（通用版）2020版高考物理大一轮复习6.2第2节碰撞反冲动量守恒定律的应用课件新人教版.pptx

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1、第2节 碰撞 反冲 动量守恒定律的应用,-2-,基础夯实,自我诊断,一、碰撞 1.定义:相互作用的几个物体,在极短的时间内它们的运动状态发生显著变化,这个过程就可称为碰撞。 2.特点:作用时间极短,内力(相互碰撞力)远大于 外力,总动量守恒。 3.碰撞分类 (1)弹性碰撞:碰撞后系统的总动能没有损失 。 (2)非弹性碰撞:碰撞后系统的总动能有损失 。 (3)完全非弹性碰撞:碰撞后合为一体,机械能损失最大 。,-3-,基础夯实,自我诊断,二、反冲 1.定义:如果一个静止的物体在内力作用下分离成两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反方向运动,这个现象叫反冲运动。 2.特点:系统内各物体

2、间的相互作用的内力远大于 系统受到的外力。实例:发射炮弹、爆竹爆炸、发射火箭等。 3.规律:遵从动量守恒定律。 4.爆炸问题 爆炸与碰撞类似,物体间的相互作用力很大,且远大于 系统所受的外力,所以系统动量守恒 。爆炸过程中位移很小,可忽略不计,作用后从相互作用前的位置以新的动量开始运动。,-4-,基础夯实,自我诊断,如图所示,弹簧的一端固定在竖直墙上,质量为m的光滑弧形槽静止在光滑水平面上,底部与水平面平滑连接,一个质量也为m的小球从槽上高h处由静止开始自由下滑,在下滑过程中,小球和槽之间的相互作用力是否对槽做功?小球被弹簧反弹后能否再滑到槽上?提示：在下滑过程中,小球和槽之间的相互作用力对槽

3、做功,小球与槽组成的系统水平方向动量守恒,球与槽的质量相等,小球沿槽下滑,球与槽分离后,小球与槽的速度大小相等,小球被弹簧反弹后与槽的速度相等,故小球不能滑到槽上。,-5-,基础夯实,自我诊断,1.如图所示,物体A静止在光滑的水平面上,A的左边固定有轻质弹簧,物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞,A、B始终沿同一直线运动,mA=2mB。当弹簧压缩到最短时,A物体的速度为( ),答案,解析,-6-,基础夯实,自我诊断,2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是( ) A.燃料燃烧推动空气,空气反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后排出,气体的反作用力推动火箭

4、 C.火箭吸入空气,然后向后排出,空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭,答案,解析,-7-,基础夯实,自我诊断,3.有甲、乙两滑块,质量分别为3m和m,以相同的速率v在光滑水平面上相向运动,发生了碰撞。已知碰撞后,甲滑块静止不动,那么这次碰撞是( ) A.弹性碰撞 B.非弹性碰撞 C.完全非弹性碰撞 D.条件不足,无法确定,答案,解析,-8-,基础夯实,自我诊断,4.如图所示,在光滑水平面上质量分别为mA=2 kg、mB=4 kg,速率分别为vA=5 m/s、vB=2 m/s的A、B两小球沿同一直线相向运动,则下列叙述正确的是( )A.它们碰撞前的

5、总动量是18 kgm/s,方向水平向右 B.它们碰撞后的总动量是18 kgm/s,方向水平向左 C.它们碰撞前的总动量是2 kgm/s,方向水平向右 D.它们碰撞后的总动量是2 kgm/s,方向水平向左,答案,解析,-9-,基础夯实,自我诊断,5.一个连同装备共有100 kg的宇航员,脱离宇宙飞船后,在离飞船45 m的位置与飞船处于相对静止状态。装备中有一个高压气源,能以50 m/s的速度喷出气体。宇航员为了能在10 min内返回飞船,他需要在开始返回的瞬间一次性向后喷出多少气体?,答案,解析,-10-,考点一,考点二,考点三,动量守恒定律的应用(师生共研) 动量守恒定律的“五性”,-11-,

6、考点一,考点二,考点三,-12-,考点一,考点二,考点三,例1(2018山东东营模拟)如图所示,甲、乙两名宇航员正在离空间站一定距离的地方执行太空维修任务。某时刻甲、乙都以大小为v0=2 m/s的速度相向运动,甲、乙和空间站在同一直线上且可视为质点。甲和他的装备总质量为m1=90 kg,乙和他的装备总质量为m2=135 kg,为了避免直接相撞,乙从自己的装备中取出一质量为m=45 kg的物体A推向甲,甲迅速接住A后即不再松开,此后甲、乙两宇航员在空间站外做相对距离不变的同向运动,且安全“飘”向空间站。(设甲、乙距离空间站足够远,本题中的速度均指相对空间站的速度),-13-,考点一,考点二,考点

7、三,(1)乙要以多大的速度v(相对于空间站)将物体A推出? (2)设甲与物体A作用时间为t=0.5 s,求甲与A的相互作用力F的大小。,解析：(1)以甲、乙、A三者组成的系统为研究对象,系统动量守恒,以乙运动的方向为正方向,有m2v0-m1v0=(m1+m2)v1, 以乙和A组成的系统为研究对象,由动量守恒定律得m2v0=(m2-m)v1+mv, 代入数据联立解得v1=0.4 m/s,v=5.2 m/s。 (2)以甲为研究对象,由动量定理得 Ft=m1v1-(-m1v0),代入数据解得F=432 N。 答案：(1)5.2 m/s (2)432 N,-14-,考点一,考点二,考点三,思维点拨(1

8、)甲、乙最终速度相同,甲、乙、A组成的系统动量守恒; (2)可以选择甲或A为研究对象,应用动量定理可以求出甲与A间的相互作用力。,-15-,考点一,考点二,考点三,例2两物块A、B用轻弹簧相连,质量均为2 kg,初始时弹簧处于原长,A、B两物块都以v=6 m/s的速度在光滑的水平地面上运动,质量为4 kg的物块C静止在前方,如图所示。B与C碰撞后二者会粘在一起运动。则在以后的运动中:(1)当弹簧的弹性势能最大时,物块A的速度为多大? (2)系统中弹性势能的最大值是多少?,答案,解析,-16-,考点一,考点二,考点三,归纳总结1.对于弹簧类问题,在作用过程中,系统合外力为零,满足动量守恒。 2.

9、整个过程涉及弹性势能、动能、内能、重力势能的转化,应用能量守恒定律解决此类问题。 3.弹簧压缩最短时,弹簧连接的两物体速度相等,此时弹簧弹性势能最大。,-17-,考点一,考点二,考点三,突破训练 1.如图所示,在平静的水面上有A、B两艘小船,A船的左侧是岸,在B船上站着一个人,人与B船的总质量是A船的10倍。两船开始时都处于静止状态,B船上的人把A船以相对于地面的速度v向左推出,A船到达岸边时岸上的人马上以原速率将A船推回,B船上的人接到A船后,再次把它以原速率反向推出直到B船上的人不能再接到A船,则B船上的人推船的次数为( )A.7 B.6 C.3 D.9,答案,解析,-18-,考点一,考点

10、二,考点三,2.(2016全国卷)如图所示,光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体,斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上。某时刻小孩将冰块以相对冰面3 m/s的速度向斜面体推出,冰块平滑地滑上斜面体,在斜面体上上升的最大高度为h=0.3 m(h小于斜面体的高度)。已知小孩与滑板的总质量为m1=30 kg,冰块的质量为m2=10 kg,小孩与滑板始终无相对运动。重力加速度的大小g取10 m/s2。(1)求斜面体的质量; (2)通过计算判断,冰块与斜面体分离后能否追上小孩?,-19-,考点一,考点二,考点三,解析：(1)规定向右为速度正方向。冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到

11、共同速度,设此共同速度为v,斜面体的质量为m3。由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得 m2v20=(m2+m3)v,式中v20=-3 m/s为冰块被推出时的速度。联立式并代入题给数据得m3=20 kg。,-20-,考点一,考点二,考点三,(2)设小孩推出冰块后的速度为v1,由动量守恒定律有m1v1+m2v20=0 代入数据得v1=1 m/s 设冰块与斜面体分离后的速度分别为v2和v3,由动量守恒和机械能守恒定律有 m2v20=m2v2+m3v3,联立式并代入数据得 v2=1 m/s 由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方,故冰块不能追上小孩。 答案：(1)20 kg

12、(2)见解析,-21-,考点一,考点二,考点三,碰撞、爆炸与反冲(师生共研) 1.对碰撞的理解 (1)发生碰撞的物体间一般作用力很大,作用时间很短;各物体作用前后各自动量变化显著;物体在作用时间内位移可忽略。 (2)即使碰撞过程中系统所受合外力不等于零,由于内力远大于外力,作用时间又很短,故外力的作用可忽略,认为系统的动量是守恒的。 (3)若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能,则系统碰撞后的总机械能不可能大于碰撞前系统的总机械能。,-22-,考点一,考点二,考点三,2.物体的碰撞是否为弹性碰撞的判断 弹性碰撞是碰撞过程中无机械能损失的碰撞,遵循的规律是动量守恒定律和机械能守恒定律,确切地说

13、是碰撞前后系统动量守恒,动能不变。 (1)题目中明确告诉物体间的碰撞是弹性碰撞。 (2)题目中明确告诉是弹性小球、光滑钢球或分子(原子等微观粒子)碰撞的,都是弹性碰撞。 3.对反冲现象的三点说明 (1)系统内的不同部分在强大内力作用下向相反方向运动,通常用动量守恒来处理。 (2)反冲运动中,由于有其他形式的能转变为机械能,所以系统的总机械能增加。 (3)反冲运动中平均动量守恒。,-23-,考点一,考点二,考点三,4.爆炸现象的三个规律 (1)动量守恒:由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力,所以在爆炸过程中,系统的总动量守恒。 (2)动能增加:在爆炸过程中,由

14、于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸后系统的总动能增加。 (3)位置不变:爆炸的时间极短,因而作用过程中,物体产生的位移很小,一般可忽略不计,可以认为爆炸后仍然从爆炸前的位置以新的动量开始运动。,-24-,考点一,考点二,考点三,例3甲、乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动,已知它们的动量分别是p1=5 kgm/s,p2=7 kgm/s,甲从后面追上乙并发生碰撞,碰后乙球的动量变为10 kgm/s,则两球质量m1与m2间的关系可能是( ) A.m1=m2 B.2m1=m2 C.4m1=m2 D.6m1=m2,答案,解析,-25-,考点一,考点二,考点三,例4(2018全国卷)一质量

15、为m的烟花弹获得动能E后,从地面竖直升空。当烟花弹上升的速度为零时,弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分,两部分获得的动能之和也为E,且均沿竖直方向运动。爆炸时间极短,重力加速度大小为g,不计空气阻力和火药的质量。求: (1)烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间; (2)爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度。,-26-,考点一,考点二,考点三,(2)设烟花弹爆炸后的两部分速度分别为v1,v2,规定v1竖直向上为正方向, 由动量守恒定律可得,-27-,考点一,考点二,考点三,思维点拨(1)烟花弹在从地面开始上升的过程中做竖直上抛运动,由速度时间公式求上升的时间。 (2)研究爆

16、炸过程,由动量守恒定律和能量守恒定律结合求爆炸后瞬间两部分的速度,再由运动学公式求最大高度。,规律总结碰撞现象满足的三个规律 (1)动量守恒:即p1+p2=p1+p2。,(3)速度要合理 若碰前两物体同向运动,则应有v后v前,碰后原来在前的物体速度一定增大,若碰后两物体同向运动,则应有v前v后。 碰前两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变。,-28-,考点一,考点二,考点三,突破训练 3.(2017江苏卷)甲、乙两运动员在做花样滑冰表演,沿同一直线相向运动,速度大小都是1 m/s。甲、乙相遇时用力推对方,此后都沿各自原方向的反方向运动,速度大小分别为1 m/s和2 m/s。求甲、乙

17、两运动员的质量之比。,答案：32,-29-,考点一,考点二,考点三,4.一弹丸在飞行到距离地面5 m高时仅有水平速度v=2 m/s,爆炸成为甲、乙两块水平飞出,甲、乙的质量比为31。不计质量损失,重力加速度g取10 m/s2,则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是( ),答案,解析,-30-,考点一,考点二,考点三,子弹打木块和人船模型(师生共研) 1.子弹打木块模型 (1)子弹打木块的过程很短暂,认为该过程内力远大于外力,则系统动量守恒。 (2)在子弹打木块过程中摩擦生热,系统机械能不守恒,机械能向内能转化。 (3)若子弹不穿出木块,二者最后有共同速度,机械能损失最多。,-31-,考点一,

18、考点二,考点三,2.人船模型是动量守恒定律的典型应用 (1)符合“人船模型”的条件:相互作用的物体原来都静止,且满足动量守恒条件。 (2)“人船模型”的特点:人动“船”动,人停“船”停,人快“船”快,人慢“船”慢,人上“船”下,人左“船”右。 由动量守恒定律有 m1v1-m2v2=0,即m1v1=m2v2。方程两边同时乘以时间t,m1v1t=m2v2t,即m1s1=m2s2。 s1+s2=l与m1s1=m2s2联立解得,-32-,考点一,考点二,考点三,例5一颗子弹水平射入静止在光滑水平地面上的木块后不再穿出,木块的动能增加了8 J,木块的质量大于子弹的质量。则此过程中产生的内能可能是( )

19、A.18 J B.16 J C.10 J D.6 J,答案,解析,-33-,考点一,考点二,考点三,例6平板车停在水平光滑的轨道上,平板车上有一人从固定在车上的货厢边沿水平方向跳出,落在平板车底板上的A点,A距货厢的水平距离为l=4 m,如图所示。人的质量为m,车连同货厢的质量为m0=4m,货厢高度为h=1.25 m,(g取10 m/s2)求:(1)平板车在从人跳出到落到底板期间的反冲速度大小; (2)人落在底板上并站定以后,车还运动吗?车在地面上移动的位移是多少?,-34-,考点一,考点二,考点三,解析：(1)人从货厢边跳离的过程,系统(人、车和货厢)的动量守恒,设人的水平速度大小是v1,车

20、的反冲速度大小是v2,则mv1-m0v2=0,-35-,考点一,考点二,考点三,(2)车的水平位移为x2=v2t=1.60.5 m=0.8 m。 人落到车上A点的过程,系统水平方向的动量守恒(水平方向系统不受外力),人落到车上前的水平速度大小仍为v1,车的速度大小为v2,落到车上后设它们的共同速度为v,根据水平方向动量守恒得,mv1-m0v2=(m0+m)v,则v=0,故人落到车上A点站定后车的速度为零。 答案：(1)1.6 m/s (2)车不运动 0.8 m,-36-,考点一,考点二,考点三,突破训练 5.如图所示,质量m0=2 kg的足够长的平板车静止在光滑水平面上,车的一端静止着质量为m

21、A=2 kg的物体A(可视为质点)。一个质量为m=20 g的子弹以500 m/s的水平速度射穿A后,速度变为100 m/s,最后物体A静止在平板车上。若物体A与平板车间的动摩擦因数=0.5(g取10 m/s2),求:(1)平板车最后的速度是多大? (2)全过程损失的机械能为多少? (3)A在平板车上滑行的时间为多少?,-37-,考点一,考点二,考点三,解析：(1)对子弹和物体,由动量守恒得 mv0=mv+mAv, 解得v=4 m/s, 同理对物体和平板车有mAv=(m0+mA)v车, 解得v车=2 m/s。,(3)对物体A由动量定理得 -mAgt=mAv车-mAv得t=0.4 s。 答案：(1

22、)2 m/s (2)2 392 J (3)0.4 s,-38-,考点一,考点二,考点三,6.如图所示,一质量为m0、长为l的长方形木板B放在光滑的水平地面上,在其右端放一质量为m的小木块A,mm0。现以地面为参考系,给A和B一大小相等、方向相反的初速度,使A开始向左运动,B开始向右运动,但最后A刚好没有滑离B板。(1)若已知A和B的初速度大小为v0,求它们最后的速度大小和方向; (2)若初速度的大小未知,求小木块A向左运动到达的最远处(从地面上看)离出发点的距离。,-39-,考点一,考点二,考点三,解析：用能量守恒定律和动量守恒定律求解。,A刚好没有滑离B板,表示当A滑到B板的最左端时,A、B具有相同的速度,设此速度为v,A和B的初速度的大小为v0,则根据动量守恒定律可得m0v0-mv0=(m0+m)v,-40-,考点一,考点二,考点三,