物理：第3節(jié)《動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用》課件（教科版選修3-5）

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第3節(jié)動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第3節(jié) 課前自主學(xué)案 課標(biāo)定位 1 會(huì)運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析 解決碰撞問題 2 了解中子的發(fā)現(xiàn)過程 3 理解反沖的原理并能用來解釋火箭的多級(jí)發(fā)射問題 課標(biāo)定位 課前自主學(xué)案 一 碰撞問題的定量分析1 碰撞的特點(diǎn) 1 作用時(shí)間短 2 外力通常 碰撞物體之間的內(nèi)力 3 碰撞過程中 守恒 遠(yuǎn)小于 動(dòng)量 2 碰撞后若兩物體粘在一起 獲得共同速度 這種碰撞為完全非彈性碰撞 此時(shí)動(dòng)能損失最大 二 中子的發(fā)現(xiàn)1932年 盧瑟福的學(xué)生查德威克利用動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律發(fā)現(xiàn)了中子 三 反沖現(xiàn)象與火箭的發(fā)射反沖過程中在一條件下滿足動(dòng)量守恒 火箭的發(fā)射就是利用了反沖現(xiàn)象 火箭向后噴出高速氣體 使火箭獲得較大的向前速度 火箭飛行所能達(dá)到的最大速度 就是燃料燃盡時(shí)獲得的最終速度 其最大速度取決于兩個(gè)條件 一是向后的 二是 噴氣速度 質(zhì)量比 思考感悟你知道章魚 烏賊怎樣游泳嗎 提示 章魚 烏賊游泳時(shí) 將身體內(nèi)部的一部分水高速噴出 從而使自身獲得相反方向的速度 像這樣 由于物體通過分離出部分物質(zhì) 而使剩余的部分獲得速度 這種現(xiàn)象稱為反沖運(yùn)動(dòng) 其基本原理仍然是動(dòng)量守恒定律 核心要點(diǎn)突破 一 對(duì)碰撞問題的理解1 分析碰撞問題時(shí)的幾個(gè)忽略 1 在碰撞過程中 系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于外力 系統(tǒng)受到的一些微小外力可忽略不計(jì) 2 碰撞現(xiàn)象中 作用時(shí)間很短 這個(gè)極短時(shí)間相對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的全過程可忽略不計(jì) 3 在碰撞過程中 物體發(fā)生速度突變時(shí) 物體必有一極小的位移 這個(gè)位移相對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)全過程的位移可忽略不計(jì) 2 判定一個(gè)碰撞過程是否存在的依據(jù) 1 動(dòng)量守恒 2 機(jī)械能不增加 3 速度要合理 特別提醒 1 對(duì)一個(gè)給定的碰撞 首先要看動(dòng)量是否守恒 其次再看總動(dòng)能是否增加 2 一個(gè)符合實(shí)際的碰撞 除動(dòng)量守恒外還滿足能量守恒 處理問題可利用能量守恒定律列式求解 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 在光滑水平面上 動(dòng)能為E0 動(dòng)量大小為p0的小鋼球1與靜止的小鋼球2發(fā)生碰撞 碰撞后球1的運(yùn)動(dòng)方向與原方向相反 將碰撞后球1的動(dòng)能和動(dòng)量分別記為E1 p1 球2的動(dòng)能和動(dòng)量分別記為E2 p2 則必有 A E1p0 故選A B C 二 對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)的理解1 反沖運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) 1 物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動(dòng) 2 反沖運(yùn)動(dòng)中 相互作用力一般較大 通?？梢杂脛?dòng)量守恒定律來處理 3 反沖運(yùn)動(dòng)中 由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 所以系統(tǒng)的總動(dòng)能增加 特別提醒 1 內(nèi)力的存在 不會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)量守恒 2 內(nèi)力做的功往往會(huì)改變系統(tǒng)的總動(dòng)能 2 討論反沖運(yùn)動(dòng)時(shí) 應(yīng)注意的問題 1 速度的相對(duì)性 反沖運(yùn)動(dòng)的問題中 有時(shí)遇到的速度是相互作用的兩物體的相對(duì)速度 由于動(dòng)量守恒定律中要求速度為對(duì)同一參考系的速度 即對(duì)地的速度 因此應(yīng)先將相對(duì)速度轉(zhuǎn)換成對(duì)地的速度后 再列動(dòng)量守恒定律方程 2 變質(zhì)量問題 在反沖運(yùn)動(dòng)中還常遇到變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng) 如在火箭的運(yùn)動(dòng)過程中 隨著燃料的消耗 火箭本身的質(zhì)量不斷減小 此時(shí)必須取火箭本身和在相互作用的短時(shí)間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對(duì)象 取相互作用的這個(gè)過程為研究過程來進(jìn)行研究 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 下列屬于反沖運(yùn)動(dòng)的有 A 噴氣式飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)B 直升機(jī)上升C 火箭上升D 反擊式水輪機(jī)的運(yùn)動(dòng)解析 選ABCD 噴氣式飛機(jī)和火箭都是靠噴出氣體 通過反沖獲得前進(jìn)的動(dòng)力 直升機(jī)通過螺旋槳擊打空氣 通過反沖獲得上升的動(dòng)力 反擊式水輪機(jī)靠水輪擊打水 通過反沖獲得動(dòng)力 三 爆炸模型及拓展1 爆炸特點(diǎn) 1 物體發(fā)生爆炸時(shí) 物體間的相互作用突然發(fā)生 相互作用力為變力 作用時(shí)間很短 作用力很大 且遠(yuǎn)大于系統(tǒng)受的外力 故可用動(dòng)量守恒定律來處理 2 在爆炸過程中 因有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 所以系統(tǒng)的動(dòng)能會(huì)增加 3 由于爆炸類問題作用時(shí)間很短 作用過程中物體的位移很小 一般可忽略不計(jì) 2 模型拓展 很多情況 相互作用的物體具有上述類似的特點(diǎn) 例如 光滑水平面上彈簧將兩物體彈開 人從車 或船 上跳離 物體從放置于光滑水平面上的斜面上滑下 這些過程與爆炸具有類似的特征 可應(yīng)用動(dòng)量守恒定律 必要時(shí)結(jié)合能量守恒定律求解 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 一小型爆炸裝置在光滑 堅(jiān)硬的水平鋼板上發(fā)生爆炸 所有碎片均沿鋼板上方的圓錐面 圓錐的頂點(diǎn)在爆炸裝置處 飛開 在爆炸過程中 下列關(guān)于爆炸裝置的說法中正確的是 A 總動(dòng)量守恒B 機(jī)械能守恒C 水平方向動(dòng)量守恒D 豎直方向動(dòng)量守恒 解析 選C 爆炸裝置在光滑 堅(jiān)硬的水平鋼板上發(fā)生爆炸 與鋼板間產(chǎn)生巨大的相互作用力 這個(gè)作用力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所受到的重力 所以爆炸裝置的總動(dòng)量是不守恒的 但由于鋼板對(duì)爆炸裝置的作用力是豎直向上的 因此爆炸裝置的豎直方向動(dòng)量不守恒 而在水平方向動(dòng)量是守恒的 爆炸時(shí) 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 因此 機(jī)械能不守恒 四 人船模型 問題1 人船模型 問題的特征兩個(gè)原來靜止的物體發(fā)生相互作用時(shí) 若所受外力的矢量和為零 則動(dòng)量守恒 在相互作用的過程中 任一時(shí)刻兩物體的速度大小之比等于質(zhì)量的反比 這樣的問題歸為 人船模型 問題 2 解題時(shí)要畫出各物體的位移關(guān)系草圖 找出各長度間的關(guān)系 特別提醒 1 人船模型 問題中 兩物體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是 人 走 船 行 人 停 船 停 2 問題中的 船長 通常應(yīng)理解為 人 相對(duì) 船 的相對(duì)位移 而在求解過程中應(yīng)討論的是 人 及 船 的對(duì)地位移 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 4 質(zhì)量M 150kg的木船長l 4m 質(zhì)量m 50kg的人站立在船頭 它們靜止在平靜的水面上 不計(jì)水的阻力 如圖1 3 1所示 現(xiàn)在人要走到船尾取一樣?xùn)|西 則人從船頭走到船尾過程中 船相對(duì)靜水后退的距離為多大 圖1 3 1 答案 1m 課堂互動(dòng)講練 如圖1 3 2所示 坡道頂端距水平面高度為h 質(zhì)量為m1的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下 進(jìn)入水平面上的滑道時(shí)無機(jī)械能損失 圖1 3 2 為使A制動(dòng) 將輕彈簧的一端固定在水平滑道延長線M處的墻上 另一端與質(zhì)量為m2的擋板B相連 彈簧處于原長時(shí) B位于滑道的末端O點(diǎn) A與B碰撞時(shí)間極短 碰撞后結(jié)合在一起共同壓縮彈簧 已知在OM段A B與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為 其余各處的摩擦不計(jì) 重力加速度為g 求 1 物塊A在與擋板B碰撞前瞬間速度v的大小 2 彈簧最大壓縮量為d時(shí)的彈性勢(shì)能Ep 設(shè)彈簧處于原長時(shí)彈性勢(shì)能為零 變式訓(xùn)練1如圖1 3 3所示 在真空中一光滑絕緣水平面上 有直徑相同的兩個(gè)金屬球A C 質(zhì)量mA 1 10 2kg mC 5 10 3kg 靜止在磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 5T的勻強(qiáng)磁場中的C球帶正電 電荷量qC 1 0 10 2C 在磁場外不帶電的A球以速度v0 20m s進(jìn)入磁場中與C球發(fā)生正碰后 C球?qū)λ矫娴膲毫η『脼榱?g取10m s2 則碰后A球的速度為 圖1 3 3 A 10m sB 5m sC 10m sD 20m s 火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)每次噴出m 0 2kg的氣體 噴出氣體相對(duì)地面的速度為v 1000m s 設(shè)火箭初質(zhì)量M 300kg 發(fā)動(dòng)機(jī)每秒噴氣20次 在不考慮地球引力及空氣阻力的情況下 火箭在1s末的速度是多大 思路點(diǎn)撥 確定研究對(duì)象 確定各部分質(zhì)量 及初末狀態(tài) 由動(dòng)量守恒列式求解 答案 13 5m s 題后反思 分析本題易忽略噴出氣體后火箭質(zhì)量的變化 而導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤 本題為變質(zhì)量問題 應(yīng)以火箭本身和噴出氣體為研究對(duì)象 同時(shí)注意火箭在噴氣前后的質(zhì)量變化 變式訓(xùn)練2一小型火箭在高空繞地球做勻速圓周運(yùn)動(dòng) 若其沿運(yùn)動(dòng)方向的相反方向射出一物體P 不計(jì)空氣阻力 則 A 火箭一定離開原來軌道運(yùn)動(dòng)B P一定離開原來軌道運(yùn)動(dòng)C 火箭運(yùn)動(dòng)半徑可能不變D P運(yùn)動(dòng)半徑一定減小 解析 選A 火箭射出物體P后 由反沖原理火箭速度變大 所需向心力變大 從而做離心運(yùn)動(dòng)離開原來軌道 半徑增大 P的速率可能減小 可能不變 可能增大 運(yùn)動(dòng)也存在多種可能性 所以A對(duì) B C D錯(cuò) 如圖1 3 4所示 甲 乙兩個(gè)小孩各乘一輛冰車在水平冰面上做游戲 甲和他的冰車的質(zhì)量共為M 30kg 乙和他的冰車的質(zhì)量也是30kg 游戲時(shí) 甲推著一個(gè)質(zhì)量為m 15kg的箱子 和他一起以大小為v0 2 0m s的速度滑行 乙以同樣大小的速度迎面滑來 為了避免相撞 甲突然將箱子沿冰面推給乙 箱子滑到乙處時(shí) 乙迅速把它抓住 若不計(jì)冰面的摩擦力 圖1 3 4 求甲至少要以多大的速度 相對(duì)于地面 將箱子推出 才能避免與乙相撞 思路點(diǎn)撥 由題目可知兩個(gè)作用過程發(fā)生在冰面上滿足動(dòng)量守恒定律 解答本題先明確恰好不相撞的條件 再分別以甲與箱子為研究對(duì)象 以乙與箱子為研究對(duì)象 由動(dòng)量守恒定律列式求解 自主解答 對(duì)甲與箱子組成的系統(tǒng) 設(shè)推出箱子后 箱子的速度為v 甲的速度為v1 均向右 取向右為正 由動(dòng)量守恒定律有 0 mv Mv1 對(duì)乙與箱子組成的系統(tǒng) 乙原來速度方向向左 為負(fù) 由動(dòng)量守恒定律有mv Mv0 m M v2 剛好不相撞的條件為v1 v2 由 聯(lián)立 解得 答案 5 2m s 題后反思 本題容易犯的錯(cuò)誤是 過分的分析甲 乙和箱相互作用的過程 而忽略對(duì)臨界條件的分析 題中甲 乙和箱的總動(dòng)量與甲的初速度方向一致 所以相互作用后乙必然反向 所以只需乙抓住箱以后和甲速度相等 甲 乙就可避免相撞 變式訓(xùn)練3一同學(xué)在地面上立定跳遠(yuǎn)的最好成績是x m 假設(shè)他站在車的A端 如圖1 3 5所示 想要跳上距離為l m 遠(yuǎn)的站臺(tái)上 不計(jì)車與地面的摩擦阻力 則 A 只要l x 他一定能跳上站臺(tái)B 只要l x 他有可能跳上站臺(tái)C 只要l x 他一定能跳上站臺(tái)D 只要l x 他有可能跳上站臺(tái)答案 B 圖1 3 5 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全