高考物理备考艺体生百日突围系列专题 碰撞与动量守恒含解析中学教育高考-高考.pdf
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1、学习好资料 欢迎下载 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
2、动量 动能 动量的变化量 定义 物体的质量和速度的乘积 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 pmv 221mvEk ppp 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(
3、4)动量守恒定律的表达式 m1v1m2v2m1v1m2v2 或p1p2.学习好资料 欢迎下载(5)碰撞的种类及特点 分类标准 种类 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
4、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
5、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 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 知识的同时注重考查基本概念和基本规律考纲要求理解动量动量变化量的概念知道动量守恒的条件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动量和动量的变化量这两个概念常穿插在动量守恒定律
6、的应用中考查动量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动量动能动量变化量的比较第二部分知识背一背名称项目定义动量动能动量的变化量物体的质量和物体由于运动物体末动量与初速度的乘积而具有的能量动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学习好资料 欢迎下载 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
7、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性碰撞为例,则有m1v1m1v1m2v2和222211211212121vmvmvm 解得:121211vmmmmv;121122vmmmv 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
8、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
9、,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】放在水平桌面上的物体质量为 m,在时间t内施以水平恒力 F去推它,物体始终未动,那么在t时间内推力 F的冲量为:()A0 BFt Cmgt D无法计算 知识的同时注重考查基本概念和基本规律考纲要求理解动量动量变化量的概念知道动量守恒的条件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动量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动量动能动量变化量的比较第二部分知识背一背名称项目定义动量动能
10、动量的变化量物体的质量和物体由于运动物体末动量与初速度的乘积而具有的能量动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学习好资料 欢迎下载【答案】B【解析】由冲量的概念可知,在时间t内,水平恒力 F的冲量为 Ft,故选项 B正确.【名师点睛】此题是对冲量概念的考查;要知道力的冲量为 Ft,只于作用力和作用时间有关,而与物体的位移及运动状态无关,要与力的功区别开来.【例 2】在光滑的水平面上有静止的物体 A和 B。物体 A的质量是 B的 2
11、 倍,两物体中间用细绳束缚的处于压缩状态的轻质弹簧相连。当把细绳剪断,弹簧在恢复原长的过程中:()AA的速率是 B的 2 倍 BA的动量大于 B的动量 CA的受力大于 B受的力 DA、B组成的系统的总动量为零【答案】D【名师点睛】题是动量定理的直接应用,要比较物理量之间的比例关系,就要把这个量用已知量表示出来再进行比较【例 3】(多选)如图所示,光滑水平面上有A、B两木块,A、紧靠在一起,子弹以速度v0向原来静止的A射去,子弹击穿A留在B中。下面说法正确的是:()A子弹击中A的过程中,子弹和A、B组成的系统动量守恒 B子弹击中A的过程中,A和B组成的系统动量守恒 C子弹击中A的过程中,子弹和A
12、组成的系统动量守恒 D子弹击穿A后,子弹和B组成的系统动量守恒【答案】AD【解析】子弹击中A的过程中,子弹和A、B组成的系统所受的合外力为零,故动量守恒,选项 A正确,BC错误;子弹击穿A后,子弹和B组成的系统手合力为零,故动量不守恒,选项D正确;故选 AD 【名师点睛】此题考查了动量守恒定律的条件;要知道当系统所受的合外力为零时动量守恒,B A 知识的同时注重考查基本概念和基本规律考纲要求理解动量动量变化量的概念知道动量守恒的条件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动量题以及动量守恒定律与圆周运动核反应的结合已成为近
13、几年高考命题的热点动量动能动量变化量的比较第二部分知识背一背名称项目定义动量动能动量的变化量物体的质量和物体由于运动物体末动量与初速度的乘积而具有的能量动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学习好资料 欢迎下载 所以必须要选择合适的研究对象和研究过程。【例 4】如图所示,质量为 2kg 的小球由h1=3.2m 的高处自由下落,经 0.1 秒由地面反弹上升的高度为h2=0.8m,不计空气阻力,g=10m/s2,求地面对小球的平均作用
14、力。【答案】260N 【名师点睛】此题是对动量定理及机械能守恒定律的考查;解题时要搞清研究过程,对研究对象正确受力分析;规定正方向,根据动量定理列出方程求解;注意不能忽略重力的大小.【例 5】如图所示,光滑水平面上,质量为 2m的小球B连接着轻质弹簧,处于静止;质量为m的小球A以初速度v0向右匀速运动,接着逐渐压缩弹簧并使B运动,过一段时间,A与弹簧分离,设小球A、B与弹簧相互作用过程中无机械能损失,弹簧始终处于弹性限度以内。求 (1)当弹簧被压缩到最短时,A球的速度。(2)弹簧的最大弹性势能。m 2m A B v0 知识的同时注重考查基本概念和基本规律考纲要求理解动量动量变化量的概念知道动量
15、守恒的条件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动量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动量动能动量变化量的比较第二部分知识背一背名称项目定义动量动能动量的变化量物体的质量和物体由于运动物体末动量与初速度的乘积而具有的能量动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学习好资料 欢迎下载(3)弹簧再次恢复原长时,A、B两球的速度【答案】
16、(1)13v0;(2)13mv02;(3)A球的速度大小为13v0,方向向左,B球的速度大小为23v0,方向向右【解析】(1)当A球与弹簧接触以后,在弹力作用下减速运动,而 B球在弹力作用下加速运动,弹簧的弹性势能增加,当A、B速度相同时,弹簧的压缩量最大,弹性势能最大 设A、B的共同速度为v,弹簧的最大势能为 EP,取向右为正方向,A、B系统动量守恒,则有 mv0=(m+2m)v,可得 v=13v0(2)根据系统的机械能守恒得:EP=12mv02-12(m+2m)v2 联立两式得 EP=13mv02【名师点睛】本题要求同学们能正确分析 AB的受力情况及运动情况,知道当 AB两物体速度相等时,
17、弹簧被压到最短,此时弹性势能最大第 3 小题相当于弹性碰撞,其结果可在理解的基础上记住.【例 6】长 L质量为 M的长方形木板静止在光滑的水平面上,一质量为 m的物块,以v0的水平速度从左端滑上木板,最后与木板保持相对静止,为物块与木板间的动摩擦因数。(1)求物块在木板上滑行的时间t。(2)要使物块不从木板右端滑出,物块滑上木板左端的速度v不超过多少?【答案】(1)0()/Mvg Mm;(2)【解析】(1)设物块与木板共同速度为v,以水平向右为正方向,根据动量守恒定律有0()mvMm v 对物块应用动量定理有:0 mgtmvmv,解得0)/(tMvg Mm。(2)要使物块恰好不从木板上滑出,须
18、使物块到木板最右端时与木板有共同的速度共v,()共 m vm Mv由功能关系有22()1122共 m vm MmgLv 解得 v 知识的同时注重考查基本概念和基本规律考纲要求理解动量动量变化量的概念知道动量守恒的条件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动量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动量动能动量变化量的比较第二部分知识背一背名称项目定义动量动能动量的变化量物体的质量和物体由于运动物体末动量与初速度的乘积而具有的能量动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
19、选取有关通常情况是指相对地面的动量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学习好资料 欢迎下载 要使物块不从木板右端滑出,滑上木板左端速度不超过【名师点睛】本题关键是对两个物体的运动情况分析清楚,然后根据牛顿第二定律列式求解出各个运动过程的加速度,最后根据运动学公式列式求解。第四部分 基础练+测 1、【2017西藏自治区拉萨中学高三上学期期末】(多选)下列运动过程中,在任意相等时间内,物体动量变化相等的是:()A平抛运动 B自由落体运动 C匀速圆周运动 D匀减速直线运动【答案】ABD【解析】根据动量定理P=Ft,F是合力,平抛运动物
20、体的合力是重力,恒力,相等时间内其冲量不变,动量变化量相同故 A正确根据动量定理P=Ft,F是合力,自由落体运动物体的合力是重力,恒力,相等时间内其冲量不变,动量变化量相同故 B正确动量变化量是矢量,匀速圆周运动动量变化量方向时刻在变化,在相等时间内动量变化量不相同也可根据动量定理,P=Ft,F是合力,匀速圆周运动的合力指向圆心,是变力,相等时间内合力的冲量也是变化的,动量变化量是变化的故 C错误根据动量定理P=Ft,F是合力,匀减速直线运动物体的合力是恒力,相等时间内其冲量不变,动量变化量相同 故 D正确故选 ABD 【名师点睛】利用冲量求动量变化量是常用的方法,是一种等效替代思维;记住动量
21、定理的公式P=Ft,动量变化量等于合外力的冲量。2、【2017长春外国语学校高三上学期期末考试】(多选)关于速度、动量和动能,下列说法正确的是:()A物体的速度发生变化,其动能一定发生变化 B物体的动量发生变化,其动能一定发生变化 C物体的速度发生变化,其动量一定发生变化 D物体的动能发生变化,其动量一定发生变化【答案】CD 3、【2017四川省成都市高三第一次诊断性检测】如图所示,小车静止在光滑水平面上,AB是小车内半圆弧轨道的水平直径,现将一小球从距 A点正上方 h 高处由静止释放,小球由 A点沿切线方向经半圆轨道后从 B点冲出,在空中能上升的最大高度为 0.8h,不计空气阻力。下列说法正
22、确的是:()知识的同时注重考查基本概念和基本规律考纲要求理解动量动量变化量的概念知道动量守恒的条件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动量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动量动能动量变化量的比较第二部分知识背一背名称项目定义动量动能动量的变化量物体的质量和物体由于运动物体末动量与初速度的乘积而具有的能量动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
23、合力不为零但当内力学习好资料 欢迎下载 A在相互作用过程中,小球和小车组成的系统动量守恒 B小球离开小车后做竖直上抛运动 C小球离开小车后做斜上抛运动 D小球第二次冲出轨道后在空中能上升的最大高度为 06h【答案】B【解析】小球与小车组成的系统在水平方向所受合外力为零,水平方向系统动量守恒,但系统整体所受合外力不为零,系统动量不守恒,故 A错误;小球与小车组成的系统在水平方向动量守恒,小球由 A点离开小车时系统水平方向动量为零,小球与小车水平方向速度为零,小球离开小车后做竖直上抛运动,故 B正确、C错误;D、小球第一次车中运动过程中,摩擦力做负功,由动能定理得:oWhhmgf)8.0(,Wf为
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