物理选修3-5(碰撞与动量守恒)知识点与习题.pdf
《物理选修3-5(碰撞与动量守恒)知识点与习题.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《物理选修3-5(碰撞与动量守恒)知识点与习题.pdf(35页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 碰撞与动量守恒碰撞与动量守恒核心内容核心内容课标解读课标解读1理解动量的的概念,知道冲量的意义2理解动量和冲量都是矢量,会计算一维动量变化动量和冲量3理解动量变化和力之间的关系,会用来计算相关问题4理解动量守恒定律的确切含义,知道其适用范围5掌握动量守恒定律解题的一般步骤6会用动量守恒定律分析、解决碰撞、爆炸等相互作用动量守恒定律7会应用动量守恒定律解决一维运动有关问题8知道什么是反冲,9知道火箭的飞行原理和用途,能解释喷气飞机的原理反冲运动10了解动量守恒定律在实际生活中的意义和作用冲量和动量是物理学中的重要概念,动量定理和动量守恒是自然界中最重要、最普遍、最基本的客观规律之一.动量定理和
2、动量守恒定律是可以用牛顿第二定律导出,但适用范围比牛顿第二定律要广。动量守恒定律广泛应用于碰撞、爆炸、冲击;近代物理中微观粒子的研究,火箭技术的发展都离不开动量守恒定律有关的物理知识。在自然界中,大到天体间的相互作用,小到如质子、中子等基本粒子间的相互作用,都遵守动量守恒定律。本章内容高考年年必考,题型全面,选择题主要考查动量的矢量性,辨析“动量和动能”、“冲量与功”的基本概念;常设置一个瞬间碰撞的情景,用动量定理求变力的冲量;或求出平均力;或用动量守恒定律来判定在碰撞后的各个物体运动状态的可能值;计算题主要考查综合运用牛顿定律、能量守恒、动量守恒解题的能力。一般过程复杂、难度大、能力要求高,
3、经常是高考的压轴题。高考中有关动量的计算题在分析解答问题的过程中常会运用数学的归纳、推理的方法,解答多次反复碰撞问题,要求考生将物理问题经过分析、推理转化为数学问题,然后运用数学解决物理问题。运用数学解决物理问题的能力是高考中能力考查的重点内容之一,加强这方面的练习十分必要。一、动量和冲量一、动量和冲量 知识梳理知识梳理1 1动量的概念动量的概念(1)定义:物体的质量和速度的乘积叫做动量:p=mv(2)动量是描述物体运动状态的一个状态量,它与时刻相对应。(3)动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。(4)动量的相对性:由于物体的速度与参考系的选取有关,所以物体的动量也与参考系选取有关,因而动量具
4、有相对性。题中没有特别说明的,一般取地面或相对地面静止的物体为参考系。(5)动量的变化:.由于动量为矢量,则求解动量的变化时,其运算遵0pppt循平行四边形定则。A、若初末动量在同一直线上,则在选定正方向的前提下,可化矢量运算为代数运算。B、若初末动量不在同一直线上,则运算遵循平行四边形定则。(6)动量与动能的关系:,注意动量是矢量,动能是标量,动量改变,kmEP2动能不一定改变,但动能改变动量是一定要变的。2 2冲量的概念冲量的概念(1)定义:力和力的作用时间的乘积叫做冲量:I=Ft(2)冲量是描述力的时间积累效应的物理量,是过程量,它与时间相对应。(3)冲量是矢量,它的方向由力的方向决定(
5、不能说和力的方向相同)。如果力的方向在作用时间内保持不变,那么冲量的方向就和力的方向相同。如果力的方向在不断变化,如绳子拉物体做圆周运动,则绳的拉力在时间 t 内的冲量,就不能说是力的方向就是冲量的方向。对于方向不断变化的力的冲量,其方向可以通过动量变化的方向间接得出。(4)高中阶段只要求会用 I=Ft 计算恒力的冲量。对于变力的冲量,高中阶段只能利用动量定理通过物体的动量变化来求。(5)要注意的是:冲量和功不同。恒力在一段时间内可能不作功,但一定有冲量。特别是力作用在静止的物体上也有冲量。3 3求恒力和变力冲量的方法。求恒力和变力冲量的方法。恒力 F 的冲量直接根据 I=Ft 求,而变力的冲
6、量一般要由动量定理或 F-t 图线与横轴所夹的面积来求。例题评析例题评析 【例 1】质量为 m 的小球由高为 H 的、倾角为 光滑斜面顶端无初速滑到底端过程中,重力、弹力、合力的冲量各是多大?【分析与解答】:力的作用时间都是,力的大小依次是 mg、gHgHt2sin1sin22mgcos 和 mg.sin,所以它们的冲量依次是:gHmIgHmIgHmING2,tan2,sin2合特别要注意,该过程中弹力虽然不做功,但对物体有冲量。【例 2】质量为 m 的小球由高为 H 的光滑斜面顶端无初速滑到底端过程中,重力、弹力、合力的冲量各是多大?【分析与解答】:力的作用时间都是,力的大小依次是 mg、g
7、HgHt2sin1sin22mgcos和 mgsin,所以它们的冲量依次是:gHmIgHmIgHmING2,tan2,sin2合【例 3】一个物体同时受到两个力 F1、F2的作用,F1、F2与时间 t 的关系如图 1 所示,如果该物体从静止开始运动,经过 t=10s 后 F1、F2以及合力 F 的冲量各是多少?【分析与解答】:我们看到两个力都是变力,但其变化是均匀的,故可以平其平均值,即初未的一半。经过 t=10s 后,F1的冲量 I1=1010/2=50N.SF2的冲量 I2=50N.S,合力 F 的冲量为 0.二动量定理二动量定理 知识梳理知识梳理(1).动量定理:物体所受合外力的冲量等于
8、物体的动量变化。既 I=p(2)动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)。(3)动量定理给出了冲量(过程量)和动量变化(状态量)间的互求关系。(4)现代物理学把力定义为物体动量的变化率:(牛顿第二定律的动量形式)。tPF(5)动量定理的表达式是矢量式。在一维的情况下,各个矢量必须以同一个规定的方向为正。1求动量及动量变化的方法。求动量及动量变化的方法。求动量的变化要用平行四边形定则或动量定理。例题评析例题评析 【例 1】以初速度 v0平抛出一个质量为 m 的物体,抛出后 t 秒内物体的
9、动量变化是多少?【分析与解答】:因为合外力就是重力,所以p=Ft=mgt【例 2】一粒钢珠从静止状态开始自由下落,然后陷人泥潭中。若把在空中下落的过程图 1 称为过程,进人泥潭直到停止的过程称为过程,则()A、过程 I 中钢珠的动量的改变量等于重力的冲量 B、过程中阻力的冲量的大小等于过程 I 中重力的冲量的大小 C、I、两个过程中合外力的总冲量等于零 D、过程中钢珠的动量的改变量等于零【分析与解答】:根据动量定理可知,在过程 I 中,钢珠从静止状态自由下落.不计空气阻力,小球所受的合外力即为重力,因此钢珠的动量的改变量等于重力的 冲量,选项 A 正确;过程 I 中阻力的冲量的大小等于过程 I
10、 中重力的冲量的大小与过程中重力的冲量的大小之和,显然 B 选项不对;在 I、两个过程中,钢珠动量的改变量各不为零.且它们大小相等、方向相反,但从整体看,钢珠动量的改变量为零,故合外力的总冲量等于零,故 C 选项正确,D选项错误。因此,本题的正确选项为 A、C。这种题本身并不难,也不复杂,但一定要认真审题。要根据题意所要求的冲量将各个外力灵活组合。若本题目给出小球自由下落的高度,可先把高度转换成时间后再用动量定理。当 t1 t2时,Fmg。能力训练能力训练1质量为 m 的钢球自高处落下,以速率 v1碰地,竖直向上弹回,碰撞时间极短,离地的速率为 v2,在碰撞过程中,地面对钢球的冲量的方向和大小
11、为(D)A向下,m(v2-v1)B向下,m(v2+v1)C向上,m(v2-v1)D向上,m(v2+v1)2质量为 m 的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间 t1到达沙坑表面,又经过时间 t2停在沙坑里。求:沙对小球的平均阻力 F;小球在沙坑里下落过程所受的总冲量 I。I=mgt1221tttmgF2用动量定理求解相关问题用动量定理求解相关问题 知识梳理知识梳理遇到涉及力、时间和速度变化的问题时.运用动量定理解答往往比运用牛顿运 动定律及运动学规律求解简便。应用动量定理解题的思路和一般步骤为:(l)明确研究对象和物理过程;(2)分析研究对象在运动过程中的受力情况;(3)选取正方向,确定物体在运动
12、过程中始末两状态的动量;(4)依据动量定理列方程、求解。【说明】在求恒力的冲量时,必须牢牢把握冲量的定义式,不要离开题意而把问题人 为弄复杂了。(1)简解多过程问题。简解多过程问题。例题评析例题评析 【例 3】一个质量为 m=2kg 的物体,在 F1=8N 的水平推力作用下,从静止开始沿水平 面运动了 t1=5s,然后推力减小为 F2=5N,方向不变,物体又运动了 t2=4s 后撤去外力,物体再经 过 t3=6s 停下来。试求物体在水平面上所受的摩擦力。【分析与解答】:规定推力的方向为正方向,在物体运动的整个过程中,物体的初动量P1=0,末动量 P2=O。据动量定理有:0)(3212211tt
13、tftFtF 即:,解得 0)645(4558fNf4 由例 6 可知,合理选取研究过程,能简化解题步骤,提高解题速度。本题也可以用牛顿运动定律求解。同学们可比较这两种求解方法的简繁情况。.(2).求解平均力问题求解平均力问题 例题评析例题评析 【例 4】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作用,最后使人悬挂在空中已知弹性安全带缓冲时间为 1.2s,安全带伸直后长 5m,求安全带所受的平均冲量(g=10ms2)【分析与解答】:人下落为自由落体运动,下落到底端时的速度为:ghV220smghV/1020取人为研究对象,在人和安全带相互作用的过程中,人受到重力 mg
14、和安全带给的冲力 F,取 F 方向为正方向,由动量定理得:Ft=mVmV0所以,(方向竖直向下)NtmVmgF11000注意:动量定理既适用于恒力作用下的问题,也适用于变力作用下的问题如果是在变力作用下的问题,由动量定理求出的力是在 t 时间内的平均值 (3 3)、求解曲线运动问题、求解曲线运动问题 例题评析例题评析 【例 5】如图 2 所示,以 Vo 10ms2的初速度、与水平方向成 300角抛出一个质量m2kg 的小球忽略空气阻力的作用,g 取 10ms2求抛出后第 2s 末小球速度的大小【分析与解答】:小球在运动过程中只受到重力的作用,在水平方向做匀速运动,在竖直方向做匀变速运动,竖直方
15、向应用动量定理得:Fyt=mVy-mVy0 所以 mgt=mVy-(-mV0.sin300),V0300图 2 解得 Vy=gt-V0.sin300=15m/s.而 Vx=V0.cos300=sm/35 在第 2s 未小球的速度大小为:smVVVy/310220 注意:动量定理不仅适用于物体做直线运动的问题,而且也适用物体做曲线运动的问题,在求解曲线运动问题中,一般以动量定理的分量形式建立方程,即:Fxt=mVx-mVx0 Fyt=mVy-mVy0 (4 4)、求解流体问题、求解流体问题 例题评析例题评析 【例 6】某种气体分子束由质量 m=5.4X10-26kg 速度 V460m/s 的分子
16、组成,各分子都向同一方向运动,垂直地打在某平面上后又以原速率反向弹回,如分子束中每立方米的体积内有 n01.5X1020个分子,求被分子束撞击的平面所受到的压强【分析与解答】:设在t 时间内射到 S 的某平面上的气体的质量为 M,则:mntSVM0.取 M 为研究对象,受到的合外力等于平面作用到气体上的压力 F 以 V 方向规定为正方向,由动量定理得:-F.t=MV-(-M.V),解得SmnVF022平面受到的压强 P 为:aPmnVSFP428.32/02注意:处理有关流体(如水、空气、高压燃气等)撞击物体表面产生冲力(或压强)的问题,可以说非动量定理莫属解决这类问题的关键是选好研究对象,一
17、般情况下选在极短时间t 内射到物体表面上的流体为研究对象(5 5)、对系统应用动量定理。、对系统应用动量定理。系统的动量定理就是系统所受合外力的冲量等于系统总动量的变化。若将系统受到的每一个外力、系统内每一个物体的速度均沿正交坐标系 x 轴和 y 轴分解,则系统的动量定理的数学表达式如下:,xxxxVmVmII221121yyyyVmVmII221121对于不需求解系统内部各物体间相互作用力的问题,采用系统的动量定理求解将会使求解简单、过程明确。例题评析例题评析 【例 7】如图 3 所示,质量为 M 的汽车带着质量为 m 的拖车在平直公路上以加速度a 匀加速前进,当速度为 V0时拖车突然与汽车
18、脱钩,到拖车停下瞬间司机才发现。若汽车的牵引力一直未变,车与路面的动摩擦因数为,那么拖车刚停下时,汽车的瞬时速度是多大?【分析与解答】:以汽车和拖车系统为研m V0V/图 3M 究对象,全过程系统受的合外力始终为,该过程经历时间为 V0/g,末状态拖amM 车的动量为零。全过程对系统用动量定理可得:0/0/0,VMggamMVVmMMVgVamM注意:这种方法只能用在拖车停下之前。因为拖车停下后,系统受的合外力中少了拖车受到的摩擦力,因此合外力大小不再是。amM【例 8】如图 4 所示,矩形盒 B 的质量为 M,放在水平面上,盒内有一质量为 m 的物体 A,A 与 B、B 与地面间的动摩擦因数
19、分别 1、2,开始时二者均静止。现瞬间使物体 A 获取一向右且与矩形盒 B 左、右侧壁垂直的水平速度 V0,以后物体 A 在盒 B 的左右壁碰撞时,B 始终向右运动。当 A 与 B 最后一次碰撞后,B 停止运动,A 则继续向右滑行距离 S 后也停止运动,求盒 B 运动的时间 t。【分析与解答】:以物体 A、盒 B 组成的系统为研究对象,它们在水平方向所受的外力就是地面盒 B 的滑动摩擦力,而 A 与 B 间的摩擦力、A 与 B 碰撞时的相互作用力均是内力。设 B 停止运动时 A 的速度为 V,且假设向右为正方向,由系统的动量定理得:02)(mVmVgtMm当 B 停止运动后,对 A 应用动能定
20、理得:2121mVmgS 由以上二式联立解得:。gmMgSmmVt)(2210 能力训练能力训练1.篮球运动员接传来的篮球时,通常要先伸出两臂迎接,手接触到球后,两臂随球迅速引至胸前.这样做可以A.减小球对手的冲量B.减小球的动量变化率C.减小球的动量变化量D.减小球的动能变化量2.玻璃茶杯从同一高度掉下,落在水泥地上易碎,落在海锦垫上不易碎,这是因为茶杯与水泥地撞击过程中A.茶杯动量较大B.茶杯动量变化较大C.茶杯所受冲量较大D.茶杯动量变化率较大3.质量为 m 的钢球自高处落下,以速率 v1碰地,竖直向上弹回,碰撞时间极短,离地的速率为 v2.在碰撞过程中,钢球受到的冲量的方向和大小为A.
21、向下,m(v1v2)B.向下,m(v1v2)BAV0图 4 C.向上,m(v1v2)D.向上,m(v1v2)4.质量为 5 kg 的物体,原来以 v=5 m/s 的速度做匀速直线运动,现受到跟运动方向相同的冲量 15 Ns 的作用,历时 4 s,物体的动量大小变为A.80 kgm/sB.160 kgm/sC.40 kgm/sD.10 kgm/s5.一物体竖直向上抛出,从开始抛出到落回抛出点所经历的时间是 t,上升的最大高度是H,所受空气阻力大小恒为 F,则在时间 t 内A.物体受重力的冲量为零B.在上升过程中空气阻力对物体的冲量比下降过程中的冲量小C.物体动量的增量大于抛出时的动量D.物体机械
22、能的减小量等于 FH6.恒力 F 作用在质量为 m 的物体上,如图所示,由于地面对物体的摩擦力较大,没有被拉动,则经时间 t,下列说法正确的是A.拉力 F 对物体的冲量大小为零B.拉力 F 对物体的冲量大小为 FtC.拉力 F 对物体的冲量大小是 FtcosD.合力对物体的冲量大小为零 7.如图所示,两个质量相等的物体在同一高度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止自由滑下,到达斜面底端的过程中,两个物体具有的相同的物理量是A.重力的冲量B.合力的冲量C.刚到达底端时动量的水平分量D.以上几个量都不同8.如图所示,木块 A 和 B 叠放于水平面上,轻推木块 A,B 会跟着A 一起运动,猛击 A 时,B
23、 则不再跟着 A 一块运动,以上事实说明A.轻推 A 时,A 对 B 的冲量小B.轻推 A 时,A 对 B 的冲量大C.猛击 A 时,A 对 B 的作用力小D.猛击 A 时,A 对 B 的作用力大9.A、B 两物体在光滑水平面上相向滑行,A 物体速度大小为 8 m/s,B 物体速度大小为 4 m/s,两物体相碰后均静止,则两物体所受冲量大小之比为_,两物体质量之比为_.10.(2001 年京、皖、蒙春季高考试题)质量为 m=0.10 kg 的小钢球以 v0=10 m/s 的水平速度抛出,下落 h=5 m 时撞击一钢板,撞后速度恰好反向,则钢板与水平面的夹角=_.刚要撞击钢板时小球的动量大小为_
24、.(取 g=10 m/s2)11.一个物体的质量是 2 kg,沿竖直方向下落,以 10 m/s 的速度碰到水泥地面上,随后 又以 8 m/s 的速度被反弹回,若取竖直向上为正方向,则小球与地面相碰前的动量是_kgm/s,相碰后的动量是_kgm/s,小球的动量变化是_kgm/s.12.两个质量相同的小球 A、B,中间用轻弹簧相连,放在光滑的水平面上,A 球挨着左墙壁,如图所示.若用水平向左的短时冲量 I 作用于 B 球,B 球将弹簧压缩,弹簧的最大弹性势能是 4 J,当 A 球离开墙壁瞬间,B 球的动量大小是 2 kgm/s.则 B 球的质量是_;水平冲量 I 的大小是_.三、计算题13.跳起摸
25、高是中学生进行的一项体育活动,某同学身高 1.80 m,质量 65 kg,站立举手达到 2.20 m.此同学用力蹬地,经 0.45 s 竖直离地跳起,设他蹬地的力的大小恒定为 1060 N,计算他跳起可摸到的高度.(g=10 m/s2)14.质量为 M 的汽车带着质量为 m 的拖车在平直公路上以加速度 a 匀加速前进,当速度为 v0时发生脱钩,直到拖车停下瞬间司机才发现.若汽车的牵引力一直未变,车与路面的动摩擦因数为,那么拖车刚停下时汽车的即时速度是多大?一、1.B 2.D 3.D 4.C 5.BC 6.BD 7.D 8.B二、9.11;1210.45;kgm/s 小球撞击后速度恰好反向,说明
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 物理 选修 碰撞 动量 守恒 知识点 习题
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【精***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【精***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。