高二物理教科版選修3-5全冊課件第一章碰撞與能量守恒第3節(jié)動量守恒定律（共41張PPT）

第3節(jié)動量守恒定律的應(yīng)用

核心要點突破課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練第3節(jié)課前自主學(xué)案課標(biāo)定位1.會運用動量守恒定律分析、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(1)作用時間短．(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，此時動能損失最大．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，就是燃料燃盡時獲得的最終速度，其最大速度取決于兩個條件：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，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)象稱為反沖運動，其基本原理仍然是動量守恒定律．核心要點突破一、對碰撞問題的理解1．分析碰撞問題時的幾個忽略(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．(2)碰撞現(xiàn)象中，作用時間很短．這個極短時間相對物體運動的全過程可忽略不計．(3)在碰撞過程中，物體發(fā)生速度突變時，物體必有一極小的位移，這個位移相對于物體運動全過程的位移可忽略不計．2．判定一個碰撞過程是否存在的依據(jù)(1)動量守恒(2)機械能不增加(3)速度要合理特別提醒：(1)對一個給定的碰撞，首先要看動量是否守恒，其次再看總動能是否增加．(2)一個符合實際的碰撞，除動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．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)1．在光滑水平面上，動能為E0、動量大小為p0的小鋼球1與靜止的小鋼球2發(fā)生碰撞，碰撞后球1的運動方向與原方向相反，將碰撞后球1的動能和動量分別記為E1、p1，球2的動能和動量分別記為E2、p2，則必有(

)A．E1<E0

B．p1<p0C．E2<E0 D．p2<p0解析：選ABC.球1與球2碰后動能的關(guān)系E0≥E1＋E2，所以E1<E0，E2<E0；碰后球1的速度大小v1<v0，對于球1其動量大小有p1<p0，由碰后球1運動方向相反可得p2>p0，故選A、B、C.二、對反沖運動的理解1．反沖運動的特點(1)物體的不同部分在內(nèi)力作用下向相反方向運動．(2)反沖運動中，相互作用力一般較大，通?？梢杂脛恿渴睾愣蓙硖幚恚?3)反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，所以系統(tǒng)的總動能增加．特別提醒：(1)內(nèi)力的存在，不會影響系統(tǒng)的動量守恒，(2)內(nèi)力做的功往往會改變系統(tǒng)的總動能．2．討論反沖運動時，應(yīng)注意的問題(1)速度的相對性：反沖運動的問題中，有時遇到的速度是相互作用的兩物體的相對速度．由于動量守恒定律中要求速度為對同一參考系的速度，即對地的速度．因此應(yīng)先將相對速度轉(zhuǎn)換成對地的速度后，再列動量守恒定律方程．(2)變質(zhì)量問題：在反沖運動中還常遇到變質(zhì)量物體的運動，如在火箭的運動過程中，隨著燃料的消耗，火箭本身的質(zhì)量不斷減小，此時必須取火箭本身和在相互作用的短時間內(nèi)噴出的所有氣體為研究對象，取相互作用的這個過程為研究過程來進(jìn)行研究．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)2．下列屬于反沖運動的有

(

)A．噴氣式飛機的運動B．直升機上升C．火箭上升

D．反擊式水輪機的運動解析：選ABCD.噴氣式飛機和火箭都是靠噴出氣體，通過反沖獲得前進(jìn)的動力；直升機通過螺旋槳擊打空氣，通過反沖獲得上升的動力；反擊式水輪機靠水輪擊打水，通過反沖獲得動力．三、爆炸模型及拓展1．爆炸特點(1)物體發(fā)生爆炸時，物體間的相互作用突然發(fā)生，相互作用力為變力，作用時間很短，作用力很大，且遠(yuǎn)大于系統(tǒng)受的外力，故可用動量守恒定律來處理．(2)在爆炸過程中，因有其他形式的能轉(zhuǎn)化為動能，所以系統(tǒng)的動能會增加．(3)由于爆炸類問題作用時間很短，作用過程中物體的位移很小，一般可忽略不計．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．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)用動量守恒定律，必要時結(jié)合能量守恒定律求解．即時應(yīng)用

(即時突破，小試牛刀)3．一小型爆炸裝置在光滑、堅硬的水平鋼板上發(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．總動量守恒

B．機械能守恒C．水平方向動量守恒

D．豎直方向動量守恒解析：選C.爆炸裝置在光滑、堅硬的水平鋼板上發(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量是不守恒的．但由于鋼板對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量不守恒，而在水平方向動量是守恒的，爆炸時，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機械能，因此，機械能不守恒．四、“人船模型”問題1．“人船模型”問題的特征兩個原來靜止的物體發(fā)生相互作用時，若所受外力的矢量和為零，則動量守恒．在相互作用的過程中，任一時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，兩物體的運動特點是：“人”走“船”行、“人”?！按蓖＃?2)問題中的“船長”通常應(yīng)理解為“人”相對“船”的相對位移，而在求解過程中應(yīng)討論的是“人”及“船”的對地位移．即時應(yīng)用

(即時突破，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，船相對靜水后退的距離為多大？圖1－3－1答案：1m課堂互動講練類型一碰撞類問題

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無機械能損失．例1圖1－3－2為使A制動，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，B位于滑道的末端O點．A與B碰撞時間極短，碰撞后結(jié)合在一起共同壓縮彈簧，已知在OM段A、B與水平面間的動摩擦因數(shù)均為μ，其余各處的摩擦不計，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時的彈性勢能Ep(設(shè)彈簧處于原長時彈性勢能為零)．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，有直徑相同的兩個金屬球A、C，質(zhì)量mA＝1×10－2kg、mC＝5×10－3kg，靜止在磁感應(yīng)強度B＝0.5T的勻強磁場中的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1－3－3A．10m/s B．5m/sC．－10m/s D．－20m/s類型二反沖運動類問題

火箭噴氣發(fā)動機每次噴出m＝0.2kg的氣體，噴出氣體相對地面的速度為v＝1000m/s.設(shè)火箭初質(zhì)量M＝300kg，發(fā)動機每秒噴氣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？例2【思路點撥】確定研究對象→確定各部分質(zhì)量、及初末狀態(tài)→由動量守恒列式求解．【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象，同時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動，若其沿運動方向的相反方向射出一物體P，不計空氣阻力，則(

)A．火箭一定離開原來軌道運動B．P一定離開原來軌道運動C．火箭運動半徑可能不變D．P運動半徑一定減小解析：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，從而做離心運動離開原來軌道，半徑增大．P的速率可能減小，可能不變，可能增大，運動也存在多種可能性，所以A對，B、C、D錯．類型三臨界問題的分析

如圖1－3－4所示，甲、乙兩個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，甲推著一個質(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，乙迅速把它抓住．若不計冰面的摩擦力．例3圖1－3－4求甲至少要以多大的速度(相對于地面)將箱子推出，才能避免與乙相撞？【思路點撥】由題目可知兩個作用過程發(fā)生在冰面上滿足動量守恒定律．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象、以乙與箱子為研究對象，由動量守恒定律列式求解．【自主解答】對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，由動量守恒定律有()0＝mv＋Mv1

①對乙與箱子組成的系統(tǒng)，乙原來速度方向向左，為負(fù)．由動量守恒定律有mv－Mv0＝(m＋M)v2②剛好不相撞的條件為v1＝v2③由①②③聯(lián)立，解得【答案】

5.2m/s【題后反思】

本題容易犯的錯誤是：過分的分析甲、乙和箱相互作用的過程，而忽略對臨界條件的分析．題中甲、乙和箱的總動量與甲的初速度方向