高考物理备考 中等生百日捷进提升系列 专题07 碰撞与动量守恒(含解析)-人教版高三全册物理试题.doc
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1、专题07 碰撞与动量守恒第一部分 名师综述综合分析近几年的高考物理试题发现,试题在考查主干知识的同时,注重考查基本概念和基本规律。考纲要求1、理解动量、动量变化量的概念;知道动量守恒的条件。2、会利用动量守恒定律分析碰撞、反冲等相互作用问题。命题规律1、动量和动量的变化量这两个概念常穿插在动量守恒定律的应用中考查。2、动量守恒定律的应用是本部分的重点和难点,也是高考的热点;动量守恒定律结合能量守恒定律来解决碰撞、打击、反冲等问题,以及动量守恒定律与圆周运动、核反应的结合已成为近几年高考命题的热点。第二部分 知识背一背(1)动量、动能、动量变化量的比较名称项目动量动能动量的变化量定义物体的质量和
2、速度的乘积物体由于运动而具有的能量物体末动量与初动量的矢量差定义式pmvppp矢标性矢量标量矢量特点状态量状态量过程量(2)动量的性质矢量性:方向与瞬时速度方向相同瞬时性:动量是描述物体运动状态的量,是针对某一时刻而言的相对性:大小与参考系的选取有关,通常情况是指相对地面的动量(3)动量守恒条件理想守恒:系统不受外力或所受外力的合力为零,则系统动量守恒近似守恒:系统受到的合力不为零,但当内力远大于外力时,系统的动量可近似看成守恒分方向守恒:系统在某个方向上所受合力为零时,系统在该方向上动量守恒(4)动量守恒定律的表达式m1v1m2v2m1v1m2v2或p1p2.(5)碰撞的种类及特点分类标准种
3、类特点机械能是否守恒弹性碰撞动量守恒,机械能守恒非弹性碰撞动量守恒,机械能有损失完全非弹性碰撞动量守恒,机械能损失最大碰撞前后动量是否共线对心碰撞(正碰)碰撞前后速度共线非对心碰撞(斜碰)碰撞前后速度不共线(6)动量守恒定律和能量守恒定律动量守恒定律和能量守恒定律,是自然界最普遍的规律,它们研究的是物体系统,在力学中解题时必须注 意动量守恒的条件及机械能守恒的条件。在应用这两个规律时,当确定了研究的对象及运动状态变化的过 程后,根据问题的已知条件和要求解的未知量,选择研究的两个状态列方程求解。第三部分 技能+方法一、动量守恒定律的特点:矢量性:表达式中涉及的都是矢量,需要首先选取正方向,分清各
4、物体初、末动量的正、负。瞬时性:动量是状态量,动量守恒指对应每一时刻的总动量都和初时刻的总动量相等。不同时刻的动量不能相加。同时性:动量是状态量,具有瞬时性,动量守恒定律指的是相互作用的物体构成的物体系在任一时刻的总动量都相同普适性:它不仅适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅适用于宏观物体组成的系统,对微观粒子组成的系统也适用。二、应用动量守恒定律解题的特点由于动量守恒定律只考虑物体相互作用前、后的动量,不考虑相互作用过程中各个瞬间细节,即使在牛顿运动定律适用的范围内,它也能解决许多由于相互作用力难以确定而不能直接应用牛顿运动定律的问题,这正是动量守恒定律的特点和优点所在
5、三、应用动量守恒定律解题的步骤明确研究对象,确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程);进行受力分析,判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒);规定正方向,确定初、末状态动量;由动量守恒定律列出方程;代入数据,求出结果,必要时讨论说明四、碰撞现象满足的规律动量守恒定律机械能不增加速度要合理:若碰前两物体同向运动,则应有v后v前,碰后原来在前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;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。五、弹性碰撞的规律两球发生弹性碰撞时满足动量守恒定律和机械能守恒定律以质量为m1,速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹
6、性碰撞为例,则有m1v1m1v1m2v2和解得:;结论:当两球质量相等时,v10,v2v1,两球碰撞后交换速度当质量大的球碰质量小的球时,v10,v20,碰撞后两球都向前运动当质量小的球碰质量大的球时,v10,碰撞后质量小的球被反弹回来六、综合应用动量和能量的观点解题技巧动量的观点和能量的观点动量的观点:动量守恒定律能量的观点:动能定理和能量守恒定律这两个观点研究的是物体或系统运动变化所经历的过程中状态的改变,不对过程变化的细节作深入的研究,而关心运动状态变化的结果及引起变化的原因简单地说,只要求知道过程的始、末状态动量式、动能式和力在过程中的冲量和所做的功,即可对问题求解利用动量的观点和能量
7、的观点解题应注意下列问题:(a)动量守恒定律是矢量表达式,还可写出分量表达式;而动能定理和能量守恒定律是标量表达式,绝无分量表达式(b)动量守恒定律和能量守恒定律,是自然界最普遍的规律,它们研究的是物体系统,在力学中解题时必须注意动量守恒的条件及机械能守恒的条件在应用这两个规律时,当确定了研究的对象及运动状态变化的过程后,根据问题的已知条件和要求解的未知量,选择研究的两个状态列方程求解【例1】如图所示,两个质量相同的物体从同一高度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止滑下,到达斜面底端的过程中,两物体相同的物理量为: ( )A重力的冲量 B弹力的冲量 C合外力的冲量 D动量改变量的大小【答案】D【解析
8、】物体在下滑中只有重力做功,而重力做功只与高度差有关,故两种情况下重力做功相等,由mv2mgh得两种情况下到达斜面底端的速度的大小是相等的;两种情况下到达斜面底端的速度的大小是相等,又因长的斜面倾角小,物体的加速度小,所以斜面越长下滑的时间越长,所以两种情况下重力作用的时间不相等,重力的冲量也不相等故A错误;弹力的冲量,斜面倾角越小,下滑的时间越长,cos越大,故冲量越大,选项B错误;物体在两种情况下到达斜面底端的速度的大小是相等的,而速度的方向不同,所以粒子情况下物体的末动量不同根据动量定理:I=P=mv-0,所以合力的冲量大小相等,方向是不同的故C错误;物体在两种情况下到达斜面底端的速度的
9、大小是相等的,所以两种情况下物体的动量的变化量大小相等故D正确;故选D【名师点睛】此题考查机械能守恒定律及动量定理;解题时除了要熟练掌握动量的概念、动量定理外,还要注意动量的方向;动量的变化和合外力的冲量可以互求;此题意在考查物理规律的灵活运用能力.【例2】如图所示,小车与 木箱紧挨着静放在光滑的水平冰面上,现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱,关于上述过程,下列说法正确的是: ( )A男孩与小车组成的系统动量守恒B男孩与木箱组成的系统动量守恒C小车与木箱组成的系统动量守恒D男孩、小车与木箱组成的系统动量守恒【答案】D【名师点睛】满足下列情景之一的,即满足动量守恒定律:(1)系统不受外力或
10、者所受外力之和为零;(2)系统受外力,但外力远小于内力,可以忽略不计;(3)系统在某一个方向上所受的合外力为零,则该方向上动量守恒。全过程的某一阶段系统受的合外力为零,则该阶段系统动量守恒。【例3】质量相同的三个小球a、b、c在光滑水平面上以相同的速率运动,它们分别于原来静止的三个小球A、B、C相碰(A与a碰,b与B碰,c与C碰)。碰后,a球继续沿原来方向运动;b球静止不动;c球被弹回向反方向运动;则碰后A、B、C三球中动量最大的是: ( )AA球 BB球 CC球 D由于A、B、C三球质量未知,无法判断【答案】C【解析】碰撞前,a、b、c三个小球的动量大小相等,三个小球与被撞小球碰撞过程中动量
11、守恒,因为c球是唯一碰撞前后动量方向相反的,所以碰撞后被c球碰撞的球获得动量最大,故C球动量是最大的而a球碰后沿原方向前进,而b碰后静止,故碰后A的动量最小,故C正确;【名师点睛】根据动量守恒定律我们即可分析A、B、C三球中哪个球的动量大小关系,难度不大,属于基础题【例4】一个静止的衰变为和一个粒子,并放出能量为E的光子。已知、和粒子的质量分别为,真空中的光速为c,忽略衰变所放出光子的动量,求衰变得到的粒子的动能。【答案】【名师点睛】本题的难点在于第(2)问,注意动量守恒和能量守恒在原子物理中的应用,尤其是列能量守恒方程时不要漏掉部分能量【例5】如图所示,光滑水平面上有一质量为的小车和质量为的
12、平板拖车B,用松弛的不能伸长的轻绳连接,质量为的小物块C置于拖车上。设拖车长度足够长,物体和拖车间的动摩擦因数=0.2.对小车A作用一个水平向右的冲量,使小车A获得=3m/s的速度,问:当A、B、C以相同速度运动时,共同运动的速度是多大?C在B上移动的距离是多少?【答案】【解析】对ABC系统:,解得对AB系统:对ABC系统:解得【名师点睛】本题综合运用了动量守恒定律、动能定理等知识点,综合性强,关键要合理地选择研究的系统,研究的过程,运用合适的定律进行求解【例6】如图所示,在光滑的水平面上有木块A和B,mA=0.5kg,mB=0.4kg,它们的上表面是粗糙的。今有一小铁块C,mC=0.1kg,
13、以初速度v0=10m/s沿两木块表面滑过,最后停留在B上,此时B、C以共同速度v=1.5m/s运动,求:(1)A运动的速度vA;(2)C刚离开A时的速度vC;(3)整个过程中因摩擦而产生的内能。【答案】(1)0.5m/s(2)5.5m/s(3)4.375J【名师点睛】本题考查了动量守恒定律的应用,分析清楚物体的运动过程,确定所研究的阶段,由动量守恒定律即可正确解题;注意搞清楚能量之间的转化关系.第四部分 基础练+测1、【2017山东省枣庄市高三上学期期末质量检测】质量为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;已知弹性安全带的缓冲时间是1.2s,安全带长5m,不计
14、空气阻力影响,g取10m/s 2,则安全带所受的平均冲力的大小为: ( )A100 N B500 N C600 N D1100 N【答案】D【解析】在安全带产生拉力的过程中,人受重力、安全带的拉力作用做减速运动,此过程的初速度就是自由落体运动的末速度,所以有:,根据动量定理,取竖直向下为正,有:mgt-Ft=0-mv0,解得:故选D【名师点睛】本题除了用动力学解决,也可以对缓冲的过程采取动量定理进行求解注意在解题时明确动量定理的矢量性,先设定正方向.2、【2017安徽省合肥市第一中学高三第三阶段考试】如图所示,等大反向,同时作用在静止与于光滑水平面上的A、B两物体上,已知两物体质量关系,经过相
15、等时间撤去两力,以后两物体相碰且粘为一体,这时A、B将: ( )A停止运动 B向右运动 C向左运动 D仍运动但方向不能确定【答案】A【名师点睛】根据动能定理求出碰前A、B的速度,再根据动量守恒定律得出粘合体的速度,从而判断运动的方向难度中等,在运用动量守恒定律时,注意A、B碰前的速度相反3、【2017四川省成都市高三第一次诊断性检测】(多选)如图所示,ABCD是固定在地面上,由同种金属细杆制成的正方形框架,框架任意两条边的连接处平滑,A、B、C、D四点在同一竖直面内,BC、CD边与水平面的夹角分别为、(),让套在金属杆上的小环从A点无初速释放。若小环从A经B滑到C点,摩擦力对小环做功为W1,重
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