2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章動(dòng)量守恒定律專題提升1動(dòng)量定理的應(yīng)用課件新人教版選擇性必修第一冊(cè)

第一章專題提升一動(dòng)量定理的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.會(huì)應(yīng)用動(dòng)量定理處理多過程問題。(科學(xué)思維)2.會(huì)應(yīng)用動(dòng)量定理處理流體的“柱狀模型”。(科學(xué)思維)3.區(qū)別理解動(dòng)量定理和動(dòng)能定理,并能選擇合適的規(guī)律解決問題。(物理觀念、科學(xué)思維)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一應(yīng)用動(dòng)量定理處理多過程問題知識(shí)歸納應(yīng)用動(dòng)量定理處理多過程問題的兩種思路(1)可分段分別應(yīng)用動(dòng)量定理求解。(2)可全過程應(yīng)用動(dòng)量定理求解。要特別注意各力作用的時(shí)間,在多過程中外力的沖量是各個(gè)力沖量的矢量和。典例剖析【例題1】

(多選)一個(gè)士兵坐在皮劃艇上,他連同裝備和皮劃艇的總質(zhì)量是m0,這個(gè)士兵用自動(dòng)步槍在時(shí)間t內(nèi)沿著水平方向連續(xù)射出n發(fā)子彈,每發(fā)子彈的質(zhì)量是m,射擊前皮劃艇是靜止的,不考慮水的阻力,則下列判斷正確的是(

)A.若射擊時(shí)每發(fā)子彈離開槍口時(shí)相對(duì)河岸的速度都相同,則每次射擊后皮劃艇的速度改變量相同B.若射擊時(shí)每發(fā)子彈離開槍口時(shí)相對(duì)步槍的速度都相同,則每次射擊后皮劃艇的速度改變量不相同C.若射擊時(shí)每發(fā)子彈離開槍口時(shí)相對(duì)河岸的速度都為u,則連續(xù)射出n發(fā)子彈后,皮劃艇的速度為D.若射擊時(shí)每發(fā)子彈離開槍口時(shí)相對(duì)步槍的速度都為u0,則連續(xù)射出n發(fā)子彈后,皮劃艇的速度為BC方法技巧

應(yīng)用動(dòng)量定理解題時(shí)要選好受力物體和研究過程,當(dāng)物體所受各力的作用時(shí)間不相同且間斷作用時(shí),應(yīng)用動(dòng)量定理解題對(duì)全過程列式較為簡單,所以在解題時(shí)要樹立整體優(yōu)先的意識(shí)。對(duì)點(diǎn)演練1.質(zhì)點(diǎn)所受的合外力F方向始終在同一直線上,大小隨時(shí)間變化的情況如圖所示,已知t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)的速度為0。在圖示的t=1s、2s、3s、4s各時(shí)刻中,質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能最小的時(shí)刻是(

)A.1s B.2s C.3s D.4sD解析

質(zhì)點(diǎn)動(dòng)能最小時(shí),即動(dòng)量最小時(shí),由動(dòng)量定理可得I合=Ft=mv,由圖像可知,圖像的面積表示合外力的沖量,即動(dòng)量的變化量,由圖像可知2

s末面積最大,4

s末面積最小,所以D正確,A、B、C錯(cuò)誤。探究點(diǎn)二應(yīng)用動(dòng)量定理處理流體的“柱狀模型”知識(shí)歸納流體的兩個(gè)“柱狀模型”的處理方法

研究對(duì)象流體類:液體流、氣體流等,通常已知密度ρ微粒類:電子流、光子流、塵埃等,通常給出單位體積內(nèi)粒子數(shù)n分析步驟①構(gòu)建“柱狀模型”:沿流速v的方向選取一段小柱體,其橫截面積為S②微元研究小柱體的體積ΔV=vSΔt小柱體質(zhì)量m=ρΔV=ρvSΔt小柱體粒子數(shù)N=nvSΔt小柱體動(dòng)量p=mv=ρv2SΔt③列出方程,應(yīng)用動(dòng)量定理FΔt=Δp研究典例剖析角度1應(yīng)用動(dòng)量定理處理流體類問題【例題2】

(2024山東濰坊檢測(cè))玩具水槍是兒童們夏天喜愛的玩具之一,但水槍傷眼的事件也時(shí)有發(fā)生,因此,限制兒童水槍的威力就成了生產(chǎn)廠家必須關(guān)注的問題?，F(xiàn)有一水槍樣品,如圖所示,槍口直徑為d,水的密度為ρ,水平出射速度為v,垂直擊中豎直墻壁后以大小為0.2v的速度反向?yàn)R回,則水柱水平擊中墻壁的平均沖擊力大小為(

)A.1.2πd2ρv2

B.0.3πd2ρv2C.1.2πd2ρv

D.0.3πd2ρvB解析

設(shè)t時(shí)間內(nèi)水槍噴出的水柱長度為l,則有v=,t時(shí)間內(nèi)沖擊墻壁的水的質(zhì)量為m=ρV=ρSl=πd2ρl,設(shè)墻壁對(duì)水柱的平均沖擊力大小為F,平均沖擊力的方向?yàn)檎较?根據(jù)動(dòng)量定理有Ft=0.2mv-(-mv),聯(lián)立解得F=0.3πd2ρv2,根據(jù)牛頓第三定律可知水柱水平擊中墻壁的平均沖擊力大小為F'=F=0.3πd2ρv2,故選B。教你析題

讀取題干獲取信息玩具水槍建立“柱狀模型”槍口直徑為d,水的密度為ρ,水平出射速度為v可求水柱的質(zhì)量垂直擊中豎直墻壁后以大小為0.2v的速度反向?yàn)R回應(yīng)用動(dòng)量定理求出水柱的平均沖擊力教你破題獲取題干關(guān)鍵信息:水柱擊中墻壁的沖擊力↓建立“柱狀模型”↓選水柱為研究對(duì)象受力分析和運(yùn)動(dòng)過程分析↓求出初、末動(dòng)量,應(yīng)用動(dòng)量定理列方程方法技巧

應(yīng)用動(dòng)量定理分析流體相互作用問題的方法(1)確定一小段時(shí)間Δt內(nèi)的流體為研究對(duì)象。(2)寫出選取的流體的質(zhì)量m與Δt的關(guān)系式。(3)分析選取的流體的受力情況和初末態(tài)的動(dòng)量。(4)應(yīng)用動(dòng)量定理列式求解。對(duì)點(diǎn)演練2.(2024湖南岳陽高二期末)清洗汽車用的高壓水槍如圖所示。設(shè)水槍噴出水柱的直徑為D,水流速度為v,水柱垂直汽車表面,水柱沖擊汽車后水的速度變?yōu)?。手持高壓水槍操作,進(jìn)入水槍的水流速度可忽略不計(jì),已知水的密度為ρ。下列說法正確的是(

)A.高壓水槍單位時(shí)間噴出的水的質(zhì)量為ρπvD2B.高壓水槍單位時(shí)間噴出的水的質(zhì)量為

ρvD2C.水柱對(duì)汽車的平均沖擊力為

ρD2v2D.當(dāng)高壓水槍噴口的出水速度變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí),噴出的水對(duì)汽車產(chǎn)生的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼?倍D角度2應(yīng)用動(dòng)量定理處理微粒類問題【例題3】

(2024湖北武漢高二期末)宇宙飛船在飛行過程中有很多技術(shù)問題需要解決,其中之一就是當(dāng)飛船進(jìn)入宇宙微粒塵區(qū)時(shí),如何保持速度不變的問題。假設(shè)一宇宙飛船以v=2.0×103m/s的速度進(jìn)入密度ρ=2.0×10-6kg/m3的靜止微粒塵區(qū),飛船垂直于運(yùn)動(dòng)方向上的最大橫截面積S=5m2,且認(rèn)為微粒與飛船相碰后都附著在飛船上,則飛船要保持速度v不變,所需推力多大?解析

設(shè)飛船在微粒塵區(qū)的飛行時(shí)間為Δt則在這段時(shí)間內(nèi)附著在飛船上的微粒質(zhì)量Δm=ρSvΔt微粒由靜止到與飛船一起運(yùn)動(dòng),微粒的動(dòng)量增加由動(dòng)量定理得FΔt=Δmv=ρSv2Δt所以飛船所需推力大小F'=F=ρSv2=2.0×10-6×5×(2.0×103)2

N=40

N。答案

40N對(duì)點(diǎn)演練3.(2024江西宜春高二期中)防空系統(tǒng)會(huì)在目標(biāo)來襲時(shí)射出大量子彈顆粒,在射出方向形成一個(gè)均勻分布、持續(xù)時(shí)間t=0.01s、橫截面積為S=2m2的圓柱形彈幕,每個(gè)子彈顆粒的平均質(zhì)量為m=2×10-2kg,每1cm3有一個(gè)子彈顆粒,所有子彈顆粒以v=300m/s射入目標(biāo),并停在目標(biāo)體內(nèi)。下列說法正確的是(

)A.所形成彈幕的總體積V=6cm3B.所形成彈幕的總質(zhì)量m'=1.2×105kgC.彈幕對(duì)目標(biāo)形成的沖量大小I=3.6×107kg·m/s2D.彈幕對(duì)目標(biāo)形成的沖擊力大小F=3.6×108NB解析

形成彈幕的總體積為V=vtS=6

m3,A錯(cuò)誤;每1

cm3有一個(gè)子彈顆粒,則子彈顆粒的總個(gè)數(shù)N==6×106,所形成彈幕的總質(zhì)量m'=Nm=1.2×105

kg,B正確;對(duì)整個(gè)彈幕由動(dòng)量定理可知I=m'v=3.6×107

kg·m/s,C錯(cuò)誤;由沖量公式I=FΔt知,彈幕對(duì)目標(biāo)形成的沖擊力大小F==3.6×109

N,D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)三動(dòng)量定理與動(dòng)能定理的區(qū)別與應(yīng)用知識(shí)歸納1.動(dòng)量定理與動(dòng)能定理的區(qū)別與聯(lián)系

比較項(xiàng)動(dòng)量定理動(dòng)能定理內(nèi)容合力的沖量等于物體的動(dòng)量變化合力的功等于物體的動(dòng)能變化因果關(guān)系原因:合力的沖量結(jié)果:動(dòng)量變化原因:合力的功結(jié)果:動(dòng)能變化公式特點(diǎn)I合=Δp,矢量式W合=ΔEk,標(biāo)量式研究對(duì)象單個(gè)或多個(gè)物體單個(gè)物體(高中階段)研究過程單個(gè)或多個(gè)過程單個(gè)或多個(gè)過程問題特征涉及碰撞、沖擊、力作用時(shí)間涉及功、能、力作用位移或路程獲取有效信息

典例剖析【例題4】

(2024河南鄭州期末)在水平地面的右端B處有一面墻,一小物塊放在水平地面上的A點(diǎn),質(zhì)量m=0.5kg,AB間距離s=5m,如圖所示。小物塊以初速度v0=8m/s從A向B運(yùn)動(dòng),剛要與墻壁碰撞時(shí)的速度v1=7m/s,碰撞后以速度v2=6m/s反向彈回。重力加速度g取10m/s2。(1)求小物塊從A向B運(yùn)動(dòng)過程中的加速度a的大小。(2)求小物塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。(3)若碰撞時(shí)間t=0.05s,碰撞過程中墻面對(duì)小物塊平均作用力F的大小是多少?解析

(1)從A到B運(yùn)動(dòng)過程是勻減速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)水平向右為正方向,根據(jù)速度位移公式,有

=-1.5

m/s2,故加速度a的大小為1.5

m/s2,方向水平向左。(2)從A到B運(yùn)動(dòng)過程,由動(dòng)能定理,有可得μ=0.15。(3)對(duì)碰撞過程,規(guī)定向左為正方向,由動(dòng)量定理,有Ft=mv2-m(-v1)可得F=130

N。答案

(1)1.5m/s2

(2)0.15

(3)130N方法技巧

動(dòng)量是力對(duì)時(shí)間累積的效果,動(dòng)能是力對(duì)空間累積的效果,因此,動(dòng)量定理、動(dòng)能定理是解決物理問題的兩條重要思路,當(dāng)問題中涉及碰撞、沖擊、力作用時(shí)間時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮動(dòng)量定理;當(dāng)問題中涉及功、能、力作用位移或路程時(shí),應(yīng)優(yōu)先考慮動(dòng)能定理。注意動(dòng)量定理是矢量式,應(yīng)用時(shí)必須選取正方向;動(dòng)能定理是標(biāo)量式,應(yīng)用時(shí)不用選取正方向。涉及一段時(shí)間(或沖量)選用動(dòng)量定理;涉及一段位移(或功)選用動(dòng)能定理。對(duì)點(diǎn)演練4.(2024湖北武漢高二期末)質(zhì)量為1kg的小球自傾角為30°且光滑的斜面頂端下滑,斜面底端有一個(gè)垂直于斜面的擋板,小球滑至擋板處與擋板發(fā)生碰撞,小球碰前速度大小為4m/s,碰后速度大小為2m/s,碰撞時(shí)間為0.2s,g取10m/s2。求:(1)碰撞過程中擋板對(duì)小球的作用力大小和方向;(2)碰撞后小球能夠上升的最大高度。解析

(1)設(shè)碰撞過程中擋板對(duì)小球的作用力大小為F,取沿斜面向上為正方向,根據(jù)動(dòng)量定理有(F-mgsin

30°)t=mv-(-mv0)代入數(shù)據(jù)解得F=35

N,方向沿斜面向上。(2)設(shè)碰撞后小球能夠上升的最大高度為h,根據(jù)動(dòng)能定理有-mgh=0-mv2,解得h=0.2

m。答案

(1)35N,方向沿斜面向上

(2)0.2m學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)123451.(應(yīng)用動(dòng)量定理處理多過程問題)(2024山東泰安高二月考)某消防員從一平臺(tái)上跳下,下落1s后雙腳觸地,接著他用雙腿彎曲的方法緩沖,使自身重心又下降了0.2s,在著地過程中地面對(duì)他雙腳的平均作用力約為(

)A.自身所受重力的2倍B.自身所受重力的6倍C.自身所受重力的8倍D.自身所受重力的10倍B12345123452.(應(yīng)用動(dòng)量定理處理流體問題)(2024河南開封高二期末)作為先進(jìn)的大都市,上海擁有許多非常高的建筑物,這些建筑物不僅設(shè)計(jì)先進(jìn),還安裝了風(fēng)阻尼器。已知風(fēng)阻尼器的截面積S=10m2,風(fēng)速為25m/s,空氣密度ρ=1.2kg/m3,風(fēng)遇到風(fēng)阻尼器后速度立即減為0,則風(fēng)對(duì)風(fēng)阻尼器產(chǎn)生的作用力大小約為(

)A.7500N B.750N C.300N D.900NA解析

設(shè)t時(shí)間內(nèi)吹到風(fēng)阻尼器上的空氣質(zhì)量為m,則有m=ρSvt,對(duì)t時(shí)間內(nèi)吹到風(fēng)阻尼器上的空氣,根據(jù)動(dòng)量定理有-Ft=0-mv=0-ρSv2t,得F=ρSv2,代入數(shù)據(jù)解得F=7

500

N,根據(jù)牛頓第三定律,風(fēng)對(duì)風(fēng)阻尼器產(chǎn)生的作用力大小為7

500

N,故A正確。123453.(應(yīng)用動(dòng)量定理處理流體問題)(2024山東煙臺(tái)月考)運(yùn)動(dòng)員在水上做飛行運(yùn)動(dòng)表演,他操控噴射式懸浮飛行器將水帶豎直送上來的水反轉(zhuǎn)180°后向下噴出,令自己懸停在空中,如圖所示。已知運(yùn)動(dòng)員與裝備的總質(zhì)量為90kg,兩個(gè)噴嘴的直徑均為10cm,重力加速度大小g取10m/s2,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,則噴嘴處噴水的速度大約為(

)A.2.7m/s B.5.4m/sC.7.6m/s D.10.8m/sC12345解析

設(shè)飛行器對(duì)水的平均作用力為F,根據(jù)牛頓第三定律可知,水對(duì)飛行器的作用力的大小也等于F,對(duì)飛行器,則有F=m'g。設(shè)水噴出時(shí)的速度為v,在時(shí)間t內(nèi)噴出的水的質(zhì)量Δm=ρV=2ρSvt,t時(shí)間內(nèi)飛行器對(duì)質(zhì)量為Δm的水的沖量I=Ft=Δmv,聯(lián)立解得v=7.6

m/s,故C正確,A、B、D錯(cuò)誤。123454.(動(dòng)量定理與動(dòng)能定理的區(qū)別與應(yīng)用)(2024河南周口月考)質(zhì)量為0.2kg的小球以6m/s的速度豎直向下落至水