（通用版）2020版高考物理二轮复习 专题四 动量和能 第1课时 力学中的动量和能量问题课件

第一部分专题四动量和能量高考命题轨迹高考命题点命题轨迹情境图动量定理和动量守恒定律的应用20161卷35(2)20172卷15,3卷2020191卷1617(3)20题“碰撞模型”问题20151卷35(2)，2卷35(2)20163卷35(2)20182卷15、2420191卷2515(1)35(2)题15(2)35(2)题18(2)24题19(1)25题16(3)35(2)题“爆炸模型”和“反冲模型”问题20171卷1420181卷2420193卷25“板块模型”问题20162卷35(2)19(3)25题16(2)35(2)题相关知识链接1.动量定理(1)公式：Ft＝p′－p，除表明等号两边大小、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.(2)意义：动量定理说明的是合外力的冲量与的关系，反映了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.动量变化动量变化合外力的冲量2.动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为，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Δp＝0(系统总动量的变化量为零)，或Δp1＝－Δp2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的变化量大小相等、方向).(3)守恒条件①系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的合力.②系统所受外力的合力不为零，但在某一方向上系统受到的合力为，则系统在该方向上动量守恒.③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.零相反为零零3.解决力学问题的三大观点(1)力的观点：主要是定律和运动学公式相结合，常涉及物体的受力、加速度或匀变速运动的问题.(2)动量的观点：主要应用定理或动量守恒定律求解，常涉及物体的受力和问题，以及相互作用物体的问题.(3)能量的观点：在涉及单个物体的受力和位移问题时，常用动能定理分析；在涉及系统内能量的转化问题时，常用能量守恒定律.牛顿运动动量时间1.力学规律的选用原则(1)单个物体：宜选用动量定理、动能定理和牛顿运动定律.若其中涉及时间的问题，应选用定理；若涉及位移的问题，应选用定理；若涉及加速度的问题，只能选用牛顿第二定律.(2)多个物体组成的系统：优先考虑两个守恒定律，若涉及碰撞、爆炸、反冲等问题，应选用，然后再根据能量关系分析解决.规律方法提炼动量动能动量守恒定律2.系统化思维方法(1)对多个物理过程进行整体分析，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分析，即把两个或两个以上的独立物体合为一个整体进行考虑，如应用动量守恒定律时，就是把多个物体看成一个整体(或系统).高考题型1动量定理和动量守恒定律的应用内容索引NEIRONGSUOYIN高考题型2“碰撞模型”问题高考题型3“爆炸和反冲运动模型”问题高考题型4“板—块模型”问题动量定理和动量守恒定律的应用题型：选择题：5年3考高考题型1类型1动量定理的应用例1(2019·全国卷Ⅰ·16)最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展.若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3km/s，产生的推力约为4.8×106N，则它在1s时间内喷射的气体质量约为A.1.6×102kgB.1.6×103kgC.1.6×105kgD.1.6×106kg√解析设1s时间内喷出的气体的质量为m，喷出的气体与该发动机的相互作用力为F，由动量定理有Ft＝mv－0，则m＝Ftv＝4.8×106×13×103kg＝1.6×103kg，选项B正确.拓展训练1(2019·湖北武汉市二月调研)运动员在水上做飞行运动表演，他操控喷射式悬浮飞行器将水带竖直送上来的水反转180°后向下喷出，令自己悬停在空中，如图1所示.已知运动员与装备的总质量为90kg，两个喷嘴的直径均为10cm，已知重力加速度大小g＝10m/s2，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，则喷嘴处喷水的速度大约为A.2.7m/sB.5.4m/sC.7.6m/sD.10.8m/s图1√解析设Δt时间内一个喷嘴中有质量为m的水喷出，忽略水的重力冲量，对两个喷嘴喷出的水由动量定理得：FΔt＝2mvm＝ρvΔt·πd24因运动员悬停在空中，则F＝Mg联立代入数据解得：v≈7.6m/s，故C正确.类型2动量定理和动量守恒定律的应用例2(2019·河北省“五个一名校联盟”第一次诊断)观赏“烟火”表演是每年“春节”庆祝活动的压轴大餐.某型“礼花”底座仅用0.2s的发射时间，就能将5kg的礼花弹竖直抛上180m的高空.(忽略发射底座高度，不计空气阻力，g取10m/s2).(1)“礼花”发射时燃烧的火药对礼花弹的作用力约是多少？答案见解析解析设礼花弹竖直抛上180m高空用时为t，由竖直上抛运动的对称性知：h＝gt212代入数据解得：t＝6s设发射时间为t1，火药对礼花弹的作用力为F，对礼花弹发射到180m高空运用动量定理有：Ft1－mg(t＋t1)＝0代入数据解得：F＝1550N；(2)某次试射，当礼花弹到达最高点180m的高空时爆炸为沿水平方向运动的两块(爆炸时炸药质量忽略不计)，测得两块落地点间的距离s＝900m，落地时两者的速度相互垂直，则两块的质量各为多少？答案见解析解析设礼花弹在180m高空爆炸时分裂为质量为m1、m2的两块，对应水平速度大小为v1、v2，方向相反，礼花弹爆炸时该水平方向合外力为零，由动量守恒定律有：m1v1－m2v2＝0且有：m1＋m2＝m由平抛运动的规律和题目落地的距离条件有：(v1＋v2)t＝s设落地时竖直速度为vy，落地时两块的速度相互垂直，如图所示，有：tanθ＝vyv1＝v2vy又vy＝gt联立代入数据解得：m1＝1kgm2＝4kg或m1＝4kgm2＝1kg拓展训练2(多选)(2019·福建厦门市上学期期末质检)如图2所示，一质量M＝2.0kg的长木板B放在光滑水平地面上，在其右端放一个质量m＝1.0kg的小物块A.给A和B以大小均为3.0m/s、方向相反的初速度，使A开始向左运动，B开始向右运动，A始终没有滑离B板.下列说法正确的是A.A、B共速时的速度大小为1m/sB.在小物块A做加速运动的时间内，木板B速度大小可能是2m/sC.从A开始运动到A、B共速的过程中，木板B对小物块A的水平冲量大小为2N·sD.从A开始运动到A、B共速的过程中，小物块A对木板B的水平冲量方向向左√图2√解析设水平向右为正方向，根据动量守恒定律得：Mv－mv＝(M＋m)v共，解得v共＝1m/s，A正确；在小物块向左减速到速度为零时，设长木板速度大小为v1，根据动量守恒定律：Mv－mv＝Mv1，解得：v1＝1.5m/s，所以当小物块反向加速的过程中，木板继续减速，木板的速度必然小于1.5m/s，所以B错误；根据动量定理，A、B相互作用的过程中，木板B对小物块A的水平冲量大小为I＝mv共＋mv＝4N·s，故C错误；根据动量定理，A对B的水平冲量I′＝Mv共－Mv＝－4N·s，负号代表与正方向相反，即向左，故D正确.“碰撞模型”问题题型：选择或者计算题：5年4考高考题型21.模型介绍碰撞模型主要是从运动情景和解题方法高度相似角度进行归类.模型具体有以下几种情况：(水平面均光滑)①物体与物体的碰撞；②子弹打木块；③两个物体压缩弹簧；④两个带电体在光滑绝缘水平面上的运动等.2.基本思路(1)弄清有几个物体参与运动，并分析清楚物体的运动过程.(2)进行正确的受力分析，明确各过程的运动特点.(3)光滑的平面或曲面(仅有重力做功)，不计阻力的抛体运动，机械能一定守恒；碰撞过程、子弹打木块、不受其他外力作用的两物体相互作用问题，一般考虑用动量守恒定律分析.3.方法选择(1)若是多个物体组成的系统，优先考虑使用两个守恒定律.(2)若物体(或系统)涉及位移和时间，且受到恒力作用，应使用牛顿运动定律.(3)若物体(或系统)涉及位移和速度，应考虑使用动能定理，运用动能定理解决曲线运动和变加速运动问题特别方便.(4)若物体(或系统)涉及速度和时间，应考虑使用动量定理.例3(2019·山东日照市3月模拟)A、B两小球静止在光滑水平面上，用水平轻弹簧相连接，A、B两球的质量分别为m和M(mM).若使A球获得瞬时速度v(如图3甲)，弹簧压缩到最短时的长度为L1；若使B球获得瞬时速度v(如图乙)，弹簧压缩到最短时的长度为L2，则L1与L2的大小关系为图3A.L1L2B.L1L2C.L1＝L2D.不能确定√解析当弹簧压缩到最短时，两球的速度相同，对题图甲取A的初速度方向为正方向，由动量守恒定律得：mv＝(m＋M)v′由机械能守恒定律得：Ep＝12mv2－12(m＋M)v′2联立解得弹簧压缩到最短时有：Ep＝mMv22m＋M同理：对题图乙取B的初速度方向为正方向，当弹簧压缩到最短时有：Ep＝mMv22m＋M故弹性势能相等，则有：L1＝L2，故A、B、D错误，C正确.拓展训练3(2019·四川省第二次诊断)如图4甲所示，一块长度为L、质量为m的木块静止在光滑水平面上.一颗质量也为m的子弹以水平速度v0射入木块.当子弹刚射穿木块时，木块向前移动的距离为s，如图乙所示.设子弹穿过木块的过程中受到的阻力恒定不变，子弹可视为质点.则子弹穿过木块的时间为A.1v0(s＋L)B.1v0(s＋2L)C.12v0(s＋L)D.1v0(L＋2s)图4√解析子弹穿过木块过程，对子弹和木块组成的系统，外力之和为零，动量守恒，以v0的方向为正方向，有：mv0＝mv1＋mv2，设子弹穿过木块的过程所受阻力为Ff，对子弹由动能定理：－Ff(s＋L)＝12mv12－12mv02，由动量定理：－Fft＝mv1－mv0，对木块由动能定理：Ffs＝12mv22，由动量定理：Fft＝mv2，联立解得：t＝1v0(L＋2s)，故选D.例4(2019·全国卷Ⅰ·25)竖直面内一倾斜轨道与一足够长的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，小物块B静止于水平轨道的最左端，如图5(a)所示.t＝0时刻，小物块A在倾斜轨道上从静止开始下滑，一段时间后与B发生弹性碰撞(碰撞时间极短)；当A返回到倾斜轨道上的P点(图中未标出)时，速度减为0，此时对其施加一外力，使其在倾斜轨道上保持静止.物块A运动的v－t图象如图(b)所示，图中的v1和t1均为未知量.已知A的质量为m，初始时A与B的高度差为H，重力加速度大小为g，不计空气阻力.(1)求物块B的质量；图5答案3mv12为其碰撞后瞬间速度的大小.设物块B的质量为m′，碰撞后瞬间的速度大小为v′.解析根据题图(b)，v1为物块A在碰撞前瞬间速度的大小，由动量守恒定律和机械能守恒定律有mv1＝m－v12＋m′v′①12mv12＝12m－12v12＋12m′v′2②联立①②式得m′＝3m；③(2)在图(b)所描述的整个运动过程中，求物块A克服摩擦力所做的功；答案215mgHmgH－Ffs1＝12mv12－0④解析在题图(b)所描述的运动中，设物块A与轨道间的滑动摩擦力大小为Ff，下滑过程中所经过的路程为s1，返回过程中所经过的路程为s2，P与B的高度差为h，整个过程中克服摩擦力所做的功为W.由动能定理有－(Ffs2＋mgh)＝0－12m－v122⑤从题图(b)所给出的v－t图线可知s1＝12v1t1⑥s2＝12·v12·(1.4t1－t1)⑦物块A在整个运动过程中克服摩擦力所做的功为由几何关系得：s2s1＝hH⑧W＝Ffs1＋Ffs2⑨联立④⑤⑥⑦⑧⑨式可得W＝215mgH；⑩(3)已知两物块与轨道间的动摩擦因数均相等.在物块B停止运动后，改变物块与轨道间的动摩擦因数，然后将A从P点释放，一段时间后A刚好能与B再次碰上.求改变前后动摩擦因数的比值.答案11