动量守恒定律--碰撞与反冲(19页).doc
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1、-动量守恒定律-碰撞与反冲-第 19 页碰撞与反冲【自主预习】1.如果碰撞过程中机械能守恒,这样的碰撞叫做_。2如果碰撞过程中机械能不守恒,这样的碰撞叫做_。3一个运动的球与一个静止的球碰撞,如果碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在_,碰撞之后两球的速度_会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰,也叫_碰撞。4一个运动的球与一个静止的球碰撞,如果之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上,碰撞之后两球的速度都会_原来两球心的连线。这种碰撞称为_碰撞。5微观粒子相互接近时并不发生直接接触,因此微观粒子的碰撞又叫做_。6. 弹性碰撞和非弹性碰撞从能量是否变化的角度,碰撞可分为两类:(1)弹性碰撞:碰撞
2、过程中机械能守恒。(2)非弹性碰撞:碰撞过程中机械能不守恒。说明:碰撞后,若两物体以相同的速度运动,此时损失的机械能最大。7.弹性碰撞的规律质量为m1的物体,以速度v1与原来静止的物体m2发生完全弹性碰撞,设碰撞后它们的速度分别为v1和v2,碰撞前后的速度方向均在同一直线上。由动量守恒定律得m1v1m1v1m2v2由机械能守恒定律得m1vm1vm2v联立两方程解得v1v1,v2v1。(2)推论若m1m2,则v10,v2v1,即质量相等的两物体发生弹性碰撞将交换速度。惠更斯早年的实验研究的就是这种情况。若m1m2,则v1v1,v22v1,即质量极大的物体与质量极小的静止物体发生弹性碰撞,前者速度
3、不变,后者以前者速度的2倍被撞出去。若m1m2,则v1v1,v20,即质量极小的物体与质量极大的静止物体发生弹性碰撞,前者以原速度大小被反弹回去,后者仍静止。乒乓球落地反弹、台球碰到桌壁后反弹、篮球飞向篮板后弹回,都近似为这种情况。【典型例题】【例1】在光滑水平面上有三个完全相同的小球,它们成一条直线,2、3小球静止,并靠在一起,1球以速度v0射向它们,如图1642所示。设碰撞中不损失机械能,则碰后三个小球的速度可能是()Av1v2v3v0 Bv10,v2v3v0Cv10,v2v3v0 Dv1v20,v3v0【例2】一个物体静置于光滑水平面上,外面扣一质量为M的盒子,如图1643所示。现给盒子
4、一初速度v0,此后,盒子运动的vt图象呈周期性变化,如图1644所示。请据此求盒内物体的质量。【例3】甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动,已知它们的动量分别是p甲5 kgm/s,p乙7 kgm/s,甲追上乙并发生碰撞,碰后乙球的动量变为p乙10 kgm/s,则两球质量m甲、m乙的关系可能是()Am乙m甲Bm乙2m甲 Cm乙4m甲 Dm乙6m甲【例4】长度1m的轻绳下端挂着一质量为9.99kg的沙袋,一颗质量为10g的子弹以500m/s的速度水平射入沙袋,求在子弹射入沙袋后的瞬间,悬绳的拉力是多大?(设子弹与沙袋的接触时间很短,g取10m/s2)【课堂练习】1、光滑水平面上的两个物体发生碰撞,下
5、列情形可能成立的是 ( )A碰撞后系统的总动能比碰撞前小,但系统的总动量守恒B碰撞前后系统的总动量均为零,但系统的总动能守恒C碰撞前后系统的总动能均为零,但系统的总动量不为零D碰撞前后系统的总动量、总动能均守恒2、在光滑水平面上有A、B两小球。A球动量是10kgm/s,B球的动量是12kgm/s,在A球追上B球时发生正碰,碰撞后A球的动量变为8kgm/s,方向和原来相同,则AB两球的质量之比可能为 ( )A0.5 B0.6 C0.65 D0.753、两个质量相等的小球在光滑水平面上沿同一直线同方向运动,A球的动量是7kgm/s,B球的动量是5kgm/s,A球追上B球时发生碰撞,则碰撞后A、B两
6、球的动量可能值是 ( )ApA=6kgm/s,PB=6kgm/s BpA=3kgm/s,PB=9kgm/s CpA=2kgm/s,PB=14kgm/s DpA=5kgm/s,PB=15kgm/s4、在光滑水平面上相向运动的A、B两小球发生正碰后一起沿A原来的速度方向运动,这说明原来 ( )AA球的质量一定大于B球的质量 BA球的速度一定大于B球的速度CA球的动量一定大于B球的动量 DA球的动能一定大于B球的动能5、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,它们发生正碰后可能发生的情况是 ( )A甲球停下,乙球反向运动 B甲球反向运动,乙球停下C甲球、乙
7、球都停下 D甲球、乙球都反向运动6、在光滑水平面上,动能为E0、动量大小为p0的小球A与静止的小球B发生正碰,碰撞前后A球的运动方向与原来相反,将碰撞后A球的动能和动量大小分别记为E1、p1,B球的动能和动量大小分别记为E2、p2,则必有( )AE0E1 BE0E2 Cp0p1 Dp0p27、质量为m的小球A,在光滑的水平面上以速度v与静止在光滑水平面上的质量为2m的小球B发生正碰,碰撞后,A球的动能变为原来的1/9,则碰撞后B球的速度大小可能是( )A1/3v B2/3v C4/9v D8/9v8、在光滑水平面上有一质量为0.2kg的球以5m/s的速度向前运动,与质量为3kg的静止木块发生碰
8、撞,设碰撞后木块的速度v24.2m/s,则 ( )A碰撞后球的速度v11.3m/sBv24.2m/s这一假设不合理,因而这种情况不可能发生Cv24.2m/s这一假设是合理,碰撞后小球被弹回Dv24.2m/s这一假设是可能发生的,但由于题目条件不足,因而碰后球的速度不能确定9三个相同的木块A、B、C从同一高度处自由下落,其中木块A刚开始下落的瞬间被水平飞来的子弹击中,木块B在下落到一定高度时,才被水平飞来的子弹击中,木块C未受到子弹打击。若子弹均留在木块中,则三木块下落的时间tA、tB、tC的关系是()AtAtBtBtC CtAtCtB DtAtBv乙,所以,即m乙1.4m甲;碰后p甲、p乙均大
9、于零,表示仍同向运动,考虑实际情况,有v乙v甲,即,即m乙5m甲碰撞过程中,动能不可能增加,即,解得m乙m甲由以上结论得, m甲m乙5m甲,故C正确。课堂练习答案:1.AD 2.BC 3.A 4.C 5.AD 6.ACD 7.AB 8.B 9. 解析:木块C做自由落体运动,木块A被子弹击中做平抛运动,木块B在子弹击中瞬间竖直方向动量守恒mv(Mm)v,即vv,木块B竖直方向速度减小,所以tAtCtB。答案:C10. 解析:P物体接触弹簧后,在弹簧弹力的作用下,P做减速运动,Q做加速运动,P、Q间的距离减小,当P、Q两物体速度相等时,弹簧被压缩到最短,所以B正确,A、C错误。由于作用过程中动量守
10、恒,设速度相同时速度为v,则mv(mm)v,所以弹簧被压缩至最短时,P、Q的速度v,故D错误。答案:B11.【自主预习】1.根据动量守恒定律,如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向_的方向运动。这个现象叫做_。章鱼的运动利用了_的原理。2喷气式飞机和火箭的飞行应用了_的原理,它们都是靠_的反冲作用而获得巨大速度的。3火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的_。这个参数一般小于_,否则火箭结构的强度就有问题。4.反冲(1)反冲:根据动量守恒定律,如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方
11、向运动。这个现象叫做反冲。(2)反冲运动的特点: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。反冲运动过程中,一般满足系统的合外力为零或内力远大于外力的条件,因此可以运用动量守恒定律进行分析。若系统的初始动量为零,由动量守恒定律可得0m1v1m2v2。此式表明,做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反,而它们的速率则与质量成反比。(3)应用:反冲运动有利也有害,有利的一面我们可以应用,比如农田、园林的喷灌装置、旋转反击式水轮发电机、喷气式飞机、火箭、宇航员在太空行走等等。反冲运动不利的一面则需要尽力去排除,比如开枪或开炮时反冲运动对射击准确性的影响等。5. 火箭(1)火箭:现代火
12、箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器。(2)火箭的工作原理:动量守恒定律。(3)现代火箭的主要用途:利用火箭作为运载工具,例如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船。6. “人船模型”的处理方法1)“人船模型”问题的特征两个原来静止的物体发生相互作用时,若所受外力的矢量和为零,则动量守恒,在相互作用的过程中,任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比。这样的问题归为“人船模型”问题。2)处理“人船模型”问题的关键(1)利用动量守恒,确定两物体速度关系,再确定两物体通过的位移的关系。(2)解题时要画出各物体的位移关系草图,找出各长度间的关系。【典型例题】【例1】一
13、炮艇总质量为M,以速度v0匀速行驶,从艇上以相对海岸的水平速度v沿前进方向射出一质量为m的炮弹,发射炮弹后艇的速度为v,若不计水的阻力,则下列各关系式中正确的是()AMv0(Mm)vmv BMv0(Mm)vm(vv0)CMv0(Mm)vm(vv) DMv0Mvmv【例2】质量为M的气球上有一质量为m的人,共同静止在距地面高为h的空中,现在从气球中放下一根不计质量的软绳,人沿着软绳下滑到地面,软绳至少为多长,人才能安全到达地面?【例3】如图1653所示,长为l、质量为M的小船停在静水中,一个质量为m的人立在船头。若不计水的黏滞阻力,在人从船头走到船尾的过程中,船和人的对地位移各是多少?【课后练习
14、】1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()A燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭B火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后排出,气体的反作用力推动火箭C火箭吸入空气,然后向后排出,空气对火箭的反作用力推动火箭D火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭2静止的实验火箭,总质量为M,当它以对地速度为v0喷出质量为m的高温气体后,火箭的速度为()A.B C. D3一个运动员在地面上跳远,最远可跳l,如果他立在船头,船头离河岸距离为l,船面与河岸表面平齐,他若从船头向岸上跳,下面说法正确的是()A他不可能跳到岸上 B他有可能跳到岸上C他先从船头跑到船尾,再返身跑回船头起跳,就
15、可以跳到岸上D采用C中的方法也无法跳到岸上4一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动,若其沿运动方向的相反方向射出一物体P,不计空气阻力,则()A火箭一定离开原来轨道运动 BP一定离开原来轨道运动C火箭运动半径可能不变 DP运动半径一定减小5一装有柴油的船静止于水平面上,船前舱进水,堵住漏洞后用一水泵把前舱的油抽往后舱,如图51所示。不计水的阻力,船的运动情况是()A向前运动 B向后运动 C静止 D无法判断6一个质量为M的平板车静止在光滑的水平面上,在平板车的车头与车尾站着甲、乙两人,质量分别为m1和m2,当两人相向而行时()A当m1m2时,车子与甲运动方向一致 B当v1v2时,车子与甲运动方向一
16、致C当m1v1m2v2时,车子静止不动 D当m1v1m2v2时,车子运动方向与乙运动方向一致7气球质量为200 kg,载有质量为50 kg的人,静止在空气中距地面20 m高的地方,气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子,此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面,为了安全到达地面,则这绳长至少应为多长?(不计人的高度)8如图53所示,质量为M的小车静止在光滑的水平地面上,车上装有半径为R的半圆形光滑轨道,现将质量为m的小球在轨道的边缘由静止释放,当小球滑至半圆轨道的最低位置时,小车移动的距离为多少?小球的速度大小为多少?例题答案:1. 解析:根据动量守恒定律,可得Mv0(Mm)vmv。答案:A2. 【解析】
17、人和气球原来静止,说明人和气球组成的系统所受外力的合力为零,在人沿软绳下滑的过程中,它们所受的重力和浮力都未改变,故系统的合外力仍为零,动量守恒。设人下滑过程中某一时刻速度大小为v,此时气球上升的速度大小为v,取向上方向为正,由动量守恒定律得Mvmv0,即Mvmv。由于下滑过程中的任一时刻,人和气球的速度都满足上述关系,故它们在这一过程中的平均速度也满足这一关系,即Mm。同乘以人下滑的时间t,得Mtmt,即MHmh气球上升的高度为Hh人要安全到达地面,绳长至少为LHhhhh。3. 【解析】选人和船组成的系统为研究对象,由于人从船头走到船尾的过程中,不计水的阻力,系统在水平方向上不受外力作用,动
18、量守恒,设某一时刻人对地的速度为v2,船对地的速度为v1,规定人前进的方向为正方向,有mv2Mv10,即在人从船头走向船尾的过程中,人和船的平均速度也跟它们的质量成反比,即对应的平均动量Mm,而位移xt 所以有Mx1mx2,即由图1654可知x1x2l,解得x1l,x2l。课后练习答案:1. 解析:火箭工作的原理是利用反冲运动,是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时,使火箭获得的反冲速度,故正确答案为选项B。答案:B2. 解析:取火箭及气体为系统,则气流在向外喷气过程中满足动量守恒定律,由动量守恒定律得0mv0(Mm)v解得vv0,所以B选项正确。答案:B3. 解析:立定跳远相当于
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