物理：第3節(jié)《動量守恒定律的應用》課件（教科版選修3-5）

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歡迎進入物理課堂 第3節(jié)動量守恒定律的應用 核心要點突破 課堂互動講練 知能優(yōu)化訓練 第3節(jié) 課前自主學案 課標定位 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 課標定位 課前自主學案 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 碰撞物體之間的內力 3 碰撞過程中 守恒 遠小于 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 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)的內力遠遠大于外力 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 E1p0 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?3 反沖運動中 由于有其他形式的能轉變?yōu)闄C械能 所以系統(tǒng)的總動能增加 特別提醒 1 內力的存在 不會影響系統(tǒng)的動量守恒 2 內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 因此應先將相對速度轉換成對地的速度后 再列動量守恒定律方程 2 變質量問題 在反沖運動中還常遇到變質量物體的運動 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行研究 即時應用 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 可應用動量守恒定律 必要時結合能量守恒定律求解 即時應用 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 與鋼板間產生巨大的相互作用力 這個作用力將遠遠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 化學能轉化為機械能 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系草圖 找出各長度間的關系 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 停 船 停 2 問題中的 船長 通常應理解為 人 相對 船 的相對位移 而在求解過程中應討論的是 人 及 船 的對地位移 即時應用 即時突破 小試牛刀 4 質量M 150kg的木船長l 4m 質量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東西 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 如圖1 3 2所示 坡道頂端距水平面高度為h 質量為m1的小物塊A從坡道頂端由靜止滑下 進入水平面上的滑道時無機械能損失 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 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 設彈簧處于原長時彈性勢能為零 變式訓練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 質量mA 1 10 2kg mC 5 10 3kg 靜止在磁感應強度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進入磁場中與C球發(fā)生正碰后 C球對水平面的壓力恰好為零 g取10m s2 則碰后A球的速度為 圖1 3 3 A 10m sB 5m sC 10m sD 20m s 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 設火箭初質量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 思路點撥 確定研究對象 確定各部分質量 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量的變化 而導致結果錯誤 本題為變質量問題 應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量變化 變式訓練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 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 甲和他的冰車的質量共為M 30kg 乙和他的冰車的質量也是30kg 游戲時 甲推著一個質量為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 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 對乙與箱子組成的系統(tǒng) 乙原來速度方向向左 為負 由動量守恒定律有mv Mv0 m M v2 剛好不相撞的條件為v1 v2 由 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一致 所以相互作用后乙必然反向 所以只需乙抓住箱以后和甲速度相等 甲 乙就可避免相撞 變式訓練3一同學在地面上立定跳遠的最好成績是x m 假設他站在車的A端 如圖1 3 5所示 想要跳上距離為l m 遠的站臺上 不計車與地面的摩擦阻力 則 A 只要l x 他一定能跳上站臺B 只要l x 他有可能跳上站臺C 只要l x 他一定能跳上站臺D 只要l x 他有可能跳上站臺答案 B 圖1 3 5 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全