2020版高考物理总复习 第六章 第2节 碰撞 反冲和火箭课件

第2节碰撞反冲和火箭基础过关考点研析素养提升基础过关紧扣教材·自主落实一、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.基础知识很短显著远大于(2)机械能守恒:12m121v+12m222v=12m1v1′2+12m2v2′2.当v2=0时,有v1′=,v2′=.二、碰撞类型1.弹性碰撞(1)动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′.12112mmvmm11122mvmm(3)推论:弹性碰撞中,质量相等、发生对心碰撞的两物体碰后.即v1′=v2,v2′=v1.交换速度2.非弹性碰撞(1)动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′.(2)机械能减少,损失的机械能转化为内能|ΔEk|=Ek初-Ek末=Q.3.完全非弹性碰撞(1)动量守恒:m1v1+m2v2=(m1+m2)v共.(2)碰撞中机械能损失最多|ΔEk|=.222112212111222mvmvmmv共三、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,而机械能增加.2.反冲运动(1)物体在内力作用下分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.守恒相反动量守恒自主探究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左右船停止运动,此时小丽同学心想: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?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,离船时对地面速度小于在地面上跳远的速度,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.过关巧练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)碰撞问题中,两物体一定是接触的.()(3)运送人造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的燃气推动空气,空气反作用力推动火箭.()(4)在空间站外执行任务的宇航员通过向背离空间站方向喷出气体,可回到空间站.()××√2.(2019·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.3.[人教版选修3-5·P21·T2]质量为m、速度为v的A球跟质量为3m的静止B球发生正碰.碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B球的速度可能有不同的值.请你论证:碰撞后B球的速度可能是以下值吗?(1)0.6v;(2)0.4v;(3)0.2v.解析:若是弹性碰撞,由动量守恒定律和机械能守恒定律得,mv=mv1+3mv2,12mv2=12m21v+12×3m22v,则v2=24mmv=12v.若是完全非弹性碰撞,则mv=4mv′,v′=14v,因此14v≤vB≤12v,因此只有(2)是可能的.答案:(2)可能考点研析核心探究·重难突破考点一弹性碰撞与非弹性碰撞1.碰撞现象的特点(1)时间:过程持续时间即相互作用时间极短.(2)作用力:在相互作用的过程中,相互作用力先是急剧增大,然后再急剧减小,平均作用力很大.(3)动量守恒条件:系统的内力远远大于外力,所以,系统即使所受外力之和不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒.(4)位移:碰撞过程是在一瞬间发生的,时间极短,所以,在物体发生碰撞的瞬间,可忽略物体的位移,可以认为物体在碰撞前后仍在同一位置.(5)能量:在碰撞过程中,一般伴随着机械能的损失,碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能.2.碰撞现象满足的规律(1)动量守恒定律.(2)机械能不增加.(3)速度要合理.①若碰前两物体同向运动,则应有v后v前,碰后原来在前面的物体速度一定增大,若碰后两物体同向运动,则应有v前′≥v后′.②碰前两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.3.弹性碰撞的结论两物体发生弹性碰撞时满足动量守恒和机械能守恒.若两物体质量分别为m1,m2,碰撞前、后速度为v1,v2,v1′,v2′,则有v1′=12122122mmvmvmm,v2′=21211122mmvmvmm,若v2=0,即运动物体与静止物体碰撞,则v1′=12112mmvmm,v2′=11122mvmm.【典例1】(2019·广东揭阳模拟)如图,水平面上相距为L=5m的P,Q两点分别固定一竖直挡板,一质量为M=2kg的小物块B静止在O点,OP段光滑,OQ段粗糙且长度为d=3m.一质量为m=1kg的小物块A以v0=6m/s的初速度从OP段的某点向右运动,并与B发生弹性碰撞.两物块与OQ段的动摩擦因数均为μ=0.2,两物块与挡板的碰撞时间极短且均不损失机械能.重力加速度g=10m/s2,求:解析:(1)设A,B在O点碰后的速度分别为v1和v2,以向右为正方向.由动量守恒定律得mv0=mv1+Mv2碰撞前后动能相等,则得12m20v=12m21v+12M22v解得v1=-2m/s,方向向左,v2=4m/s,方向向右.(1)A与B在O点碰后瞬间各自的速度;答案:(1)2m/s,方向向左4m/s,方向向右解析:(2)碰后,两物块在OQ段减速时加速度大小均为a=μg=2m/s2.B经过t1时间与Q处挡板相碰,由运动学公式得v2t1-12a21t=d得t1=1s(t1=3s舍去)与挡板碰后,B的速度大小v3=v2-at1=2m/s,反弹后减速时间t2=3va=1s反弹后经过位移s1=232va=1m,B停止运动.物块A与P处挡板碰后,以v4=2m/s的速度滑到O点,经过s2=242va=1m停止.所以最终A,B的距离s=d-s1-s2=1m,两者不会碰第二次.在A,B碰后,A运动总时间tA=12Ldv+4va=3sB运动总时间tB=t1+t2=2s,则时间间隔ΔtAB=tA-tB=1s.(2)两物块各自停止运动时的时间间隔.答案:(2)1s【针对训练】(2019·宁夏银川一中月考)如图所示,ABC是光滑轨道,其中BC部分是半径为R的竖直放置的半圆.一质量为M的小木块放在轨道水平部分,木块被水平飞来的质量为m的子弹射中,并滞留在木块中.子弹击中木块前的速度为v0.若被击中的木块沿轨道能滑到最高点C,求:解析:(1)子弹击中木块的过程满足动量守恒有mv0=(M+m)v1,解得v1=0mvMm,根据能量守恒可得Q=12m20v-12(M+m)21v,联立解得Q=12m20MvMm.(1)此过程中子弹和木块产生的热量Q;答案:(1)12m20MvMm解析:(2)从子弹击中木块到运动到C点的过程,由动能定理得-(M+m)g·2R=12(M+m)2Cv-12(M+m)21v所以vC=214vgR=2204mvgRMm,木块离开C点后做平抛运动,有s=vCt,y=2R=12gt2,得s=2222024mvRRgMm.(2)木块从C点飞出后落地点距B点的距离s.答案:(2)2222024mvRRgMm考点二多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】(2019·宁夏石嘴山三中检测)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.〚审题指导〛题干关键获取信息足够长的光滑水平面物体A,B,C运动过程中不受摩擦力物体间碰撞都是弹性碰撞A与C、A与B间碰撞过程中动量守恒,机械能守恒A以某一速度向右运动,使A只与B,C各发生一次碰撞A与C碰撞,A反弹后与B碰撞,又反弹,此时速度等于或小于C的速度解析: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≤mM1.[小球间的碰撞问题](2018·内蒙古杭锦后旗检测)如图所示,在水平光滑直导轨上,静止放着三个质量均为m=1kg的相同小球A,B,C.现让A球以v0=2m/s的速度向着B球运动,A,B两球碰撞后粘在一起,两球继续向右运动并跟C球碰撞,C球的最终速度vC=1m/s.求:题组训练(1)A,B两球跟C球相碰前的共同速度为多大?(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能?解析:(1)A,B相碰过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得mv0=2mv1,解得v1=1m/s.(2)两球与C碰撞,以向右为正方向,由动量守恒定律得2mv1=2mv2+mvC,解得v2=0.5m/s,由能量守恒定律可知,两次碰撞损失的动能ΔEk=12m20v-12·2m22v-12m2Cv,解得ΔEk=1.25J.答案:(1)1m/s(2)1.25J2.[木块和木板间的碰撞问题](2018·山西晋城一模)如图所示,在光滑桌面上静止放置着长木板B和物块C,长木板B上表面的右端有一物块A,物块A与长木板B之间的动摩擦因数为0.2,长木板足够长.现让物块C以4m/s的初速度向右运动,与木板B发生碰撞,碰撞后黏在一起.已知物块A的质量为2kg,长木板B的质量为1kg,物块C的质量为3kg,重力加速度g取10m/s2,试求:(1)C与B碰撞过程中,损失的机械能;解析:(1)设B,C碰撞后的瞬时速度大小为v1,根据动量守恒定律有mCvC=(mB+mC)v1,代入数据解得v1=3m/s,碰撞过程中,损失的机械能ΔE=12mC2Cv-12(mB+mC)21v,解得ΔE=6J.答案:(1)6J(2)最终A,B,C的速度大小以及A相对于B运动的距离.解析:(2)最终A,B,C共同运动,根据动量守恒定律mCvC=(mA+mB+mC)v2,解得v2=2m/s根据功能关系,有μmAgx=12(mB+mC)21v-12(mA+mB+mC)22v,解得x=1.5m.答案:(2)2m/s1.5m考点三反冲与爆炸类问题1.爆炸特点(1)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)在爆炸过程中,由于有其他形式的能量转化为动能,所以爆炸前后系统的总动能增加.2.反冲运动由于物体之间的作用力与反作用力的作用,而