2020版高考物理二轮复习 第1部分 专题2 动量与能量 第3讲 动量和能量的综合应用课件

第一部分专题整合突破专题二动量与能量第3讲动量和能量的综合应用[高考统计·定方向](教师授课资源)考点考向五年考情汇总1.动量定理和动量守恒定律考向1.动量定理的应用2019·全国卷ⅠT162019·全国卷ⅡT252018·全国卷ⅠT142018·全国卷ⅡT152017·全国卷ⅢT202016·全国卷ⅠT35(2)考向2.动量守恒定律的应用2018·全国卷ⅡT242017·全国卷ⅠT141.动量定理和动量守恒定律考向3.动量定理与动量守恒定律的综合应用2018·全国卷ⅠT24考向1.完全弹性碰撞2019·全国卷ⅢT252019·全国卷ⅠT252016·全国卷ⅡT35(2)2016·全国卷ⅢT35(2)2.碰撞类问题考向2.非完全弹性碰撞考向1.“冲击板块”类综合问题3.动量、动力学和能量观点的综合应用考向2.“传送带”类综合问题考点一动量定理和动量守恒定律(5年9考)❶分析近五年的高考题可以看出，自2017年动量纳入必考后，单独考查动量和动量守恒时以选择题为主，也出现较简单的计算题，命题点以对动量、冲量概念的理解及动量定理、动量守恒定律的简单应用为主。但也呈现出与其它知识综合的趋势(例如2019·全国卷Ⅱ·T25)。❷2020年备考应关注动量守恒与动力学知识的综合题的训练。1．(2019·全国卷Ⅰ·T16)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．1.6×106kgB[根据动量定理有FΔt＝Δmv－0，解得ΔmΔt＝Fv＝1.6×103kg/s，所以选项B正确。]2．(2018·全国卷Ⅱ·T15)高空坠物极易对行人造成伤害。若一个50g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下，与地面的碰撞时间约为2ms，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为()A．10NB．102NC．103ND．104NC[根据自由落体运动和动量定理有2gh＝v2(h为25层楼的高度，约70m)，Ft＝mv，代入数据解得F≈1×103N，所以C正确。]3．(2017·全国卷Ⅰ·T14)将质量为1.00kg的模型火箭点火升空，50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出。在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)()A．30kg·m/sB．5.7×102kg·m/sC．6.0×102kg·m/sD．6.3×102kg·m/sA[由于喷气时间短，且不计重力和空气阻力，则火箭和燃气组成的系统动量守恒。燃气的动量p1＝mv＝0.05×600kg·m/s＝30kg·m/s，则火箭的动量p2＝p1＝30kg·m/s，选项A正确。]4．(2019·全国卷Ⅱ·T25)一质量为m＝2000kg的汽车以某一速度在平直公路上匀速行驶。行驶过程中，司机突然发现前方100m处有一警示牌，立即刹车。刹车过程中，汽车所受阻力大小随时间的变化可简化为图(a)中的图线。图(a)中，0～t1时间段为从司机发现警示牌到采取措施的反应时间(这段时间内汽车所受阻力已忽略，汽车仍保持匀速行驶)，t1＝0.8s；t1～t2时间段为刹车系统的启动时间，t2＝1.3s；从t2时刻开始汽车的刹车系统稳定工作，直至汽车停止。已知从t2时刻开始，汽车第1s内的位移为24m，第4s内的位移为1m。(a)(b)(1)在图(b)中定性画出从司机发现警示牌到刹车系统稳定工作后汽车运动的v­t图线；(2)求t2时刻汽车的速度大小及此后的加速度大小；(3)求刹车前汽车匀速行驶时的速度大小及t1～t2时间内汽车克服阻力做的功；从司机发现警示牌到汽车停止，汽车行驶的距离约为多少(以t1～t2时间段始末速度的算术平均值替代这段时间内汽车的平均速度)?[考题分析]对题中所给信息“汽车第1s内的位移为24m，第4s内的位移为1m”的解读至关重要。不进行深入思考很容易套用x1－x4＝3a(Δt)2计算加速度。陷阱藏在哪里呢？还是老生常谈的问题，刹车问题要判断停车时间，t2时刻后的第4s内，汽车并非一直在运动。在此可以假设汽车在t2＋3s后再经t0时间停止运动。由中间时刻速度公式可知，汽车在t2时刻后第0.5s时的瞬时速度为24m/s，故由速度时间关系有：0＝v0.5－a(2.5s＋t0)，对最后1m的运动过程，可逆向等效为反向匀加速直线运动，x4＝12at20，解两式可求得稳定刹车过程的加速度大小。在t1～t2阶段，可应用动量定理计算汽车刹车前的速度，而阻力的冲量可由F­t图线与横轴所围图形的面积得到。[解析](1)v­t图象如图所示。(2)设刹车前汽车匀速行驶时的速度大小为v1，则t1时刻的速度也为v1；t2时刻的速度为v2。在t2时刻后汽车做匀减速运动，设其加速度大小为a。取Δt＝1s。设汽车在t2＋(n－1)Δt～t2＋nΔt内的位移为sn，n＝1,2,3，…。若汽车在t2＋3Δt～t2＋4Δt时间内未停止，设它在t2＋3Δt时刻的速度为v3，在t2＋4Δt时刻的速度为v4，由运动学公式有s1－s4＝3a(Δt)2①s1＝v2Δt－12a(Δt)2②v4＝v2－4aΔt③联立①②③式，代入已知数据解得v4＝－176m/s④这说明在t2＋4Δt时刻前，汽车已经停止。因此，①式不成立。由于在t2＋3Δt～t2＋4Δt内汽车停止，由运动学公式v3＝v2－3aΔt⑤2as4＝v23⑥联立②⑤⑥式，代入已知数据解得a＝8m/s2，v2＝28m/s⑦或者a＝28825m/s2，v2＝29.76m/s⑧但⑧式情形下，v3＜0，不合题意，舍去。(3)设汽车的刹车系统稳定工作时，汽车所受阻力的大小为f1。由牛顿定律有f1＝ma⑨在t1～t2时间内，阻力对汽车冲量的大小为I＝12f1(t2－t1)⑩由动量定理有I＝mv1－mv2⑪由动能定理，在t1～t2时间内，汽车克服阻力做的功为W＝12mv21－12mv22⑫联立⑦⑨⑩⑪⑫式，代入已知数据解得v1＝30m/s⑬W＝1.16×105J⑭从司机发现警示牌到汽车停止，汽车行驶的距离s约为s＝v1t1＋12(v1＋v2)(t2－t1)＋v222a⑮联立⑦⑬⑮式，代入已知数据解得s＝87.5m。⑯[答案]见解析1．动量及动量定理的理解(1)恒力的冲量可应用I＝Ft直接求解，变力的冲量优先考虑应用动量定理求解(如上T1)。(2)物体动量变化是由合外力的冲量决定的(如上T2)，物体动能变化是由合外力做的功决定的。(3)动量定理是过程定理，解题时必须明确过程及初末状态的动量。(4)动量定理的表达式是矢量式，在一维情况下，各个矢量必须选取统一的正方向。2．应用动量守恒的步骤(1)分析题意，确定研究对象。(2)根据题意选取研究的运动段落，明确始末状态的动量大小和方向。(3)对研究对象进行受力分析，确定是否符合动量守恒的条件。(4)选取参考正方向。(5)列方程求解：符合守恒条件，列动量守恒方程。考向1动量定理的应用1．(原创题)中国传统文化博大精深，简单的现象揭示了深刻的道理，如水滴石穿。假设从屋檐滴下的水滴质量为0.5g，屋檐到下方石板的距离为4m，水滴落到石板上在0.2s内沿石板平面散开，忽略空气阻力，g取10m/s2，则石板受到水滴的冲击力约为()A．0.22NB．0.27NC．0.022ND．0.027ND[由题知，水滴质量为m＝0.5g，重力加速度为g＝10m/s2，屋檐高度为h＝4m，设水滴刚落到石板上时速度为v。水滴从屋檐开始下落到石板上，忽略空气阻力，水滴的机械能守恒，有mgh＝12mv2。水滴从接触石板到速度为零的过程中，取向下为正方向，对水滴由动量定理得(mg－F)t＝0－mv，解得F≈0.027N，由牛顿第三定律可知，D正确。]考向2动量守恒定律的应用2．(易错题)关于下列四幅图所反映的物理过程的说法正确的是()A．甲图中子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒，能量不守恒B．乙图中M、N两木块放在光滑的水平面上，剪断束缚M、N两木块之间的细线，在弹簧恢复原长的过程中，M、N与弹簧组成的系统动量守恒，机械能增加C．丙图中细线断裂后，木球和铁球在水中运动的过程，两球组成的系统动量守恒，机械能不守恒D．丁图中木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑，木块和斜面组成的系统在水平方向上动量守恒，机械能守恒C[甲图中，在光滑水平面上，子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒，机械能有损失，但是损失的机械能转化为内能，能量仍守恒，A错误；乙图中，剪断束缚M、N两木块之间的细线，在弹簧恢复原长的过程中，M、N与弹簧组成的系统动量守恒，弹簧的弹性势能转化为木块的动能，系统机械能守恒，B错误；丙图中，木球和铁球组成的系统匀速下降，说明两球所受水的浮力等于两球自身的重力，细线断裂后两球在水中运动的过程中，所受合外力为零，两球组成的系统动量守恒，由于水的浮力对两球做功，两球组成的系统机械能不守恒，C正确；丁图中，木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑，木块和斜面组成的系统在水平方向上不受外力，水平方向上动量守恒，由于斜面可能不光滑，所以机械能可能有损失，D错误。]易错点评：本题的易错之处在于不能正确理解动量守恒的条件。3．将两个完全相同的磁铁(磁性极强)分别固定在质量相等的甲、乙两个小车上，水平面光滑，开始时甲车速度大小为v甲＝3m/s，乙车速度大小为v乙＝2m/s，两车速度方向相反并在同一直线上，如图所示。(1)当乙车速度为零时，甲车的速度为多大？方向如何？(2)由于磁铁的磁性极强，故两车不会相碰，那么两车的距离最小时，乙车的速度是多大？方向如何？[解析]两个小车及磁铁组成的系统在水平方向上不受外力作用，两磁铁之间的磁场力是系统内力，即在水平方向上系统动量守恒。设水平向右为正方向，小车和磁铁的总质量为m。(1)根据动量守恒定律得mv甲－mv乙＝mv′甲，代入数据解得v′甲＝1m/s，方向水平向右。(2)两车相距最小时，两车的速度相同，设此时速度为v′，由动量守恒定律得mv甲－mv乙＝mv′＋mv′解得v′＝0.5m/s，方向水平向右。[答案](1)1m/s方向水平向右(2)0.5m/s方向水平向右考向3动量定理与动量守恒定律的综合应用4．汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能的有效方法之一。设汽车在碰撞过程中受到的平均撞击力达到某个临界值F0时，安全气囊爆开。某次试验中，质量m1＝1600kg的试验车以速度v1＝36km/h正面撞击固定试验台，经时间t1＝0.10s碰撞结束，车速减为零，此次碰撞安全气囊恰好爆开。忽略撞击过程中地面阻力的影响。(1)求此过程中试验车受到试验台的冲量I0的大小及F0的大小；(2)若试验车以速度v1撞击正前方另一质量m2＝1600kg、速度v2＝18km/h同向行驶的汽车，经时间t2＝0.16s两车以相同的速度一起滑行。试通过计算分析这种情况下试验车的安全气囊是否会爆开。[解析](1)v1＝36km/h＝10m/s，取速度v1的方向为正方向由动量定理有－I0＝0－m1v1①将已知数据代入①式得I0＝1.6×104N·s②由冲量定义有I0＝F0t1③将已知数据代入③式得F0＝1.6×105N。④(2)设试验车和汽车碰撞后获得共同速度v由动量守恒定律有m1v1＋m2v2＝(m1＋m2)v⑤对试验车，由动量定理有－Ft2＝m1v－m1v1⑥将已知数据代入⑤⑥式得F＝2.5×104N可见FF0，故试验车的安全气囊不会爆开。[答案]见解析考点二碰撞类问题(5年4考)❶分析近五年的高考题可以看出，2017年该部分纳入必考后，全国卷命题多以计算题的形式出现(例如2019·全国卷Ⅰ·T25)，内容涉及弹性碰撞、牛顿第二定律、运动学公式及功能的有关计算，对学生的综合分析能力要求较高。❷预计2020年仍会考查与实际问题相结合的碰撞问题。1．(2019·全国卷Ⅲ·T25)静止在水平地面上的两小物块A、B