其各部分连接成整体的方法 1 对多个物理过程进行整体思维 即把几个过程合为一个过程来处理 如用动量守恒定律解决比较复杂的运动 2 对多个研究对象进行整体思维 即把两个或两个以上的独立物体合为整体进行考虑 如应用动量守恒定律时 就是把多个物体看成整体 或系统 题型1动量定理的理解及应用 2009 洛阳模拟 在高速公路上以v0 108km h速度行驶的汽车 急刹车后车轮迅速停止转动 乘客如果系上安全带 人与车同时停止 如果没有系安全带 由于惯性乘客将以原速度向前冲出 与座位前方硬物碰撞 设碰后人的速度变为反向 大小变为0 2v0 碰撞时间为0 3s 已知系了安全带后可使乘客受到的力减小为不系安全带时撞击力的 求车轮与地面间的动摩擦因数 g取10m s2 1 要求车轮与地面间的动摩擦因数 应分析是系安全带的情况还是不系安全带的情况 答案分析系安全带的情况 因为系安全带时 车人整体具有相同的加速度 2 如何表示不系安全带时 乘客受到的作用力呢 答案应用动量定理表示 解析设车的质量为m 乘客的质量为m 刹车过程中的加速度a 对于车人整体 由牛顿第二定律得 m m g m m a 系安全带时 刹车过程中安全带对乘客的作用力为f1 ma 不系安全带时 设刹车过程中硬物对乘客的作用力为f2 对乘客用动量定理得 f2t mv1 mv0 又v1 0 2v0 f1 f2 1 20 联立上式得 0 6答案0 6 1 动量定理常用于处理瞬时作用 如碰撞 问题 题目特点是涉及求时间或者已知时间的问题 2 动量定理是一个与具体物理过程有关的物理矢量规律 所以 应用时要规定正方向 明确力的冲量及研究对象和初 末状态的动量以及各量的正 负号 3 动量定理是合外力的冲量跟动量变化之间的关系 要注意合外力的冲量是物体所受到的所有力的冲量的矢量和 区分清楚合外力的冲量与某一个力的冲量 预测演练1 2009 武昌模拟 一质量为2kg的质点从静止开始沿某一方向做匀加速直线运动 它的动量p随位移s变化的关系式为p 4 kg m s 则下列关于此质点的说法中 错误的是 a 运动的加速度为2m s2b 2s内受到的冲量为8n sc 在相等时间内 动量的增量一定相等d 通过相同的距离 动量的增量可能相等解析由p mv v2 2as v at得p m mat 比较可得加速度a 2m s2 a对 由动量定理i p p p p ma t t ma t 知b c对 故选d d 题型2动量守恒定律的理解及应用 2009 长春 哈尔滨 沈阳 大连第二次联考 18分 如图5 1 1所示 在高为h 1 25m的水平台面上放着两个质量分别为m2 0 2kg和m3 0 3kg的小球b c 其中c球用轻质弹簧与左边固定的挡板连接 开始弹簧处于自然长度 c球右侧台面光滑 左侧台面粗糙 各球与左侧台面间的动摩擦因数均为 0 2 现有一质量为m1 0 1kg的小球a以v0 10m s的水平速度向左运动 与b球发生正碰 a球被反弹后从水平台面上飞出 落地点距平台右边缘的水平距离为s 1m 而b球与c球在极短的时间内发生 正碰 碰后粘在一起共同压缩弹簧 使弹簧具有最大弹性势能ep 1 34j 已知三个小球均可看做质点 弹簧的形变在弹性限度内 不计空气阻力 g取10m s2 求小球b c碰后压缩弹簧的最大形变量x 图5 1 1 解析小球a和b碰后a做平抛运动 设碰后小球a反弹的速度大小为v1 水平方向s v1t 2分 竖直方向h gt2 2分 解得v1 2m s 2分 设a和b碰后小球b的速度大小为v2 a b碰撞动量守恒m1v0 m2v2 m1v1 3分 解得v2 6m s设小球b和c碰后粘在一起的共同速度为v3 根据动量守恒 有 m2v2 m2 m3 v3 3分 解得v3 2 4m s小球b c碰后至弹簧的压缩量最大的过程中 由系统的能量关系 有 m2 m3 v32 m2 m3 gx ep 3分 解得x 0 1m 3分 答案0 1m 1 因为动量是矢量 所以动量守恒定律的表达式是矢量式 在作用前后动量都在一条直线上时 选取正方向 将矢量运算简化为代数运算 2 速度v与参考系的选取有关 因此相互作用的物体的速度v1 v2 v1 v2 必须都相对同一参考系 通常相对地面而言 3 对于多个物体或多运动过程问题的处理 应根据需要划分不同的运动过程 或者选取不同的物体为系统 看是否满足动量守恒的条件 应用动量守恒定律解决问题 预测演练2 2009 南昌市模拟 如图5 1 2所示 一质量m2 0 25kg的平顶小车 在车顶中间放一质量m3 0 1kg的小物体 小物体可视为质点 与车顶之间的动摩擦因数 小车静止在光滑的水平轨道上 现有一质量m1 0 05kg的子弹以水平速度v0 20m s射中小车左端 并留在车中 子弹与车相互作用时间很短 后来小物体以速度v3 1m s从平顶小车的一端滑出 取g 10m s2 试求 1 子弹打入小车的瞬间小车的速度 2 小物体从平顶小车的一端滑出时小车的速度 3 平顶小车的长度 图5 1 2 解析 1 设子弹射中小车的时间 二者达到的共同速度为v1 当小物体从平顶小车滑出时 平顶小车的速度为v2 平顶小车的长度为l 选子弹开始运动的方向为正方向 由动量守恒得m1v0 m1 m2 v1 m1 m2 v1 m1 m2 v2 m3v3 由 得v1 m s v2 3m s 2 由 1 问知平顶小车的速度v2 3m s 3 由能量守恒定律有 m1 m2 v12 m1 m2 v22 m3v32 m3gl代入数据解得l 0 8m答案 1 m s 2 3m s 3 0 8m 题型3动量观点在原子物理中的应用静止的氮核被初速度为v0的中子击中 生成甲 乙两核 甲 乙两核的速度方向与撞击的中子速度方向一致 测得甲 乙两核动量之比为1 1 动能之比为1 4 当它们垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动时 其半径之比为1 6 1 试分析判断甲 乙分别是什么核 写出核反应方程式 并求出甲 乙两核的速度 2 若甲 乙两核及中子的质量分别为m1 m2 m3 核反应中释放的能量全部转化为甲 乙两核的动能 试写出氮核的质量m的表达式 根据题给条件和质量数守恒推出甲 乙两核的质量 由洛伦兹力 牛顿定律和电荷数守恒推出甲 乙两核的电荷量 推断出甲 乙两核以写出核反应方程式 由动量守恒求其速度 利用能量守恒 质量亏损 质量守恒等即可求出氮核的质量解析 1 根据题意 核反应后有p甲 p乙 m甲v甲 m乙v乙 1 1ek甲 ek乙 m甲v甲2 m乙v乙2 1 4解得m甲 m乙 4 1因反应前后总质量数不变 故有m甲 12u m乙 3u 甲 乙两核进入磁场 洛伦兹力提供向心力 即qbv 得r 则 再由题意 可得 根据电荷守恒有q甲 q乙 7e 综合解得q甲 6e q乙 e 分析推断得知甲为c 乙为h 则核反应方程为n n c h再由核反应过程中动量守恒有 mnv0 m甲v甲 m乙v乙 2m甲v甲根据前述的质量与速度关系 解得v甲 v乙 2 根据能量守恒有m3v02 e m1v甲2 m2v乙2所以 e v02 m3 对应的质量亏损为 m 根据质量守恒有m m3 m1 m2 m所以m m1 m2 m m3 m1 m2 m3 答案 1 见解析 2 m1 m2 m3 本题以微观世界的原子物理为命题素材 将动量守恒和能量守恒综合运用 既遵循宏观世界的常见规律 又具有微观世界的明显特点 对学生的理解能力 迁移能力 综合能力有较深的考查 预测演戏3 2009 衡阳市模拟 如图5 1 3所示 边长为a的等边三角形bcd所围区域内有磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场 某时刻静止在b点的原子核x发生衰变 粒子沿bc方向射入磁场 经磁场偏转后恰好在d点沿cd方向射出 已知粒子质量为m 电荷量为2e 剩余核的质量为m 衰变过程中核能全部转化为动能 求原子核x的质量mx 图5 1 3 解析根据题意画出粒子在磁场中的运动轨迹如图所示 由几何关系可知运动半径r atan30 a在磁场中 对粒子有2ebv m衰变过程中动量守恒mv mu 0 衰变过程中释放的能量 e mv2 mu2 由爱因斯坦质能方程有 m 原子核x的质量为mx m m m m m 答案 m m 1 2009 宣武区第二次质检 物体在恒定的合外力f的作用下做直线运动 若该物体在时间 t1内速度由v增大到3v 在时间 t2内速度由4v增大到5v 设f在时间 t1内做功是w1 冲量是i1 在时间 t2内做功是w2 冲量是i2 那么 a i1i2 w1i2 w1 w2 c 2 如图5 1 4所示的装置中 小车的左端固定一竖直挡板 并通过一轻弹簧与木块相连 小车放在光滑水平地面上 木块与平板小车间的接触也是光滑的 有一子弹沿水平方向射入木块后留在木块内 将弹簧压缩到最短 现将子弹 木块 弹簧和小车合在一起作为研究对象 系统 则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中 a 动量守恒 机械能守恒b 动量不守恒 机械能不守恒c 动量守恒 机械能不守恒d 动量不守恒 机械能守恒 图5 1 4 解析以子弹 木块 弹簧和小车合在一起作为研究对象 系统 由于系统在水平方向不受外力 竖直方向受到的外力之和为零 因此动量守恒 而在子弹射入木块时 子弹和木块间存在剧烈摩擦作用 有一部分机械能将转化为内能 故机械能不守恒 答案c 3 2009 天津 10 如图5 1 5所示 质量m1 0 3kg的小车静止在光滑的水平面上 车长l 15m 现有质量m2 0 2kg可视为质点的物块 以水平向右的速度v0 2m s从左端滑上小车 最后在车面上某处与小车保持相对静止 物块与车面间的动摩擦因数 0 5 取g 10m s2 求 1 物块在车面上滑行的时间t 2 要使物块不从小车右端滑出 物块滑上小车左端的速度v0 不超过多少 图5 1 5 解析本题考查摩擦拖动类的动量和能量问题 涉及动量守恒定律 动量定理和功能关系这些物理规律的运用 1 设物块与小车的共同速度为v 以水平向右为正方向 根据动量守恒定律有m2v0 m1 m2 v 设物块与车面间的滑动摩擦力为f 对物块应用动量定理有 ft m2v m2v0 其中f m2g 解得代入数据得t 0 24s 2 要使物块恰好不从车面滑出 须物块到车面右端时与小车有共同的速度 设其为v 则m2v0 m1 m2 v 由功能关系有m2v0 2 m1 m2 v 2 m2gl 代入数据解得v0 5m s故要使物块不从小车右端滑出 物块滑上小车的速度v0 不能超过5m s 答案 1 0 24s 2 5m s 4 2009 邯郸市5月第二次模拟 如图5 1 6所示 质量m 4kg的木滑板b静止放在光滑水平面上 滑板上表面光滑 滑板右端固定一根轻质弹簧 弹簧的自由端c到滑板左端的距离l 1 5m 可视为质点的质量为m 1kg的小木块a原来静止于滑板的左端 当滑板b受水平向左恒力f 12n 作用时间t后撤去f 这时木块a恰好到达弹簧自由端c处 g取10m s2 1 求水平恒力f的作用时间t 2 求木块a压缩弹簧过程中弹簧的最大弹性势能 图5 1 6 解析 1 恒力f作用时 木块a静止 滑板b向左做匀加速直线运动f mabab 3m s2根据题意有sb l即abt2 l代入数据解得t 1s 2 1s末木块a静止 滑板b的速度为vb abt 3m s撤去f后 当木块a和滑板b的速度相同时 弹簧压缩量最大 具有最大弹性势能 根据动量守恒定律有mvb m m v代入数据求得v 2 4m s由机械能守恒定律得mvb2 m m v2 e弹代入数据求得e弹 0 72j答案 1 1s 2 0 72j 5 2009 成都市第三次诊断性检测 如图5 1 7所示 t 0时刻 质量m 4kg 上表面水平的小车静止在光滑水平面上 小车两端点a b之间的中点c处静止着质量m 1kg 电荷量q 5 10 4c可视为质点的带正电物体 现在0 2 5s末这段时间内 在小车所在空间施加一个方向水平向右 电场强度e1 2 103n c的匀强电场 接着在2 5s末改变电场的大小和方向 使2 5s 3 5s末这段时间内 小车所在空间的匀强电场方向水平向左 电场强度e2 5 103n c 然后在t 3 5s末 撤去电场 若小车表面绝缘 小车与物体之间的动摩擦因数 0 1 小车 图5 1 7 与物体之间最大静摩擦力的大小等于滑动摩擦力的大小 重力加速度g取10m s2 1 求2 5s末小车和物体的速度 2 要让物体不从小车上滑落 小车的最小长度为多少 解析 1 小车与物体之间最大静摩擦力ffmax mg 1n在0 2 5s末 t 2 5s 这段时间内 假设物体与小车相对静止 则由牛顿第二定律可知它们的加速度为a 0 2m s2 若以小车为研究对象 小车受到的摩擦力ff ma 0 8n因ff ffmax 故假设成立 所以在2 5s末 小车和物体的共同速度大小为v at 0 5m s 方向水平向右 2 在2 5s 3 5s末 t 1s 这段时间内 仍假设物体与小车相对静止 则由牛顿第二定律可知它们的加速度为a 0 5m s2若以小车为研究对象 小车受到的摩擦力