高中物理第1章碰撞与动量守恒教案教科版选修

1、碰撞与动量守恒学案能力素质【例1】质量M50kg的空箱子，放在光滑的水平面上，箱中有一质量m30kg的铁块，如图561所示铁块的左侧面与箱子内壁的左侧面相距S1m，铁块一旦碰到箱壁后不再分开，箱底与铁块间摩擦可忽略不计，现用向右的恒力F10N作用于箱子，经过时间t2s后撤去求(1)箱的左壁与铁块碰撞前铁块和箱的速度；(2)箱的左壁与铁块碰撞后箱子的速度解析：(1)在F作用的2s内，设箱没有碰到铁块，则对于箱子2s末立，所以碰前箱的速度为0.4m/s，水平向右，铁块的速度为零(2)箱子与铁块碰撞时，外力F已撤去，对箱子与铁块这一系统碰撞过程中总动量守恒MvM(Mm)v，所以碰后的共同速度为v点拨

2、：要善于分析不同的物理过程和应用相应物理规律，对整个运动过程，我们就箱子和铁块这一系统用动量定理有：Ft(Mm)v，这一关系不论在何时撤去F，最终的共同速度都由此关系求出【例2】质量为m，半径为R的小球，放在质量为M，半径为2R的圆柱形桶内，桶静止在光滑的水平面上，当小球从图562所示的位球的质量之比点拨：在球和圆筒相互作用的过程中，系统在水平方向的动量始终不变(在竖直方向的动量先增大后减少)，所以可以用水平方向的位移来表示水平方向的动量守恒 点击思维 【例3】从地面以速率v1竖直向上抛出一小球，小球落地时的速率为v2，若小球在运动过程中所受的空气阻力大小与其速率成正比，试求小球在空中的运动时

3、间解析：小球在上升阶段和下落阶段发生的位移大小相等，方向相反位移在速度图象上是图线与时间轴所围的“面积”，冲量在力随时间变化的图象(Ft图象)上是图线与时间轴所围的“面积”，由题意空气阻力与速率成正比，可得到小球在上升阶段和下落阶段空气阻力的冲量大小相等，方向相反，即在小球的整个运动过程中，空气阻力对小球的总冲量为零对小球在整个过程中，由动量定理得：点拨 在各知识点间进行分析，类比是高考对考生能力的要求，高考考纲明文规定“能运用几何图形，函数图象进行表达、分析”【例4】总质量为M的列车以不变的牵引力匀速行驶，列车所受的阻力与其重量成正比，在行驶途中忽然质量为m的最后一节车厢脱钩司机发现事故关闭

4、油门时已过时间T，求列车与车厢停止运动的时间差点拨 车厢未脱钩时，列车匀速运动，所以牵引力FkMg，车厢脱钩后，对脱钩的车厢和前面部分的列车分别应用动量定理本题也可以这样来考虑，若车厢一脱钩司机就关闭油门，则列车与脱钩的车厢同时停止运动，现由于过了时间T才关闭油门，所以存在时间差T，按冲量作用与动量变化的关系应有，牵引力在时间T内的冲量等于前面部分的列车比脱钩的车厢多运动时间T内阻力的冲量即kMgTk(Mm)gT 学科渗透 【例5】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氧气的贮气筒，贮气筒上有一个可以以50m/s的速度喷

5、出氧气的喷嘴，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，已知宇航员呼吸的耗氧率为2.510-4kg/s试问：(1)如果他在准备返回的瞬时，释放0.15kg的氧气，他是否能安全地返回到飞船？(2)宇航员安全地返回飞船的最长和最短时间分别是多少？解析：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，可以求出他返回的速度，从而求出返回的时间和返回途中呼吸所消耗的氧气(1)令M100kg，m00.5kg，m0.15kg，氧气的释放速度为u，宇航员的返回速度为v由动量守恒定律得0(Mm)vm(uv)宇航员返回途中所耗氧气mk

6、t2.510-46000.15(kg)氧气筒喷射后剩余氧气mm0m0.50.150.35(kg)m，所以宇航员能安全返回飞船(2)设释放氧气m未知，途中所需时间为t，则 m0ktm宇航员安全返回飞船的最长和最短时间分别为1800s和200s点拨 喷嘴喷出氧气的速度为相对喷嘴的速度，本例中找出动量守恒的系统和过程是关键，通过物理量间的制约关系得出问题的解【例6】火箭推进器中盛有强还原剂液态肼(N2H4)和强氧化剂液态双氧水，当它们混合反应时，即产生大量的氮气和水蒸气，并放出大量热，已知0.4mol液态肼与等量液态双氧水反应，生成氮气和水蒸气，放出256.625kJ的热量(1)写出该反应的热化学方

7、程式_(2)又已知H2O(液)H2O(气)44kJ，则16g液态肼与等量液态双氧水反应生成液态水时放出的热量是_kJ(3)此反应用于对火箭的推进，它是_定律的一个实际应用，在此反应中除释放大量热和快速产生大量气体外，还有一个很大的优点是_点拨 火箭是利用喷出气体的反冲来获得动力的，是动量守恒定律的实际应用，从此反应的生成物来看，不会对环境造成污染 高考巡礼 【例7】如图563所示，一排人站在沿x轴的水平轨道旁，原点O两侧的人的序号都为n(n1、2、3)，每人只有一只沙袋，x0一侧的每个沙袋质量为m14.0kg，x0一侧的每个沙袋质量为m10.0kg，一质量为M48.0kg的小车以某初速度从原点

8、出发向正x方向滑行，不计轨道阻力，当车每经过一人身旁时，此时就把沙袋以水平速度v朝与车速相反的方向沿车面扔到车上，v的大小等于扔此袋之前的瞬间车速大小的2n倍(n是此人的序号数)(1)空车出发后，车上堆积了几个沙袋时车就反向滑行？(2)车上最终大小沙袋共几个？解析：(1)在小车朝正x方向滑行的过程中第(n1)个沙袋扔到车上后的车速为vn-1，第n个沙袋扔到车上后的车速为vn，由动量守恒定律有M(n1)mvn-12nmvn-1(Mnm)vn小车反向运动的条件是vn-10，vn0即Mnm0 M(n1)m0n应为整数，故n3，即车上堆积3个沙袋后车就反向滑行(2)车自反向滑行直到接近x0一侧第1人所

9、在位置时，车速保持不变，而车的质量为M3m，若车朝负x方向滑行过程中，第(n1)个沙袋扔到车上后车速为vn-1，第n个沙袋仍到车上后车速为vn，现取在图中向左的方向(负x方向)为的正方向，则由动量守恒定律有M3m(n1)mvn-12nmvn-1(M3mnm)vn车不再向左滑行的条件是vn-10，vn0即M3mnm0 M3m(n1)m0n8时，车停止滑行，即在x0一侧第8个沙袋扔到车上后车就停住，故车上最终共有大小沙袋3811个点拨 本题要求考生在准确领会题意的基础上，应用归纳的方法，找准研究对象和物理过程，正确地运用动量守恒定律，建立第n个沙袋扔上车前后之间动量守恒的方程，对考生具有很高的综合素质要求【例8】质量为M的小船以速度v0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾，现小孩a沿水平方向以速率v(相对静止水面)向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v(