高考物理动量和能量的综合专题讲解

要高考网京翰教育中心专题五动量和能量的综合一、大纲解读动量、能量思想是贯穿整个物理学的基本思想，应用动量和能量的观点求解的问题，是力学三条主线中的两条主线的结合部，是中学物理中涉及面最广，灵活性最大，综合性最强，内容最丰富的部分，以两大定律与两大定理为核心构筑了力学体系，能够渗透到中学物理大部分章节与知识点中。将各章节知识不断分化，再与动量能量问题进行高层次组合，就会形成综合型考查问题，全面考查知识掌握程度与应用物理解决问题能力，是历年高考热点考查内容，而且命题方式多样，题型全，分量重，小到选择题，填空题，大到压轴题，都可能在此出题．考查内容涉及中学物理的各个版块，因此综合性强．主要综合考查动能定理、机械能守恒定律、能量守恒定律、动量定理和动量守恒定律的运用等．相关试题可能通过以弹簧模型、滑动类模型、碰撞模型、反冲等为构件的综合题形式出现，也有可能综合到带电粒子的运动及电磁感应之中加以考查．二、重点剖析1．独立理清两条线：一是力的时间积累——冲量——动量定理——动量守恒；二是力的空间移位积累——功——动能定理——机械能守恒——能的转化与守恒．把握这两条主线的结合部：系统．．。即两个或两个以上物体组成相互作用的物体系统。动量和能量的综合问题通常是以物体系统为研究对象的，这是因为动量守恒定律只对相互作用的系统才具有意义。2．解题时要抓特征扣条件，认真分析研究对象的过程特征，若只有重力、系统内弹力做功就看是否要应用机械能守恒定律；若涉及其他力做功，要考虑能否应用动能定理或能的转化关系建立方程；若过程满足合外力为零，或者内力远大于外力，判断是否要应用动量守恒；若合外力不为零，或冲量涉及瞬时作用状态，则应该考虑应用动量定理还是牛顿定律．3．应注意分析过程的转折点，如运动规律中的碰撞、爆炸等相互作用，它是不同物理过程的交汇点，也是物理量的联系点，一般涉及能量变化过程，例如碰撞中动能可能不变，也可能有动能损失，而爆炸时系统动能会增加．三、考点透视考点1、碰撞作用碰撞类问题应注意：⑴由于碰撞时间极短，作用力很大，因此动量守恒；⑵动能不增加，碰后系统总动能小于或等于碰前总动能，即1212kkkkE'+E'E+E；⑶速度要符合物理情景：如果碰前两物体同向运动，则后面的物体速度一定大于前面物体的速度，即vv后前＞，碰撞后，原来在前面的物体速度一定增大，且vv后前；如果两物体碰前是相向运动，则碰撞后，两物体的运动方向不可能都不改变，除非两物体碰撞后速度均为零。例1A、B两球在光滑水平面上沿同一直线运动，A球动量为pA=5kg·m/s，B球动量为要高考网京翰教育中心=7kg·m/s，当A球追上B球时发生碰撞，则碰后A、B两球的动量可能是：（）A．pA=6kg·m/s、pB=6kg·m/sB．pA=3kg·m/s、pB=9kg·m/sC．pA=-2kg·m/s、pB=14kg·m/sD．pA=5kg·m/s、pB=17kg·m/s解析：动量守恒四个选项都满足，那么第二个判断依据是速度情景：A的动量不可能原方向增大，A错；第三个判断依据是能量关系：碰后系统总动能只能小于等于碰前总动能。计算得BC正确D错。碰前总动能为2222ABkABppE=+mm，由于5kgm/s7kgm/sAAABBBp=mυ=,p=mυ=，A要追上B，则有ABυυ＞，即5757ABAB,mmmm.对B项，有222239572222ABAB++mmmm，得2BAm=m，满足57ABmm，B正确；对C，有2222214572222ABAB-++mmmm,14721213BAAm=m=m,同样满足57ABmm，C正确.答案：BC点拨：判断的优先顺序为：动量守恒→速度情景→动能关系，动量守恒最容易判断，其次是速度情景，动能关系要通过计算才能作结论，简捷方法是先比较质量关系，再比较动量的平方，如果两物体质量相等，则可直接比较碰撞前后动量的平方和。考点2、爆炸和反冲⑴爆炸时内力远大于外力，系统动量守恒；⑵由于有其它形式的能转化为动能（机械能），系统动能增大。例22007年10月24日18时05分，中国首枚绕月探测卫星“嫦娥一号”顺利升空，24日18时29分，搭载“嫦娥一号”的“长征三号甲”火箭成功实施“星箭分离”。此次采用了爆炸方式分离星箭，爆炸产生的推力将置于箭首的卫星送入预定轨道运行。为了保证在爆炸时卫星不致于由于受到过大冲击力而损坏，分离前关闭火箭发动机，用“星箭分离冲击传感器”测量和控制爆炸作用力，使星箭分离后瞬间火箭仍沿原方向飞行，关于星箭分离，下列说法正确的是（）A．由于爆炸，系统总动能增大，总动量增大B．卫星的动量增大，火箭的动量减小，系统动量守恒C．星箭分离后火箭速度越大，系统的总动能越大D．若爆炸作用力持续的时间一定，则星箭分离后火箭速度越小，卫星受到的冲击力越大解析：由于爆炸，火药的化学能转化为系统动能，因此系统总动能增大。爆炸力远大于星箭所受外力（万有引力），系统动量守恒，卫星在前，动量增大，火箭仍沿原方向运动，动量则一定减小，A错B对；121/p=p+p，又21p=(m+m)v，分离后总动能22121222///kppE=+mm，联立解得22212122122kp-mm+m-m+mE'=mvvv，式中v是星箭分离前的共同速度，依题意2vv，即1212220m+m-m+mvv，因此火箭速度v2越大，分离后系统总动能越小，要高考网京翰教育中心（也可用极限法直接判断：假设星箭分离后星箭速度仍相等，则动能不变，火药释放的能量为0，系统总动能为最小）C错；爆炸力为一对相互作用的内力，因此大小相等、作用时间相同，卫星和火箭受到的爆炸力的冲量大小一定相等，分离后火箭速度越小，则火箭动量的变化量越大，所受爆炸力的冲量越大，则卫星受到的冲量（与火箭受到的爆炸力的冲量等大反向）越大，相互作用时间一定，则卫星受到的冲击力越大，D正确。。答案：BD点拨：注意提取有效解题信息，把握关键字句，如“置于箭首的卫星”、“星箭分离后瞬间火箭仍沿原方向飞行”等，结合爆炸特点和物理情景判断解题。考点3、两个定理的结合例3：如图所示，质量m1为4kg的木板A放在水平面C上，木板与水平面间的动摩擦因数μ=0.24，木板右端放着质量m2为1.0kg的小物块B(视为质点)，它们均处于静止状态.木板突然受到水平向右的12NS的瞬时冲量I作用开始运动，当小物块滑离木板时，木板的动能1mE为8.0J，小物块的动能2mE为0.50J，重力加速度取10m/s2,求：（1）瞬时冲量作用结束时木板的速度V0.（2）木板的长度L解析：(1)设水平向右为正方向，有0AImv①代入数据解得03.0/vms②(2)设A对B、B对A、C对A的滑动摩擦力的大小分别为ABF、BAF和CAF，B在A上滑行的时间为t，B离开A时A和B的速度分别为Av和Bv，有0()BACAAAAFFtmvmv③ABBBFtmv④其中ABBAFF，12()CAFmmg⑤设A、B相对于C的位移大小分别为As和Bs，有22011()22BACAAAAAFFsmvmv⑥ABBkBFsE⑦动量与动能之间的关系为2AAAKAmvmE⑧2BBBKBmvmE⑨木板的长度ABlss⑩代入数据得L=0.50m点拨：涉及动量定理和动能定理综合应用的问题时，要注意分别从合力对时间、合力对位移的累积作用效果两个方面分析物体动量和动能的变化，同时应注意动量和动能两个量之间的关系.考点4、碰撞与圆周运动、平抛运动的结合例4（2008年北京）有两个完全相同的小滑块A和B，A沿光滑水平面以速度v0与静止要高考网京翰教育中心在平面边缘O点的B发生正碰，碰撞中无机械能损失。碰后B运动的轨迹为OD曲线，如图所示。（1）已知滑块质量为m,碰撞时间为t，求碰撞过程中A对B平均冲力的大小。（2）为了研究物体从光滑抛物线轨道顶端无初速下滑的运动，特制做一个与B平抛轨道完全相同的光滑轨道，并将该轨道固定在与OD曲线重合的位置，让A沿该轨道无初速下滑（经分析，A下滑过程中不会脱离轨道）。a.分析A沿轨道下滑到任意一点的动量pA与B平抛经过该点的动量pB的大小关系;b.在OD曲线上有一M点，O和M两点连线与竖直方向的夹角为45°。求A通过M点时的水平分速度和竖直分速度。解析：（1）滑动A与B正碰，满足：mvA-mvB=mv0222111222ABamvmvmv由①②，解得vA=0,vB=v0,根据动量定理，滑块B满足F·t=mv0解得0mvFt(2)a.设任意点到O点竖直高度差为d，A、B由O点分别运动至该点过程中，只有重力做功，所以机械能守恒。选该任意点为势能零点，有EA=mgd,EB=mgd+2012mv由于p=2kmE,有12220gdUgdEEPPKBkABA即PAPB，A下滑到任意一点的动量总和是小于B平抛经过该点的动量。b.以O为原点，建立直角坐标系xOy,x轴正方向水平向右，y轴正方向竖直向下，则对B有::x=v0t，y=12gt2B的轨迹方程y=222agxv在M点x=y，所以gvy202因为A、B的运动轨迹均为OD曲线，故在任意一点，两者速度方向相同。设B水平和竖直分速度大小分别为Bxv和Byv，速率为vB；A水平和竖直分速度大小分别为Axv和Ayv，速率为vA,则:,AyByAxBxABABvvvvvvvvB做平抛运动，故200,2,2BxByBvvvgyvvgy对A由机械能守恒得vA=2gy要高考网京翰教育中心由由以上三式得0220022,22AxAyvgygyvvvgyvgy将gvy202代入得：002545,55AxAyvvvv点拨：碰撞过程中的动量与能量关系，碰撞后与平抛运动的规律相结合是近几年高考的热点，复习时应加强这方面的训练。四、热点分析动量和能量是物理学乃至整个自然科学的核心，可以综合中学物理的所有版块命题，一直是历届高考关注的重点和热点。可独立命题，也可综合命题，2007年全国试题中选择题4道，计算题共有7道，试题可分为以下几种常见模型：热点1、子弹打木块模型例1如图5-4所示，在光滑的水平地面上静止着质量为M的木块，一粒质量为m初速为0v的子弹水平击中木块，打入深度为d，试求转化为内能的值E是多少？解析：水平面光滑，动量守恒，以子弹初速度方向为正方向，VMmmv)(0，子弹和木块发生的是完全非弹性碰撞，损失的动能最多，通过内力做负功转化为系统的内能：2022021)(2121mvMmMVMmmvdfE＝反思：子弹打木块模型是一个典型的物理模型，系统通过一对内力做负功，把“子弹”的部分动能转化为其他形式的能量，是高考的热点，复习时要重视。例2如图5-5所示，质量为M的天车静止在光滑轨道上，下面用长为L的细线悬挂着质量为m的沙箱，一颗质量为0m的子弹，以0v的水平速度射入沙箱，并留在其中，在以后运动过程中，求：沙箱上升的最大高度。要高考网京翰教育中心解析：子弹打入沙箱，水平方向动量守恒，1000)(vmmvm，此后由天车、沙箱和子弹组成的系统机械能守恒，当沙箱上摆到最高点时，系统具有相等的水平速度，损失的动能转化为沙箱的重力势能，运用“子弹打木块”的结论，21000)(21)()(vmmMmmMghmm，联系以上两式，则沙箱上升