《新教材变化解读及考法剖析》-高中物理选择性第1章动量守恒定律

《新教材变化解读及考法剖析》高中物理选择性必修第一册第1章动量守恒定律《新教材变化解读及考法剖析》高中物理选择性必修第一册第1章动量守恒定律新教材物理选择性必修第一册变化解读主题增加、删除及调整原因分析动量守恒定律“通过实验，理解动量”调整为“能过理论推导和实验，理解动量定理”动量定理变在高中物理中明确提出要求，通过理论推导的实验来学习动量定理能够帮助学生更好地理解和把握这部分内容机械振动与机械波删除“惠更斯原理”限于课时，删除难度较大、中学应用并不广泛的惠更斯原理光删除“用激光观察全息照相”删去许多高中不易实现的实验新教材特点1、突出核心素养理念，培养全面发展人才新教材从物理观念的培养、科学思维的体现、科学探究的设计、态度责任的体现等方面突出核心素养理念，培养全面发展人才。2、考虑学生认知特点，优化教科书结构新教材从学生认知水平及物理学科特点两方面出发，在学生合理的认知水平发展下学习物理概念、规律，形成物理观念，发展探究能力；在整体的结构安排上，遵从人们认识事物“先现象，后本质”的一般规律。3、联系实际突出STSE的思想新教材从问题引入、分析的实例、概念和规律的应用、练习和习题、多个方面来贯彻联系实际的原则，突出科学（Science），技术（Technology），社会（Society），环境（Environment）相互联系的思想。教材除了在正文的安排中尽可能注意物理知识与生活、技术、社会的联系，还特意设置了STSE栏目，介绍、探讨科学技术与社会之间相互关联的问题。4、关注社会发展反映我国科技进步内容的选择上，一是在学习经典内容时，新教材多用当代人生活的实例；二是尽可能反映新科学、技术的发展，使教科书有时代气息。5、注重基础，兼顾差异新教材以概念规律的学习为载体打好基础，注重核心素养的培养；内容的设计上体现了一些弹性：设置“拓展学习”栏、章后设置A、B两组习题（A组习题对应《课程标准》中必修内容的要求，B组比《课程标准》中必修内容略有超出，供学有余力的学生选做）。新教材物理选择性必修第一册《第1章动量守恒定律》变化解读【变动1】把放在动量守恒定律后面的（原教材最后一节）“用动量概念表示牛顿第二定律”，放到了新教材动量守恒定律之前第二节“动量定理”，对动量定理的理解和应用提出明确要求。符合高中物理知识核心素养。【考法示例1】1．跳远时，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全（如图），这是由于（）A．人跳在沙坑的动量大小等于跳在水泥地上的动量大小B．人跳在沙坑的动量变化比跳在水泥地上小C．人跳在沙坑受到的冲量比跳在水泥地上小D．人跳在沙坑受到的冲力比跳在水泥地上大【考法示例2】2．来自路边高楼上的高空坠物常常会对行人造成伤害。设一个质量为20g的鸭蛋从16楼（离地高度约为45m）上由静止坠落，若鸭蛋与地面碰撞作用时间为3×103s，碰撞后鸭蛋碎裂，不计空气阻力，重力加速度g取10m/s2，则鸭蛋对地面的平均作用力约为其自身重力的（）A．1000倍 B．3000倍 C．5000倍 D．10000倍【考法示例3】3．用质量为0.5kg的铁锤把钉子钉进木头里，打击时铁锤的速度v=4.0m/s，如果打击后铁锤的速度变为0，打击的作用时间是0.01s，那么：（1）不计铁锤受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？（2）考虑铁锤受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力又是多大（g取10m/s2）？（3）通过以上计算，请你说明在打击和碰撞一类的问题中在什么情况下可以忽略重力的作用。【变动2】新教材中强化了变力的冲量的理解和计算，通过教材教学内容和课后习题，强调了分段法和图像法求变力的冲量。【考法示例4】4．一质量为的滑块放在水平地面上，在水平拉力作用下，由静止开始做直线运动，若力随时间变化的规律如图所示，滑块与地面间的动摩擦因数为，取，最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，则（）A．内，拉力的冲量大小为B．内，滑块受到的合外力冲量大小为C．末，滑块的速率为D．内，滑块受到的力做的总功为【考法示例5】5．一质量m=4kg的物体静置在粗糙的水平地面上，物体与地面的摩擦因数μ=0.5从t=0时刻开始对物体施加一水平力F，其大小如图所示。已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g=10m/s2，则在0~1.0s时间内，摩擦力对物体产生的冲量大小为（）A．10N·s B．16N·s C．20N·s D．25N·s【考法示例6】6．如图所示，质量为m的物体，沿倾角为的固定粗糙斜面以速度v匀速下滑，经过时间t滑至底端，则物体在t时间内（）A．摩擦力的冲量大小为 B．斜面支持力的冲量大小为0C．重力的冲量大小为 D．合力的冲量大小为【变动3】增加了“实验：验证动量守恒定律”【考法示例7】7．如图为“碰撞实验器”，它可以探究动量守恒定律，即研究两个小球在轨道水平部分碰撞前后的动量关系。（1）实验中必须要求的条件是。A．斜槽轨道尽量光滑以减少误差B．斜槽轨道末端的切线必须水平C．入射球和被碰球的质量必须相等，且大小相同D．入射球每次必须从轨道的同一位置由静止释放（2）图中O点是小球抛出点在地面上的垂直投影。实验时，先让入射球m1多次从斜轨上S位置静止释放，找到其平均落地点的位置P，测量平抛射程OP，然后，把被碰小球m2静置于水平轨道的末端，再将入射球m1从斜轨上S位置静止释放，与小球m2相碰，并重复多次。本实验还需要完成的必要步骤是（填选项前的符号）。A．用天平测量两个小球的质量m1、m2B．测量抛出点距地面的高度HC．分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、ND．测量平抛射程OM、ON（3）按照本实验方法，验证动量守恒的验证式是。（用“（2）”中所给的有关字母表示）（4）某次实验中得出的落点情况如图所示，假设碰撞过程中动量守恒，则入射小球的质量m1和被碰小球的质量m2之比为。【考法示例8】8．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验。气垫导轨装置如图（a）所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块弹射架等组成。（1）下面是实验的主要步骤：①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器与弹射架并固定在滑块1的左端，滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；把滑块2放在气垫导轨的中间；⑤先接通打点计时器的电源，再放开滑块1，让滑块1带动纸带一起运动；在中间与滑块2相撞并粘在一起运动；⑥取下纸带，重复步骤④⑤，选出理想的纸带如图（b）所示；⑦测得滑块1的质量310g，滑块2（包括橡皮泥）的质量205g。（2）已知打点计时器每隔0.02s打一个点，计算可知两滑块相互作用以前系统的总动量为kg•m/s；两滑块相互作用以后系统的总动量为kg•m/s（保留三位有效数字）。（3）试说明（2）中两结果不完全相等的主要原因是。【考法示例9】9．如图所示的装置是“冲击摆”，摆锤的质量很大，子弹以初速度从水平方向射入摆中并留在其中，随摆锤一起摆动。（1）子弹射入摆锤后，要得到子弹和摆锤一起运动的初速度，需要测量的物理量有。A．子弹的质量B．摆锤的质量C．冲击摆的摆长D．摆锤摆动时摆线的最大摆角（2）用问题（1）中测量的物理量，应用所学的物理知识可以得出子弹和摆锤一起运动的初速度；（3）通过表达式，即可验证子弹与摆锤作用过程中的不变量（用已知量和测量量的符号、、、表示）。【变动4】删除了“对心碰撞和非对心碰撞”、“散射”等较难理解的知识和概念，只保留了高中主要知识点—弹性碰撞和非弹性碰撞。【考法示例10】10．第24届冬奥会将于2022年2月在北京和张家口举行冬奥会冰壶项目深受观众喜爱。某次冰壶训练中，冰壶乙静止在圆形区域内，运动员用冰壶甲撞击冰壶乙如图为冰壶甲与冰壶乙碰撞前、后的v—t图像，已知冰壶质量均为，两冰壶发生正碰，碰撞时间极短，则在该次碰撞中损失的机械能为（）A． B． C． D．【考法示例11】11．如图甲所示，在光滑水平面上的两小球发生正碰。小球的质量分别为m1和m2。图乙为它们碰撞前后的s－t(位移时间)图象。已知m1＝0.1kg。由此可以判断（）A．碰前m2静止，m1向右运动B．碰后m2和m1都向右运动C．m2＝0.2kgD．碰撞过程中系统损失了0.4J的机械能【考法示例12】12．如图所示。质量M=1.5kg的小车静止于光滑水平面上并紧靠固定在水平面上的桌子右边，其上表面与水平桌面相平，小车的左端放有一质量为mQ=0.5kg的滑块Q。水平放置的轻弹簧左端固定，质量为mP=0.5kg的小物块P置于光滑桌面上的A点并与弹簧的右端接触，此时弹簧处于原长。现用水平向左的推力F将P缓慢推至B点（弹簧处于弹性限度内），推力做功WF=4J，撤去F后，P沿桌面向右滑到小车左端并与Q发生弹性碰撞，最后Q恰好没从小车上滑下。已知小车的长度L=6m（g取10m/s2）。（1）P刚要与Q碰撞前的速度大小；（2）Q刚在小车上滑行时的初速度大小；（3）Q与小车表面间动摩擦因数μ。参考答案：1．A【详解】A．人跳在沙坑的动量大小等于跳在水泥地上的动量大小，因为人质量与速度的大小一样，所以动量大小相等，则A正确；B．人跳在沙坑的动量变化等于跳在水泥地上，因为初动量相等，末动量为0，所以动量的变化量大小相等，则B错误；C．根据动量定理人跳在沙坑受到的冲量与跳在水泥地上的冲量大小相等，所以C错误；D．根据动量定理人跳在沙坑受到的冲力比跳在水泥地上小，所以D错误；故选A。2．A【详解】鸭蛋从45m高处落下着地时，由可得速度大小v==30m/s取向上为正，根据动量定理求得故A正确，BCD错误。故选A。3．（1）200N；（2）205N；（3）见解析【详解】（1）根据动量定理，取向下为正有Ft=0mv代入数据有F=200N（2）根据动量定理，取向下为正有(mgF′)t=0mv代入数据有F′=205N（3）根据以上分析，在打击和碰撞一类的问题中，当平均作用力远远大于重力时可以忽略重力的作用。4．D【详解】A．根据“图象中图线与轴所围成的面积表示冲量”得内，拉力的冲量大小为Im=A错误；B．最大静摩擦力等于滑动摩擦力，即当时在内，滑块处于静止状态，合外力冲量为零，滑块在才开始运动，故内，滑块受到的合外力冲量大小B错误；C．根据动量定理有解得滑块在末时的速率，C错误；D．根据动能定理知，内，滑块受到的力做的总功为W=D正确。故选D。5．B【详解】最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则0~0.4s，F<fmax，物体静止，摩擦力为静摩擦力，大小等于F，则静摩擦力的冲量由图可知0.4~1.0s，F>fmax,物体运动，摩擦力为滑动摩擦力，大小为20N，则滑动摩擦力的冲量所以，摩擦力对物体产生的冲量大小为故选B。6．A【详解】A．物体受到的摩擦力为所以摩擦力的冲量大小为A正确；B．斜面支持力为斜面支持力的冲量大小为B错误；C．重力的冲量大小为C错误；D．匀速下滑，所以合力为零。合力的冲量为零。D错误。故选A。7．BDACD4:1【详解】（1）[1]A．本实验要求入射球碰撞前的速度保持相同，斜槽轨道并不需要光滑，故A错误；B．斜槽轨道末端的切线必须水平，保证小球可以做平抛运动，故B正确；C．入射球和被碰球需要发生正碰，但并不要求质量相等，故C错误；D．入射球每次必须从轨道的同一位置由静止释放，以保证入射球碰撞前的速度保持相同，故D正确。故选BD。（2）[2]本实验验证动量守恒定律，即验证根据平抛运动规律有联立得则x与v成正比，故当成立时即可验证动量守恒定律。因此需要用天平测量两个小球的质量m1、m2，分别找到m1、m2相碰后平均落地点的位置M、N，测量平抛射程OM、ON。故选ACD。（3）[3]根据以上分析可知，验证动量守恒的验证式是（4）[4]根据验证式可得代入题给数据解得8．0.6200.618本实验的主要系统误差是限位孔对纸带向左的阻力对系统的冲量使系统的总动量减少【详解】（2）[1]碰撞前滑块1的速度为v==m/s=2.00m/s则两滑块在碰撞前的总动量为p=m1v1=2.00×0.310kgm/s=0.620kgm/s[2]碰撞后两滑块共同的速度为v共==m/s=1.20m/s则两滑块在碰撞前的总动量为p′=(m1+m2)v共=1.20×(0.310+0.205)kgm/s=0.618kgm/s（3）[3]本实验的主要系统误差是限位孔对纸带向左的阻力对系统的冲量使系统的总动量减少。9．CDmv0=(M+m)v【详解】(1)[1](2)[2]根据机械能守恒得解得故选CD。(3)[3]验证