高考物理二輪復(fù)習(xí) 專題18 碰撞與動量守恒課件.ppt

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1 專題18碰撞與動量守恒 考點64動量動量定理 考點65動量守恒定律 考點66碰撞 考點67實驗 驗證動量守恒定律 考點68動量守恒定律中的臨界問題 考點69動量與其他知識的綜合 2 考點64動量動量定理 1 動量 沖量 3 2 動量變化量 1 物體末狀態(tài)動量與初狀態(tài)動量的矢量差叫做物體的動量變化量 表達(dá)式為 p mv mv 其方向與速度變化量的方向相同 2 物體動量的變化率等于它所受的力 這是牛頓第二定律的另一種表達(dá)形式 3 動量定理 1 物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量 2 表達(dá)式 mv mv F t t 或p p I 4 應(yīng)用動量定理解題的一般步驟 1 選定研究對象 明確運動過程 2 進(jìn)行受力分析和運動的初 末狀態(tài)分析 3 選定正方向 根據(jù)動量定理列方程求解 考點64動量動量定理 4 考法1動量動量定理 動量和沖量是力學(xué)中兩個重要的概念 對概念的直接考查很少 但有時會以 動量大小相等 提供已知信息 聯(lián)系其他知識進(jìn)行考查 動量定理揭示了沖量和動量變化量之間的關(guān)系 這部分知識在高考中一般以選擇題或簡單計算題的形式出現(xiàn) 1 應(yīng)用動量定理的兩類簡單問題 1 應(yīng)用I p求變力的沖量和平均作用力如果物體受到變力作用 則不直接用I Ft求變力的沖量 這時可以求出該力作用下的物體動量的變化量 p 等效代換變力的沖量I 進(jìn)而可求平均作用力 考點64動量動量定理 5 2 應(yīng)用 p Ft求恒力作用下的曲線運動中物體動量的變化 曲線運動中物體速度方向時刻在改變 求動量變化量 p p p需要應(yīng)用矢量運算方法 比較復(fù)雜 如果作用力是恒力 可以求恒力的沖量 等效代換動量的變化量 2 動量定理使用的注意事項 1 一般來說 用牛頓第二定律能解決的問題 用動量定理也能解決 如果題目不涉及加速度和位移 用動量定理求解更簡便 動量定理不僅適用于恒定的力 也適用于隨時間變化的力 這種情況下 動量定理中的力F應(yīng)理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值 2 動量定理的表達(dá)式是矢量式 運用它分析問題時要特別注意沖量 動量及動量變化量的方向 公式中的F是物體或系統(tǒng)所受的合力 考點64動量動量定理 6 考點64動量動量定理 7 3 動量定理在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的應(yīng)用在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 安培力往往是變力 可用動量定理求解有關(guān)運動過程中的物理量 返回專題首頁 考點64動量動量定理 8 考點65動量守恒定律 1 動量守恒定律內(nèi)容如果一個系統(tǒng)不受外力 或者所受外力的矢量和為零 這個系統(tǒng)的總動量保持不變 這就是動量守恒定律 2 動量守恒定律表達(dá)式 1 m1v1 m2v2 m1v 1 m2v 2 兩個物體組成的系統(tǒng)相互作用前后 動量保持不變 2 p1 p2 相互作用的兩個物體組成的系統(tǒng) 兩個物體動量變化量大小相等 方向相反 3 p 0 系統(tǒng)的動量變化量為零 9 3 對動量守恒定律的理解 1 矢量性 在高中階段 只討論物體相互作用前后速度方向都在同一條直線上的情況 這時要選取一個正方向 用正 負(fù)號表示各矢量的方向 2 瞬時性 動量是一個狀態(tài)量 動量守恒指的是系統(tǒng)某一時刻的動量恒定 不同時刻的動量不能相加 3 相對性 動量的大小與參考系的選取有關(guān) 一般以地球為參考系 考點65動量守恒定律 10 考法2動量守恒定律的簡單應(yīng)用 動量守恒定律是動量這一章的核心內(nèi)容 這部分內(nèi)容高考中年年必考 多以計算題形式出現(xiàn) 主要考查同學(xué)們綜合運用牛頓運動定律 動能定理 能量守恒定律 動量守恒定律等知識解題的能力 難度較大 1 動量守恒定律的條件 1 系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)所受的合外力為零 2 系統(tǒng)所受的合外力不為零 但比系統(tǒng)內(nèi)力小得多 如爆炸過程中的重力比相互作用力小很多 可忽略重力 認(rèn)為爆炸過程符合動量守恒定律 11 3 系統(tǒng)所受的合力雖不為零 但在某個方向上的分量為零 則在該方向上系統(tǒng)總動量的分量保持不變 2 動量守恒定律解題的基本思路 1 確定研究對象并進(jìn)行受力分析 過程分析 2 確定系統(tǒng)動量在研究過程中是否守恒 3 明確過程的初 末狀態(tài)的系統(tǒng)動量的量值 4 選擇正方向 根據(jù)動量守恒定律建立方程 考點65動量守恒定律 12 3 動量守恒條件和機(jī)械能守恒條件的比較 1 兩者守恒的條件不同 系統(tǒng)動量守恒的條件是系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零 機(jī)械能守恒的條件是只有重力或彈簧彈力做功 重力或彈簧彈力以外的其他力 不管是內(nèi)力還是外力 不做功 2 系統(tǒng)動量守恒時 機(jī)械能不一定守恒 因為動量守恒系統(tǒng)中可能有重力以外的其他力做功 舉例 子彈以一定的水平速度射入放在光滑水平面上的木塊中 系統(tǒng)的動量守恒 但是 由于在這一過程中子彈和木塊間的摩擦力做功 將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為子彈和木塊的內(nèi)能 所以 系統(tǒng)的機(jī)械能減少 3 系統(tǒng)機(jī)械能守恒 動量不一定守恒 如在水平面上做勻速圓周運動的物體 其機(jī)械能是守恒的 但物體動量的方向時刻在變化 動量不守恒 考點65動量守恒定律 13 考法3爆炸與反沖 常以碰撞 反沖 爆炸等模型來考查動量守恒定律的應(yīng)用 有時涉及多物體系統(tǒng)的動量守恒定律的應(yīng)用 1 碰撞與爆炸 復(fù)雜的碰撞問題 詳見考點66 1 碰撞與爆炸具有一個共同特點 即相互作用的力為變力 作用的時間極短 作用力很大 且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)受的外力 故符合動量守恒定律 2 爆炸過程中 因有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動能 所以系統(tǒng)的動能會增加 3 由于碰撞或爆炸的作用時間極短 因此作用過程中物體的位移很小 一般可忽略不計 考點65動量守恒定律 14 2 反沖運動 1 反沖運動是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果 如火箭因噴氣而發(fā)射是典型的反沖運動 在反沖運動的過程中 如果系統(tǒng)沒有外力作用或外力的作用遠(yuǎn)小于物體間的相互作用力 可利用動量守恒定律來處理 2 研究反沖運動的目的是找反沖速度的規(guī)律 求反沖速度的關(guān)鍵是確定相互作用的對象和各物體相對地的運動狀態(tài) 一個原來靜止的系統(tǒng) 由于反沖開始運動 滿足動量守恒或某個方向上滿足動量守恒 則有m1v1 m2v2 0 有 3 反沖運動中距離 移動問題的分析物體在這一方向上有速度 經(jīng)過時間的累積 物體在這一方向上運動一段距離 則距離同樣滿足 則它們之間的相對距離s相 s1 s2 考點65動量守恒定律 15 考法4多個物體組成的系統(tǒng)的動量守恒問題 對多個物體相互作用的動量守恒問題 首先 要根據(jù)具體情況靈活選取研究對象 如果作用是分階段的 有時需要選取部分物體為研究對象 有時需要選取全部物體為研究對象 其次 要區(qū)分各階段中系統(tǒng)的外力和內(nèi)力 準(zhǔn)確把握動量守恒的條件 明確所選擇的研究對象的初 末狀態(tài) 最后 列出動量守恒的方程進(jìn)行求解 所以 這種問題往往要根據(jù)作用過程中的不同階段 找出聯(lián)系各階段的狀態(tài)量建立多個動量守恒方程 或?qū)⑾到y(tǒng)內(nèi)的物體按照作用的關(guān)系分成幾個小系統(tǒng) 分別建立動量守恒方程 考點65動量守恒定律 16 考法5人船模型 1 人 m 與船 M 開始時都靜止 突然人從一端走向另一端的過程中 船向相反方向運動 人停止 船也停止 這一作用情景稱為人船模型 因系統(tǒng)在全過程中時刻動量守恒 則這一系統(tǒng)在全過程中平均動量也守恒 則有mv1 Mv2 mv1t Mv2t 即ms1 Ms2 2 適用條件 原來處于靜止?fàn)顟B(tài)的系統(tǒng) 在系統(tǒng)發(fā)生相對運動的過程中 某一個方向上動量守恒 另外 s1 s2是兩個物體相對于地面的位移 3 人船模型是動量守恒定律的拓展應(yīng)用 它把速度和質(zhì)量的關(guān)系推廣到位移和質(zhì)量的關(guān)系 給我們提供了一種解題的思路和方法 人船模型的適用條件是兩個物體組成的系統(tǒng) 當(dāng)由多個物體組成系統(tǒng)時 可以先轉(zhuǎn)化為兩個物體組成的系統(tǒng) 動量守恒 考點65動量守恒定律 17 返回專題首頁 考點65動量守恒定律 18 考點66碰撞 碰撞的種類和特點 19 考法6碰撞分類及其可能性判斷 碰撞是日常生活中常見的現(xiàn)象 如汽車相撞 星體碰撞 粒子碰撞等 由于其貼近生活 聯(lián)系實際 是歷來高考命題的熱點 這部分考題多以計算題形式出現(xiàn) 求解這類問題時要掌握碰撞的特點 熟悉碰撞的種類 牢記碰撞滿足系統(tǒng)動量守恒 但系統(tǒng)動能不會增加的規(guī)律 因為新課標(biāo)對于這部分的要求降低 故在此僅由 一動碰一靜 為例說明碰撞的特點及規(guī)律 1 彈性碰撞如圖所示 在光滑水平面上 質(zhì)量為m1的物體以速度v0與質(zhì)量為m2 靜止的物體發(fā)生彈性正碰 則有 考點66碰撞 20 動量守恒m1v0 m1v1 m2v2 機(jī)械能守恒 聯(lián)立以上兩式解得 1 當(dāng)m1 m2時 v1 0 v2 v0 質(zhì)量相等 交換速度 2 當(dāng)m1 m2時 v1 0 v2 0 且v2 v1 大碰小 一起跑 3 當(dāng)m10 小碰大 要反彈 4 當(dāng)m1 m2時 v1 v0 v2 2v0 極大碰極小 大不變 小加倍 5 當(dāng)m1 m2時 v1 v0 v2 0 極小碰極大 小等速率反彈 大不變 如乒乓球碰到墻壁以后被反向彈回 它的動量的變化量 p mv0 mv0 2mv0 考點66碰撞 21 2 完全非彈性碰撞兩物體碰撞后粘在一起運動 此時動量守恒 而動能損失最大 動量守恒m1v1 m2v2 m1 m2 v 動能損失 考點66碰撞 22 3 非彈性 一般 碰撞介于彈性碰撞和完全非彈性碰撞之間 兩物體碰后雖然分開 但碰撞時間相對較長 能量 動能 有損失 動量守恒 4 碰撞后運動狀態(tài)可能性的判定根據(jù)兩物體碰撞前的運動狀態(tài)判斷碰撞后可能的運動狀態(tài) 是動量守恒定律中常見的問題 解決此類問題時 既可以用一般碰撞的速度范圍特點判斷 即任何一個碰撞過程的速度的取值 必處于完全彈性碰撞和完全非彈性碰撞這兩種碰撞速度之間 也可根據(jù)碰撞規(guī)律所遵循的三個制約關(guān)系進(jìn)行判斷 1 動量制約 即碰撞過程中必須受到動量守恒定律的制約 總動量的方向恒定不變 即p1 p2 p 1 p 2 考點66碰撞 23 2 動能制約 即在碰撞過程中 碰撞雙方的總動能不會增加 即Ek1 Ek2 E k1 E k2 3 運動制約 即碰撞要受到運動的合理性要求的制約 如果碰前兩物體同向運動 則后面物體速度必須大于前面物體的速度 碰撞后原來在前面的物體速度必增大 且大于或等于原來在后面的物體的速度 否則碰撞沒有結(jié)束 如果碰前兩物體是相向運動 而碰后兩物體的運動方向不可能都不改變 除非碰后兩物體速度均為零 考點66碰撞 24 返回專題首頁 考點66碰撞 25 考點67實驗 驗證動量守恒定律 1 實驗原理質(zhì)量為m1和m2的兩個小球發(fā)生正碰 若碰前m1運動 m2靜止 根據(jù)動量守恒定律應(yīng)有m1v1 m1v 1 m2v 2 因小球從斜槽上滾下后做平拋運動 由平拋運動知識可知 只要小球下落的高度相同 在落地前運動的時間就相同 則小球的水平速度若用飛行時間作時間單位 在數(shù)值上就等于小球飛出的水平距離 所以只要測出小球的質(zhì)量及兩球碰撞前后飛出的水平距離 代入公式就可驗證動量守恒定律 即m1 OP m1 OM m2 O N 26 2 實驗器材兩個小球 大小相等 質(zhì)量不等 斜槽 重垂線 白紙 復(fù)寫紙 天平 刻度尺 圓規(guī) 三角板 或游標(biāo)卡尺 3 實驗步驟 1 先用天平測出小球質(zhì)量m1 m2 2 按圖中那樣安裝好實驗裝置 將斜槽固定在桌邊 使槽的末端點切線水平 把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上 調(diào)節(jié)實驗裝置使兩小球碰撞時處于同一水平高度 且碰撞瞬間 入射球與被碰球的球心連線與軌道末端的切線平行 以確保正碰后的速度方向水平 3 在地面上鋪一張白紙 白紙上鋪放復(fù)寫紙 4 在白紙上記下重垂線所指的位置O 它表示入射球m1碰前的位置 考點67實驗 驗證動量守恒定律 27 5 先不放被碰小球 讓入射球從斜槽上同一高度處滾下 重復(fù)10次 用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面 圓心就是入射球不碰撞時的落地點P 如圖所示 6 把被碰小球放在斜槽末端 讓入射小球從同一高度滾下 使它們發(fā)生正碰 重復(fù)10次 仿照步驟 5 求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N 7 用刻度尺分別量出線段的長度OP OM和O N 把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的數(shù)值代入m1 OP m1 OM m2 O N看是否成立 8 整理實驗器材放回原處 考點67實驗 驗證動量守恒定律 28 4 數(shù)據(jù)處理驗證m1 OP m1 OM m2 O N即可 但要注意式中相同的量取相同的單位 5 注意事項 1 斜槽末端的切線必須水平 調(diào)整方法是讓碰撞的小球放在斜槽末端水平部分的任一位置都能靜止 2 使小支柱與槽口的距離等于小球直徑 3 入射小球每次都必須從斜槽同一高度由靜止釋放 4 入射小球質(zhì)量應(yīng)大于被碰球的質(zhì)量 5 實驗過程中實驗桌 斜槽 記錄的白紙位置要始終保持不變 6 應(yīng)進(jìn)行多次碰撞 落點取平均位置來確定 以減小偶然誤差 考點67實驗 驗證動量守恒定律 29 考法7對驗證動量守恒定律的考查 考查題型可以是選擇題和填空題 主要是在實驗部分單獨考查 考查對實驗原理的理解和實驗數(shù)據(jù)的處理方法 對實驗原理的考查 通過測量小球質(zhì)量和水平位移 本質(zhì)是測量質(zhì)量和水平速度之間的關(guān)系 根據(jù)這個原理 本套實驗器材可以用來驗證其他實驗 比如驗證機(jī)械能守恒的實驗 考點67實驗 驗證動量守恒定律 30 考點67實驗 驗證動量守恒定律 31 考法8通過其他方案驗證動量守恒定律 1 用氣墊導(dǎo)軌和光電計時器探究碰撞中的不變量用天平測出滑塊質(zhì)量 正確安裝好氣墊導(dǎo)軌 之后接通電源 利用配套 考點67實驗 驗證動量守恒定律 32 的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度 改變滑塊的質(zhì)量 改變滑塊的初速度大小和方向 滑塊速度的測量 式中 x為滑塊擋光片的寬度 儀器說明書上給出 也可直接測量 t為數(shù)字計時器顯示的滑塊 擋光片 經(jīng)過光電門的時間 2 用兩擺球碰撞來探究不變量實驗裝置如圖所示 一個小球靜止 拉起另一個小球使它擺動到最低點時它們相碰 由小球被拉起或擺動的角度來算出小球碰前或碰后的速度 可貼膠布增大兩球碰撞時的能量損失 兩球質(zhì)量可相等 也可不相等 考點67實驗 驗證動量守恒定律 33 考點67實驗 驗證動量守恒定律 34 考點67實驗 驗證動量守恒定律 35 返回專題首頁 考點67實驗 驗證動量守恒定律 36 考點68動量守恒中的臨界問題 考法9應(yīng)用動量守恒定律解決臨界問題 在運用動量守恒定律解題時 常常會遇到相互作用的幾個物體間的臨界問題 如兩物體相距最近 避免相碰和物體開始反向運動等 分析求解這類問題的關(guān)鍵是尋找臨界狀態(tài) 臨界狀態(tài)的出現(xiàn)是有條件的 這種條件就是臨界條件 臨界條件往往表現(xiàn)為某個 或某些 物理量的特定取值 在與動量相關(guān)的臨界問題中 臨界條件往往表現(xiàn)為兩物體的相對速度關(guān)系與相對位移關(guān)系 這種特定關(guān)系是解決這類問題的關(guān)鍵 37 1 滑塊與小車的臨界問題滑塊與小車是一種常見的相互作用模型 如圖所示 滑塊沖上小車后 在滑塊與小車之間的摩擦力作用下 滑塊做減速運動 小車做加速運動 滑塊剛好不滑出小車的臨界條件是滑塊到達(dá)小車末端時 滑塊與小車的速度相同 2 子彈打木塊的臨界問題子彈打木塊是一種常見的模型 子彈剛好擊穿木塊的臨界條件為子彈穿出時的速度與木塊的速度相同 考點68動量守恒中的臨界問題 38 3 涉及彈簧的臨界問題對于如圖所示的包含彈簧的系統(tǒng) 當(dāng)物體A與彈簧作用后 物體A做減速運動 物體B做加速運動 兩者間的距離逐漸減小 彈簧的壓縮量逐漸增大 在發(fā)生相互 考點68動量守恒中的臨界問題 39 作用過程中 當(dāng)彈簧被壓縮到最短時 兩個物體的速度必相等 4 相向運動的兩物體不相撞的臨界問題如圖所示 甲 乙兩小孩各乘一輛冰車在光滑水平冰面上游戲 兩者迎面滑來 為了避免相撞 甲突然將箱子沿冰面推給乙 箱子滑到乙處 乙迅速抓住 此時 兩者恰好不相撞的條件就是乙接到箱子后的速度與甲推開箱子后的速度相等 同向 5 涉及最大高度的臨界問題如圖所示 在物體滑上斜面 斜面放在光滑水平面上 的過程中 由于彈力的作用 斜面在水平方向?qū)⒆黾铀龠\動 物體滑到斜面上最高點 考點68動量守恒中的臨界問題 40 的臨界條件是物體與斜面沿水平方向具有共同的速度 物體在豎直方向的分速度等于零 返回專題首頁 考點68動量守恒中的臨界問題 41 考點69動量與其他知識的綜合 考法10動量與其他力學(xué)知識的綜合考查 運用牛頓運動定律 動量 能量的觀點解題是解決動力學(xué)問題的三條重要途徑 如圖所示 求解這類問題時要注意正確選取對象 狀態(tài) 過程 并恰當(dāng)選擇物理規(guī)律 在分析的基礎(chǔ)上選用適宜的物理規(guī)律來解題 選用規(guī)律也有一定的原則 42 考點69動量與其他知識的綜合 43 考點69動量與其他知識的綜合 44 考點69動量與其他知識的綜合 45 返回專題首頁 考點69動量與其他知識的綜合