【同步學(xué)練】高中物理人教版(2019)選擇性必修1：第1章主題提升課1動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律學(xué)案(教師版)

主題提升課1動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律通過(guò)對(duì)動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)，加深對(duì)物理規(guī)律之間聯(lián)系和物理理論體系的理解．學(xué)生在了解動(dòng)量定理和動(dòng)守恒定律的應(yīng)用，尤其是與微觀粒子和宇宙天體相關(guān)的應(yīng)用后，可以更好地通過(guò)動(dòng)量守恒定律的普適性來(lái)認(rèn)識(shí)自然界的統(tǒng)一性．主題一動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用能從理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的角度，理解動(dòng)量守恒定律，深化對(duì)物體之間相互作用規(guī)律的理解?！镜淅?】將質(zhì)量為1.00kg的模型火箭點(diǎn)火升空，50g燃燒的燃?xì)庖源笮?00m/s的速度從火箭噴口在很短時(shí)間內(nèi)噴出。在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動(dòng)量大小為(噴出過(guò)程中重力和空氣阻力可忽略)()A．30kg·m/sB．5.7×102kg·m/sC．6.0×102kg·m/sD．6.3×102kg·m/s素養(yǎng)聚焦本題以火箭點(diǎn)火升空為背景，考查了動(dòng)量守恒定律應(yīng)用中的反沖現(xiàn)象，要求考生能夠應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決實(shí)際問(wèn)題，體現(xiàn)了高考注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和基本規(guī)律的考查。A[燃?xì)鈴幕鸺龂娍趪姵龅倪^(guò)程中，火箭和燃?xì)饨M成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g，火箭的動(dòng)量大小為p，以火箭運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎较?，根?jù)動(dòng)量守恒定律，可得p－mv0＝0，其中m為燃?xì)赓|(zhì)量，v0為燃?xì)鈬姵龅乃俣?，解得p＝mv0＝0.050kg×600m/s＝30kg·m/s，選項(xiàng)A正確。]【典例2】(2021·海南卷)如圖，一長(zhǎng)木板在光滑的水平面上以速度v0向右做勻速直線運(yùn)動(dòng)，將一小滑塊無(wú)初速地輕放在木板最右端。已知滑塊和木板的質(zhì)量分別為m和2m，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，重力加速度為g。(1)滑塊相對(duì)木板靜止時(shí)，求它們的共同速度大??；(2)某時(shí)刻木板速度是滑塊的2倍，求此時(shí)滑塊到木板最右端的距離；(3)若滑塊輕放在木板最右端的同時(shí)，給木板施加一水平向右的外力，使得木板保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，直到滑塊相對(duì)木板靜止，求此過(guò)程中滑塊的運(yùn)動(dòng)時(shí)間以及外力所做的功。素養(yǎng)聚焦本題考查滑塊—木板問(wèn)題，屬于碰撞模型的拓展，要求考生理解滑塊和木板的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，建立恰當(dāng)?shù)奈锢砟Ｐ?，通過(guò)分析推理解決問(wèn)題。[解析](1)由于水平面光滑，則木板與滑塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，規(guī)定向右為正方向，則2mv0＝3mv共解得v共＝23v0(2)由于木板速度是滑塊的2倍，則有v木＝2v滑根據(jù)動(dòng)量守恒定律有2mv0＝2mv木＋mv滑聯(lián)立解得v滑＝25v0，v木＝45根據(jù)功能關(guān)系有－μmgx＝1解得此時(shí)滑塊到木塊最右端的距離x＝7v(3)由于木板保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，則有F＝μmg對(duì)滑塊進(jìn)行受力分析，并根據(jù)牛頓第二定律有a滑＝μg滑塊相對(duì)木板靜止時(shí)有v0＝a滑t解得t＝v整個(gè)過(guò)程中木板滑動(dòng)的距離為x′＝v0t＝v外力所做的功為W＝Fx′＝mv[答案](1)23v0(2)7v主題二碰撞模型的建構(gòu)通過(guò)對(duì)碰撞等物理過(guò)程的探究、分析及應(yīng)用，體會(huì)守恒思想，提高建模能力和科學(xué)論證能力。能從牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量守恒、能量守恒等不同角度思考物理問(wèn)題?！镜淅?】(多選)(2020·全國(guó)卷Ⅱ)水平冰面上有一固定的豎直擋板。一滑冰運(yùn)動(dòng)員面對(duì)擋板靜止在冰面上，他把一質(zhì)量為4.0kg的靜止物塊以大小為5.0m/s的速度沿與擋板垂直的方向推向擋板，運(yùn)動(dòng)員獲得退行速度；物塊與擋板彈性碰撞，速度反向，追上運(yùn)動(dòng)員時(shí)，運(yùn)動(dòng)員又把物塊推向擋板，使其再一次以大小為5.0m/s的速度與擋板彈性碰撞?？偣步?jīng)過(guò)8次這樣推物塊后，運(yùn)動(dòng)員退行速度的大小大于5.0m/s，反彈的物塊不能再追上運(yùn)動(dòng)員。不計(jì)冰面的摩擦力，該運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量可能為()A．48kgB．53kgC．58kgD．63kg素養(yǎng)聚焦本題要求考生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題，運(yùn)用歸納法分析出運(yùn)動(dòng)員推出物塊的作用過(guò)程滿足的關(guān)系式，考查的核心素養(yǎng)是運(yùn)動(dòng)與相互作用觀念和科學(xué)思維。BC[選運(yùn)動(dòng)員退行速度方向?yàn)檎较颍O(shè)運(yùn)動(dòng)員的質(zhì)量為M，物塊的質(zhì)量為m，物塊被推出時(shí)的速度大小為v0，運(yùn)動(dòng)員第一次推出物塊后的退行速度大小為v1。根據(jù)動(dòng)量守恒定律，運(yùn)動(dòng)員第一次推出物塊時(shí)有0＝Mv1－mv0，物塊與擋板發(fā)生彈性碰撞，以等大的速率反彈；第二次推出物塊時(shí)有Mv1＋mv0＝－mv0＋Mv2，以此類推，Mv2＋mv0＝－mv0＋Mv3，…，Mv7＋mv0＝－mv0＋Mv8，又運(yùn)動(dòng)員的退行速度v8＞v0，v7＜v0，解得13m<M<15m，即52kg<M<60kg，故B、C項(xiàng)正確，A、D項(xiàng)錯(cuò)誤。]【典例4】2022年第24屆冬季奧運(yùn)會(huì)在北京和張家口舉行。冰壺運(yùn)動(dòng)是比賽項(xiàng)目之一，深受觀眾喜愛(ài)。冰壺的一次投擲過(guò)程可以簡(jiǎn)化為如圖甲所示的模型：在水平冰面上，運(yùn)動(dòng)員將冰壺1推到A點(diǎn)放手，冰壺1以速度v0從A點(diǎn)沿直線ABC滑行，之后與對(duì)方靜止在B點(diǎn)的冰壺2發(fā)生正碰。已知兩冰壺的質(zhì)量均為m，冰面與兩冰壺間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，A、B兩點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)，重力加速度為g，冰壺可視為質(zhì)點(diǎn)。不計(jì)空氣阻力。(1)求冰壺1滑行到B點(diǎn)時(shí)的速度大小v；(2)若忽略兩冰壺發(fā)生碰撞時(shí)的能量損失，請(qǐng)通過(guò)計(jì)算，分析說(shuō)明碰后兩冰壺最終停止的位置將如圖乙所示：冰壺1停在B點(diǎn)，冰壺2停在B右側(cè)某點(diǎn)D。(3)在實(shí)際情境中，兩冰壺發(fā)生碰撞時(shí)有一定的能量損失。如果考慮了它們碰撞時(shí)的能量損失，請(qǐng)你在圖丙中畫(huà)出兩冰壺1、2碰后最終停止的合理位置。素養(yǎng)聚焦本題以冰壺運(yùn)動(dòng)為背景命題，考查碰撞的特點(diǎn)。碰撞前冰壺1做勻減速直線運(yùn)動(dòng)。若忽略兩冰壺發(fā)生碰撞時(shí)的能量損失，則兩冰壺的碰撞是彈性碰撞；若考慮碰撞時(shí)的能量損失，則兩冰壺的碰撞是非彈性碰撞。[解析](1)以冰壺1為研究對(duì)象，從A到B，根據(jù)動(dòng)能定理得－μmgL＝1解得v＝v0(2)以兩冰壺1、2為研究對(duì)象，設(shè)碰后瞬間它們的速度分別為v1和v2，取水平向右為正方向，根據(jù)動(dòng)量守恒定律得mv＝mv1＋mv2根據(jù)動(dòng)量守恒定律得1聯(lián)立解得v