2020届高考物理总复习 第6章 碰撞与动量守恒 第2课时 碰撞 反冲和火箭课件 教科版

第2课时碰撞反冲和火箭基础回顾核心探究演练提升基础回顾自主梳理·融会贯通知识梳理一、碰撞及特点1.碰撞做相对运动的两个(或几个)物体相遇而发生相互作用,在时间内,它们的运动状态会发生变化.2.特点在碰撞现象中,一般都满足内力外力,可认为相互碰撞的系统动量守恒.很短显著远大于二、碰撞类型1.“一动一静”弹性碰撞:系统动量守恒、机械能守恒.m1v0=m1v1+m2v2,12m120v=12m121v+12m222vv1=v0,v2=v01212mmmm1122mmm(注:在同一水平面上发生弹性正碰,机械能守恒)讨论:(1)当m1=m2时,v1=,v2=。(2)当m1≪m2时,v1=,v2=.0v0-v00(3)当m1m2时,v10,v20(4)当m1m2时,v10,v20(5)当m1≫m2时,v1=v0,v2=2v02.非弹性碰撞:部分机械能转化成物体的内能,动量守恒m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,ΔE=(12m121v+12m222v)-(12m1v1′2+12m2v2′2).3.完全非弹性碰撞:碰撞后两物体粘在一起运动,此时动能损失最大,而动量守恒.m1v1+m2v2=(m1+m2)v,ΔEk=(12m121v+12m222v)-12(m1+m2)v2.三、爆炸和反冲运动1.爆炸爆炸过程中的内力远大于外力,爆炸的各部分组成的系统总动量.2.反冲运动(1)物体在内力作用下分裂为两个不同部分并且这两部分向方向运动的现象.(2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用定律来处理.守恒相反动量守恒拓展思考两位同学在公园里划船.租船时间将到,她们把小船划向码头.大约2m左右时,有一位同学心想:自己在体育课上立定跳远的成绩高于2m,跳到岸上绝对没问题.于是她纵身一跳,结果却掉到了水里(如图所示).她为什么不能如她所想的那样跳到岸上呢(假设起跳时船已静止)?请给她支招?答案:当在地面上跳远时,其相对于地面的速度与在船上跳远时相对船的速度相等,但因为从船上她跳出时,船获得向后的速度,减小了自己向前的速度,故其跳跃的距离小于在地面上跳跃的距离.让船再靠近些跳,或在船未停止时跳.自主检测1.思考判断(1)质量相等的两个物体发生碰撞时,一定交换速度.()(2)发生碰撞的两个物体,机械能是守恒的.()(3)运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭.()(4)在没有空气的宇宙空间,火箭仍可加速前行.()答案:(1)×(2)×(3)×(4)√2.一小型爆炸装置在光滑、坚硬的水平钢板上发生爆炸,所有碎片均沿钢板上方的倒圆锥面(圆锥的顶点在爆炸装置处)飞开.在爆炸过程中,下列关于爆炸装置的说法中正确的是()A.总动量守恒B.机械能守恒C.水平方向动量守恒D.竖直方向动量守恒C解析:爆炸装置在光滑、坚硬的水平钢板上发生爆炸,与钢板间产生巨大的相互作用力,这个作用力远远大于它所受到的重力,但由于钢板对爆炸装置的作用力是竖直向上的,因此爆炸装置在竖直方向动量不守恒,所以爆炸装置的总动量是不守恒的,而水平方向合力为零,动量守恒,选项A,D错误,C正确;爆炸时,化学能转化为机械能,因此,机械能增加,选项B错误.3.(2018·黑龙江大庆质检)(多选)采取下列哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()A.使喷出的气体速度增大B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大D.使喷出的气体密度更小AC解析:设原来火箭的总质量为M,喷出的气体质量为m,速度是v,剩余的质量(M-m)的速度是v′,由动量守恒得出(M-m)v′=mv,则v′=mvMm=1vMm,由该式可知m越大或v越大,v′越大.选项A,C正确.4.(2018·河北石家庄模拟)(多选)在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球,它们的动能相等,已知甲球的质量大于乙球的质量,它们正碰后可以发生的情况是()A.甲球停下,乙球反向运动B.甲球反向运动,乙球停下C.甲、乙两球都反向运动D.甲、乙两球都反向运动,且动能仍相等AC解析:如图所示,由题意知,Ek甲=Ek乙,由动能与动量的关系,则有p=k2mE,由于m甲m乙,则p甲p乙,故甲、乙碰撞前总动量沿甲原来方向,所以碰撞后,甲球停下或反向弹回,乙球必弹回.所以乙的速度不可能为零,选项A,C正确,B错误;若甲、乙两球都反向运动,且动能仍相等,则碰后总动量方向与甲原来的动量方向相反,违反了动量守恒定律,选项D错误.核心探究分类探究·各个击破考点一弹性碰撞与非弹性碰撞1.对碰撞的理解(1)发生碰撞的物体间一般作用力很大,作用时间很短;各物体作用前后各自动量变化显著;物体在作用时间内位移可忽略.(2)即使碰撞过程中系统所受合外力不等于零,由于内力远大于外力,作用时间又很短,故外力的作用可忽略,认为系统的动量是守恒的.(3)若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能,则系统碰撞后的总机械能不可能大于碰撞前系统的总机械能.3.非弹性碰撞特征描述及重要关系式发生非弹性碰撞时,内力是非弹性力,部分机械能转化为物体的内能,机械能有损失,动量守恒,总动能减少.满足:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,12m121v+12m222v12m1v1′2+12m2v2′2.2.物体的碰撞是否为弹性碰撞的判断弹性碰撞是碰撞过程中无机械能损失的碰撞,遵循的规律是动量守恒定律和机械能守恒定律,确切地说是碰撞前后系统动量守恒,动能不变.(1)题目中明确告诉物体间的碰撞是弹性碰撞.(2)题目中明确告诉是弹性小球、光滑钢球或分子(原子等微观粒子)碰撞的,都是弹性碰撞.【典例1】(2018·河北唐山质检)在光滑的水平面上,质量为m1的小球A以速率v0向右运动.在小球A的前方O点处有一质量为m2的小球B处于静止状态,如图所示.小球A与小球B发生正碰后小球A,B均向右运动.小球B被在Q点处的墙壁弹回后与小球A在P点相遇,PQ=1.5PO.假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性的,求两小球质量之比12mm.解析:从两小球碰撞后到它们再次相遇,小球A和小球B的速度大小保持不变,设两小球通过的路程分别为s1,s2.由v=st得12vv=14,两小球碰撞过程有m1v0=m1v1+m2v212m120v=12m121v+12m222v,解得12mm=21.故两小球的质量之比12mm=21.答案:2【针对训练】(2015·全国Ⅱ卷,35)两滑块a,b沿水平面上同一条直线运动,并发生碰撞;碰撞后两者粘在一起运动;经过一段时间后,从光滑路段进入粗糙路段.两者的位置x随时间t变化的图像如图所示.求:(1)滑块a,b的质量之比;解析:(1)设a,b的质量分别为m1、m2,a、b碰撞前的速度为v1,v2.由题给图像得v1=-2m/s,v2=1m/sa,b发生完全非弹性碰撞,碰撞后两滑块的共同速度为v.由题给图像得v=23m/s由动量守恒定律得m1v1+m2v2=(m1+m2)v联立并代入数据解得m1∶m2=1∶8;答案:(1)1∶8(2)整个运动过程中,两滑块克服摩擦力做的功与因碰撞而损失的机械能之比.解析:(2)由能量守恒得,两滑块因碰撞而损失的机械能为ΔE=12m121v+12m222v-12(m1+m2)v2由图像可知,两滑块最后停止运动.由动能定理得,两滑块克服摩擦力所做的功为W=12(m1+m2)v2联立并代入题给数据得W∶ΔE=1∶2.答案:(2)1∶2考点二多物体碰撞问题对多个物体参与作用、作用过程又比较复杂的多物体问题,有时让人觉得眼花缭乱,无从下手.解决这类问题,要善于弄清每一个子过程和在各个子过程中参与作用的物体.对各个子过程的作用特点及物体的运动特征进行深入地分析、归纳和总结,从中探究相应的规律,找到解题的突破口.【典例2】(2015·全国Ⅰ卷,35)如图,在足够长的光滑水平面上,物体A,B,C位于同一直线上,A位于B,C之间.A的质量为m,B,C的质量都为M,三者均处于静止状态.现使A以某一速度向右运动,求m和M之间应满足什么条件,才能使A只与B,C各发生一次碰撞.设物体间的碰撞都是弹性的.解析:A向右运动与C发生第一次碰撞,碰撞过程中,系统的动量守恒、机械能守恒.设速度方向向右为正,开始时A的速度为v0,第一次碰撞后C的速度为vC1,A的速度为vA1.由动量守恒定律和机械能守恒定律得mv0=mvA1+MvC1①12m20v=12m21Av+12M21Cv②联立①②式得vA1=mMmMv0③vC1=2mmMv0④如果mM,第一次碰撞后,A与C速度同向,且A的速度小于C的速度,不可能与B发生碰撞;如果m=M,第一次碰撞后,A停止,C以A碰前的速度向右运动,A不可能与B发生碰撞;所以只需考虑mM的情况.第一次碰撞后,A反向运动与B发生碰撞.设与B发生碰撞后,A的速度为vA2,B的速度为vB1,同样有vA2=mMmMvA1=(mMmM)2v0⑤根据题意,要求A只与B,C各发生一次碰撞,应有vA2≤vC1⑥联立④⑤⑥式得m2+4mM-M2≥0解得m≥(5-2)M另一解m≤-(5+2)M舍去.所以,m和M应满足的条件为(5-2)M≤mM.答案:(5-2)M≤mM【针对训练】导学号58826133(2018·大连模拟)如图所示,AOB是光滑水平轨道,BC是半径为R的光滑的14固定圆弧轨道,两轨道恰好相切.质量为M的小木块静止在O点,一个质量为m的子弹以某一初速度水平向右射入小木块内,并留在其中和小木块一起运动,且恰能到达圆弧轨道的最高点C(木块和子弹均可以看成质点).求:(1)子弹射入木块前的速度;解析:(1)第一颗子弹射入木块的过程,系统动量守恒,以子弹的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得mv0=(m+M)v1,系统由O到C的运动过程中机械能守恒,由机械能守恒定律得12(m+M)21v=(m+M)gR由以上两式解得v0=2mMgRm.答案:(1)2mMgRm(2)若每当小木块返回到O点或停止在O点时,立即有相同的子弹射入小木块,并留在其中,则当第9颗子弹射入小木块后,小木块沿圆弧轨道能上升的最大高度为多少?解析:(2)由动量守恒定律可知,第2,4,6…颗子弹射入木块后,木块的速度为0,第1,3,5…颗子弹射入后,木块运动.当第9颗子弹射入木块时,以子弹初速度方向为正方向,由动量守恒定律得mv0=(9m+M)v9,设此后木块沿圆弧上升的最大高度为H,由机械能守恒得12(9m+M)29v=(9m+M)gH由以上各式可得H=(9mMMm)2R.答案:(2)(9mMMm)2R考点三爆炸及反冲运动1.爆炸(1)动量守恒:由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力,所以在爆炸过程中,系统的总动量可看做守恒.(2)动能增加:在爆炸过程中,由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸前后系统的总动能增加.2.反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果,如发射炮弹时炮身后退、火箭因喷气而发射、喷气式飞机等.(1)系统内的不同部分在强大的内力作用下向相反方向运动,通常用动量守恒定律来处理.(2)反冲运动中,由于有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总机械能增加.(3)反冲运动中系统的平均动量也守恒.【典例3】(2018·山东潍坊模拟)如图所示,质量相等的木块A,B间夹有一小块炸药,放在一段粗糙程度相同的水平地面上.让A,B以速度v0一起从O点滑出,到达P点后速度变为02v,此时炸药爆炸使木块A,B脱离,发现木块B立即停在原位置,木块A继续水平前进.如果仍让A,B以速度v0一起从O点滑出,当A,B停止运动时立即让炸药爆炸,则木块A最终静止在Q点(图中未标出).已知O,P两点间的距离为s,炸药的质量可以忽略不计,爆炸时间很短可以忽略不计,爆炸释放的化学能全部转化为木块的动能,求木块A从O运动到Q所用的时间.〚核心点拨〛(1)爆炸瞬间动量守恒,机械能增加,能量守恒.(2)A,B一起滑动,可用动能定理列式.(3)第二次滑动,因求时间,可结合牛顿第二