2020版高考物理总复习 第六章 第1节 动量定理 动量守恒定律课件

第六章碰撞与动量守恒高考导航(教师备用)考点内容要求高考(全国卷)三年命题情况对照分析201620172018动量、动量定理、动量守恒定律及其应用ⅡⅠ卷T35(2):动量定理和能量观点Ⅱ卷T35(2):动量守恒和能量守恒Ⅲ卷T35(2):动量守恒和能量守恒Ⅰ卷T14:动量守恒定律的应用Ⅲ卷T20:动量定理的应用Ⅰ卷T14:动量T24:动量守恒和能量守恒Ⅱ卷T15:动量定理T24:碰撞与动力学综合Ⅲ卷T25(2):动量的计算弹性碰撞和非弹性碰撞Ⅰ实验七:验证动量守恒定律说明:只限于一维1.考查方式:从近两年命题规律来看,应用动量定理、动量守恒定律,常以选择题的形式对某一过程进行分析判断,应用碰撞或反冲运动模型,常以计算题的形式考查动量和能量观点的综合应用.2.命题趋势:综合应用动量和能量观点解决碰撞模型问题将是今后命题的热点,既可以将动量与力学知识结合,也可将动量和电学知识结合,作为理综试卷压轴计算题进行命题,难度会逐渐加大.第1节动量定理动量守恒定律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、动量、动能、动量变化量的比较基础知识212mv动量动能动量变化量定义物体的的乘积物体由于而具有的能量物体末动量与初动量的.定义式p=.Ek=.Δp=.标矢性.标量矢量特点状态量状态量.质量和速度运动矢量差mvp′-p矢量过程量关联方程Ek=22pm,Ek=12pv,p=k2mE,p=k2Ev联系若物体的动能发生变化,则动量一定发生变化;但动量发生变化时动能不一定变化二、冲量1.定义:力和力的的乘积.2.公式:I=,适用于求恒力的冲量.3.方向:恒力时与相同.三、动量定理1.内容:物体在一个过程始末的等于它在这个过程中所受力的冲量.2.表达式:p′-p=I或mv′-mv=Ft.3.动量与力物体动量的等于它所受的力.作用时间Ft力的方向动量变化量变化率自主探究玻璃杯从某一高度处落下,如果地面较硬,则玻璃杯易碎,如果地面较松软,则玻璃杯不易碎,这是为什么?答案:玻璃杯落到地面上时,和地面相互作用,如果地面较硬,则玻璃杯的速度很快变为零,由动量定理知,玻璃杯会受到较大的撞击力,如果地面松软,则玻璃杯的速度变为零时需要较长的时间,玻璃杯受到的撞击力较小.四、动量守恒定律教材解读动量守恒定律的推导如图所示,在水平桌面上做匀速运动的两个小球,质量分别是m1和m2,速度分别是v1和v2,v2v1.当第二个小球追上第一个小球时两球碰撞.碰撞后的速度分别是v1′和v2′.设碰撞过程中第一个球所受第二个球对它的作用力是F1,第二个球所受第一个球对它的作用力是F2.根据牛顿第二定律,碰撞过程中两球的加速度分别是a1=,a2=根据牛顿第三定律,F1与F2大小相等、方向相反,即F1=-F2所以m1a1=-m2a2碰撞时两球之间力的作用时间很短,用Δt表示.a1=,a2=移项后得到m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′11Fm22Fm22vvt11vvt1.内容:如果一个系统,或者所受为0,这个系统的总动量保持不变.2.表达式m1v1+m2v2=或p=p′.不受外力外力的矢量和m1v1′+m2v2′过关巧练1.思考判断(1)一个物体动量大小不变时,它的动量一定不变.()×(2)物体所受合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同.()(3)系统的机械能守恒时,动量也一定守恒.()(4)物体的动量变化越大,其速度变化一定越大.()(5)系统内某物体所受合力不为0时,系统的动量一定不守恒.()√×√×2.(2019·山东威海质检)质量是60kg的建筑工人,不慎从高空跌下,由于弹性安全带的保护,使他悬挂起来.已知安全带的缓冲时间是1.2s,安全带长5m,取g=10m/s2,则安全带所受的平均冲力的大小为()A.500NB.600NC.1100ND.100NC解析:设建筑工人做自由落体运动所用时间为t1,由h1=12g21t,得t1=12hg=2510s=1s取全程研究,由动量定理得mg(t1+t2)-Ft2=0所以F=122mgttt=60011.21.2N=1100N,选项C正确.3.[人教版选修3-5·P16·T5]某机车以0.8m/s的速度驶向停在铁轨上的15节车厢,跟它们对接.机车跟第一节车厢相碰后,它们连在一起具有一个共同的速度,紧接着又跟第二节车厢相碰,就这样,直到碰上最后一节车厢.设机车和车厢的质量都相等,求与最后一节车厢碰撞后车厢的速度,铁轨的摩擦忽略不计.解析:取机车和15节车厢整体为研究对象,由动量守恒定律得mv0=(m+15m)v,则v=116v0=116×0.8m/s=0.05m/s.答案:0.05m/s考点研析核心探究·重难突破考点一冲量与动量变化的计算1.动量与动量的变化(1)动量既有大小又有方向,是状态量,其方向与该时刻的速度方向相同.(2)动量变化量也是矢量,是过程量,与状态变化有关,其方向与合力的冲量等大同向.2.冲量的计算(1)恒力时直接用定义式I=Ft计算.(2)变力的冲量①方向不变的变力时,若力的大小随时间均匀变化,即力为时间的一次函数,则力F在某段时间t内的冲量I=122FFt,其中F1,F2为该段时间内初、末两时刻力的大小.②F-t图像中,图线与t轴所夹的面积即为变力的冲量.如图所示.③对于易确定始、末时刻动量的情况,可用动量定理求解冲量.【典例1】(2019·湖南师大附中月考)水平拉力分别作用在静止于水平面上等质量的a,b两物体上,F1F2,作用相同距离,两物体与水平面的动摩擦因数相同,则这个过程中F1,F2的冲量I1,I2的大小关系正确的是()A.一定I1I2B.一定I1I2C.一定I1=I2D.可能I1I2D解析:由x=12at2,得t=2xa,由牛顿第二定律F-μmg=ma,得a=Fmgm,则冲量I=Ft=F×2xFmgm=221mxmgFF,由数学知识,整理得I=2211142mxmgmgFmg,当1F=12mg,即F=2μmg时,冲量I有最小值,因不知道F1,F2与2μmg的大小关系,故两冲量的关系无法确定,故D正确.【针对训练】(2018·北京房山区高三期末)质量为0.2kg的小球竖直向下以6m/s的速度落至水平地面上,再以4m/s的速度反向弹回.取竖直向上为正方向,在小球与地面接触的时间内,关于球动量变化量Δp和合外力对小球做的功W,下列说法正确的是()A.Δp=2kg·m/sW=-2JB.Δp=-2kg·m/sW=2JC.Δp=0.4kg·m/sW=-2JD.Δp=-0.4kg·m/sW=2JA解析:取竖直向上为正方向,则小球与地面碰撞过程中动量的变化为Δp=mv2-mv1=0.2×4kg·m/s-0.2×(-6)kg·m/s=2kg·m/s,方向竖直向上.由动能定理可知,合外力做的功W=12m22v-12m21v=12×0.2×42J-12×0.2×62J=-2J,故A正确.考点二动量定理的理解与应用1.理解要点(1)应用动量定理时研究对象既可以是单一物体,也可以是系统,当为系统时不考虑内力的冲量.(2)求合力的冲量的方法有两种:第一先求合力再求合力冲量,第二求出每个力的冲量再对冲量求和.(3)动量定理是矢量式,列方程时先规定正方向.2.解释现象(1)Δp一定时,F的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小.(2)F一定,此时力的作用时间越长,Δp就越大;力的作用时间越短,Δp就越小.分析问题时,要把哪个量一定、哪个量变化搞清楚.3.两个重要应用(1)应用I=Δp求变力的冲量.如果物体受到大小或方向改变的力的作用,则不能直接用I=Ft求变力的冲量,可以求出该力作用下物体动量的变化量Δp,可求得冲量I.(2)应用Δp=FΔt求动量的变化量.在曲线运动中,速度方向时刻在变化,求动量变化(Δp=p2-p1)需要应用矢量运算方法,计算比较复杂,如果作用力是恒力,可以求恒力的冲量I,可求得动量的变化量Δp.【典例2】(2019·重庆高三质量抽检)为了研究小球由静止释放后撞击地面弹跳的规律,小俞同学利用运动传感器采集数据并作出了如图所示的v-t图像,小球质量为0.6kg,空气阻力不计,重力加速度g=10m/s2,由图可知()A.横坐标每一小格表示的时间是1sB.小球下落的初始位置离地面的高度为3.6mC.小球第一次反弹的最大高度为1.25mD.小球第一次撞击地面时地面对小球的平均作用力为66NC解析:小球下落时做自由落体运动,加速度为g,则落地时速度为v=gt=6m/s,故用时t=0.6s,图中对应6个小格,则每一小格表示0.1s,故A错误;小球下落的初始位置离地面的高度为h=12×10×(0.6)2m=1.8m,故B错误;第一次反弹后由图可知,经0.5s上升到最大高度,则h=12×10×(0.5)2m=1.25m,故C正确;设向下为正方向,由图可知,碰撞时间约为0.1s根据动量定理可得mgt-Ft=mv′-mv,代入数据解得F=72N,故D错误.【针对训练】将一个质量为m的小木块放在固定的光滑斜面上,使木块从斜面的顶端由静止开始向下滑动,滑到底端用时t,如图所示,设在下滑的前一半时间内木块的动量变化为Δp1,在后一半时间内其动量变化为Δp2,则Δp1∶Δp2为()A.1∶2B.1∶3C.1∶1D.2∶1C解析:木块在下滑的过程中,受到重力与斜面支持力的作用,二力的合力大小为F=mgsinθ,方向始终沿斜面向下.由动量定理可得Δp1∶Δp2=(F·t1)∶(F·t2)=(mgsinθ·12t)∶(mgsinθ·12t)=1∶1,故选项C正确.考点三动量守恒的判断与动量守恒定律的理解1.动量守恒定律适用条件(1)理想条件:系统不受外力.(2)实际条件:系统所受合外力为零.(3)近似条件:系统内各物体间相互作用的内力远大于系统所受的外力.2.动量守恒定律的表达式(1)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.(2)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的增量等大反向.(3)Δp=0,系统总动量的增量为零.【典例3】(2019·山东菏泽模拟)如图所示,装有弹簧发射器的小车放在水平地面上,现将弹簧压缩锁定后放入小球,再解锁将小球从静止斜向上弹射出去,不计空气阻力和一切摩擦.从静止弹射到小球落地前的过程中,下列判断正确的是()A.小球的机械能守恒,动量守恒B.小球的机械能守恒,动量不守恒C.小球、弹簧和小车组成的系统机械能守恒,动量不守恒D.小球、弹簧和小车组成的系统机械能守恒,动量守恒C解析:小球从静止弹射到落地前的过程中,弹簧的弹力对小球做功,小球的机械能不守恒;小球所受外力不等于零,其动量不守恒,故A,B错误.小球、弹簧和小车组成的系统,只有重力和弹簧的弹力做功,系统的机械能守恒,系统竖直方向的合外力不为零,所以系统的动量不守恒,故C正确,D错误.【针对训练】(2019·宁夏石嘴山三中月考)(多选)下列四幅图所反映的物理过程中,系统动量守恒的是()AC解析:A中在光滑的水平面,子弹与木块系统受合外力等于零,动量守恒;B中剪断细线后,竖直墙壁对左边木块有弹力作用,系统合外力不为零,动量不守恒;C中两球在匀速下落,系统合外力等于零,细线断裂后,系统合外力仍然等于零,所以系统动量守恒;D中木块加速下滑时挡板对斜面体有向左的力,则动量不守恒,所以选项A,C正确.考点四动量守恒定律的应用1.动量守恒定律的应用要点(1)研究对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统.(2)首先判断系统是否满足守恒条件.(3)公式中v1,v2是在相互作用前同一时刻的速度,v1′,v2′是相互作用后同一时刻的速度.(4)应先选取正方向,凡是与选取的正方向一致的动量为正值,相反为负值.(5)系统在某个方向上所受外力矢量和为零时,系统在该方向上动量守恒.2.应用动量守恒定律解题的步骤【典例4】(2019·宁夏银川一中月考)如图所示,物块A和B通过一根轻质不可伸长的细绳连接,跨放在质量不计的光滑