高三物理 第1章《碰撞與動量守恒》學案 粵教版選修3-5

1、碰撞與動量守恒 學案能力素質【例1】質量M50kg的空箱子，放在光滑的水平面上，箱中有一質量m30kg的鐵塊，如圖561所示鐵塊的左側面與箱子內壁的左側面相距S1m，鐵塊一旦碰到箱壁后不再分開，箱底與鐵塊間摩擦可忽略不計，現(xiàn)用向右的恒力F10N作用于箱子，經(jīng)過時間t2s后撤去求(1)箱的左壁與鐵塊碰撞前鐵塊和箱的速度；(2)箱的左壁與鐵塊碰撞后箱子的速度解析：(1)在F作用的2s內，設箱沒有碰到鐵塊，則對于箱子2s末立，所以碰前箱的速度為0.4m/s，水平向右，鐵塊的速度為零(2)箱子與鐵塊碰撞時，外力F已撤去，對箱子與鐵塊這一系統(tǒng)碰撞過程中總動量守恒MvM(Mm)v，所以碰后的共同速度為v點

2、撥：要善于分析不同的物理過程和應用相應物理規(guī)律，對整個運動過程，我們就箱子和鐵塊這一系統(tǒng)用動量定理有：Ft(Mm)v，這一關系不論在何時撤去F，最終的共同速度都由此關系求出【例2】質量為m，半徑為R的小球，放在質量為M，半徑為2R的圓柱形桶內，桶靜止在光滑的水平面上，當小球從圖562所示的位球的質量之比點撥：在球和圓筒相互作用的過程中，系統(tǒng)在水平方向的動量始終不變(在豎直方向的動量先增大后減少)，所以可以用水平方向的位移來表示水平方向的動量守恒 點擊思維 【例3】從地面以速率v1豎直向上拋出一小球，小球落地時的速率為v2，若小球在運動過程中所受的空氣阻力大小與其速率成正比，試求小球在空中的運動

3、時間解析：小球在上升階段和下落階段發(fā)生的位移大小相等，方向相反位移在速度圖象上是圖線與時間軸所圍的“面積”，沖量在力隨時間變化的圖象(Ft圖象)上是圖線與時間軸所圍的“面積”，由題意空氣阻力與速率成正比，可得到小球在上升階段和下落階段空氣阻力的沖量大小相等，方向相反，即在小球的整個運動過程中，空氣阻力對小球的總沖量為零對小球在整個過程中，由動量定理得：點撥 在各知識點間進行分析，類比是高考對考生能力的要求，高考考綱明文規(guī)定“能運用幾何圖形，函數(shù)圖象進行表達、分析”【例4】總質量為M的列車以不變的牽引力勻速行駛，列車所受的阻力與其重量成正比，在行駛途中忽然質量為m的最后一節(jié)車廂脫鉤司機發(fā)現(xiàn)事故關

4、閉油門時已過時間T，求列車與車廂停止運動的時間差點撥 車廂未脫鉤時，列車勻速運動，所以牽引力FkMg，車廂脫鉤后，對脫鉤的車廂和前面部分的列車分別應用動量定理本題也可以這樣來考慮，若車廂一脫鉤司機就關閉油門，則列車與脫鉤的車廂同時停止運動，現(xiàn)由于過了時間T才關閉油門，所以存在時間差T，按沖量作用與動量變化的關系應有，牽引力在時間T內的沖量等于前面部分的列車比脫鉤的車廂多運動時間T內阻力的沖量即kMgTk(Mm)gT 學科滲透 【例5】一個宇航員，連同裝備的總質量為100kg，在空間跟飛船相距45m處相對飛船處于靜止狀態(tài)，他帶有一個裝有0.5kg氧氣的貯氣筒，貯氣筒上有一個可以以50m/s的速度

5、噴出氧氣的噴嘴，宇航員必須向著跟返回飛船方向相反的方向釋放氧氣，才能回到飛船上去，同時又必須保留一部分氧氣供他在返回飛船的途中呼吸，已知宇航員呼吸的耗氧率為2.5×10-4kg/s試問：(1)如果他在準備返回的瞬時，釋放0.15kg的氧氣，他是否能安全地返回到飛船？(2)宇航員安全地返回飛船的最長和最短時間分別是多少？解析：宇航員使用氧氣噴嘴噴出一部分氧氣后，根據(jù)動量守恒定律，可以求出他返回的速度，從而求出返回的時間和返回途中呼吸所消耗的氧氣(1)令M100kg，m00.5kg，m0.15kg，氧氣的釋放速度為u，宇航員的返回速度為v由動量守恒定律得0(Mm)vm(uv)宇航員返回途

6、中所耗氧氣mkt2.5×10-4×6000.15(kg)氧氣筒噴射后剩余氧氣mm0m0.50.150.35(kg)m，所以宇航員能安全返回飛船(2)設釋放氧氣m未知，途中所需時間為t，則 m0ktm宇航員安全返回飛船的最長和最短時間分別為1800s和200s點撥 噴嘴噴出氧氣的速度為相對噴嘴的速度，本例中找出動量守恒的系統(tǒng)和過程是關鍵，通過物理量間的制約關系得出問題的解【例6】火箭推進器中盛有強還原劑液態(tài)肼(N2H4)和強氧化劑液態(tài)雙氧水，當它們混合反應時，即產(chǎn)生大量的氮氣和水蒸氣，并放出大量熱，已知0.4mol液態(tài)肼與等量液態(tài)雙氧水反應，生成氮氣和水蒸氣，放出256.62

7、5kJ的熱量(1)寫出該反應的熱化學方程式_(2)又已知H2O(液)H2O(氣)44kJ，則16g液態(tài)肼與等量液態(tài)雙氧水反應生成液態(tài)水時放出的熱量是_kJ(3)此反應用于對火箭的推進，它是_定律的一個實際應用，在此反應中除釋放大量熱和快速產(chǎn)生大量氣體外，還有一個很大的優(yōu)點是_點撥 火箭是利用噴出氣體的反沖來獲得動力的，是動量守恒定律的實際應用，從此反應的生成物來看，不會對環(huán)境造成污染 高考巡禮 【例7】如圖563所示，一排人站在沿x軸的水平軌道旁，原點O兩側的人的序號都為n(n1、2、3)，每人只有一只沙袋，x0一側的每個沙袋質量為m14.0kg，x0一側的每個沙袋質量為m10.0kg，一質量

8、為M48.0kg的小車以某初速度從原點出發(fā)向正x方向滑行，不計軌道阻力，當車每經(jīng)過一人身旁時，此時就把沙袋以水平速度v朝與車速相反的方向沿車面扔到車上，v的大小等于扔此袋之前的瞬間車速大小的2n倍(n是此人的序號數(shù))(1)空車出發(fā)后，車上堆積了幾個沙袋時車就反向滑行？(2)車上最終大小沙袋共幾個？解析：(1)在小車朝正x方向滑行的過程中第(n1)個沙袋扔到車上后的車速為vn-1，第n個沙袋扔到車上后的車速為vn，由動量守恒定律有M(n1)mvn-12nmvn-1(Mnm)vn小車反向運動的條件是vn-10，vn0即Mnm0 M(n1)m0n應為整數(shù)，故n3，即車上堆積3個沙袋后車就反向滑行(2

9、)車自反向滑行直到接近x0一側第1人所在位置時，車速保持不變，而車的質量為M3m，若車朝負x方向滑行過程中，第(n1)個沙袋扔到車上后車速為vn-1，第n個沙袋仍到車上后車速為vn，現(xiàn)取在圖中向左的方向(負x方向)為的正方向，則由動量守恒定律有M3m(n1)mvn-12nmvn-1(M3mnm)vn車不再向左滑行的條件是vn-10，vn0即M3mnm0 M3m(n1)m0n8時，車停止滑行，即在x0一側第8個沙袋扔到車上后車就停住，故車上最終共有大小沙袋3811個點撥 本題要求考生在準確領會題意的基礎上，應用歸納的方法，找準研究對象和物理過程，正確地運用動量守恒定律，建立第n個沙袋扔上車前后之間動量守恒的方程，對考生具有很高的綜合素質要求【例8】質量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個質量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾，現(xiàn)小孩a沿水平方向以速率v(相對靜止水面)向前躍入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v(相對靜止水面)向后躍入水