2021江苏高考物理一轮教师用书:第六章 第2讲 动量守恒定律及“三类模型”问题 WORD版含答案.docx
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- 2021江苏高考物理一轮教师用书:第六章 第2讲 动量守恒定律及“三类模型”问题 WORD版含答案 2021 江苏 高考 物理 一轮 教师 第六 动量 守恒定律 模型 问题 WORD 答案
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1、第2讲动量守恒定律及“三类模型”问题一、动量守恒定律1内容如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变2表达式(1)pp,系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p.(2)m1v1m2v2m1v1m2v2,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和(3)p1p2,相互作用的两个物体动量的变化量等大反向(4)p0,系统总动量的增量为零3适用条件(1)理想守恒:不受外力或所受外力的合力为零(2)近似守恒:系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力(3)某一方向守恒:如果系统在某一方向上所受外力的合力为零,则系统在这一方向上动量守恒自测1关于
2、系统动量守恒的条件,下列说法正确的是()A只要系统内存在摩擦力,系统动量就不可能守恒B只要系统中有一个物体具有加速度,系统动量就不守恒C只要系统所受的合外力为零,系统动量就守恒D系统中所有物体的加速度为零时,系统的总动量不一定守恒答案C二、“三类”模型问题1“子弹打木块”模型(1)“木块”放置在光滑的水平面上运动性质:“子弹”在滑动摩擦力作用下相对地面做匀减速直线运动;“木块”在滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动处理方法:通常由于“子弹”和“木块”的相互作用时间极短,内力远大于外力,可认为在这一过程中动量守恒把“子弹”和“木块”看成一个系统:a.系统水平方向动量守恒;b.系统的机械能不守恒;c.
3、对“木块”和“子弹”分别应用动能定理(2)“木块”固定在水平面上运动性质:“子弹”在滑动摩擦力作用下相对地面做匀减速直线运动;“木块”静止不动处理方法:对“子弹”应用动能定理或牛顿第二定律2“反冲”和“爆炸”模型(1)反冲定义:当物体的一部分以一定的速度离开物体时,剩余部分将获得一个反向冲量,这种现象叫反冲运动特点:系统内各物体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、发射火箭等规律:遵从动量守恒定律(2)爆炸问题爆炸与碰撞类似,物体间的相互作用时间很短,作用力很大,且远大于系统所受的外力,所以系统动量守恒如爆竹爆炸等3“人船模型”问题(1)模型介绍两个原来静止的物体发生相互作用时
4、,若所受外力的矢量和为零,则动量守恒在相互作用的过程中,任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比这样的问题即为“人船模型”问题(2)模型特点两物体满足动量守恒定律:m1v1m2v20.运动特点:人动船动,人静船静,人快船快,人慢船慢,人左船右;人船位移比等于它们质量的反比;人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比,即.应用时要注意:v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的自测2如图1所示,长为L、质量为m船的小船停在静水中,质量为m人的人由静止开始从船的一端走到船的另一端,不计水的阻力则船和人相对地面的位移各为多少?图1答案LL解析以人和船组成的系统为研究对象,在人由船的一端走到船的
5、另一端的过程中,系统水平方向不受外力作用,所以整个系统水平方向动量守恒,可得m船v船m人v人,因人和船组成的系统,动量始终守恒,故有m船x船m人x人,由题图可看出,x船x人L,可解得x人L,x船L.题型1动量守恒的理解例1(多选)如图2所示,光滑水平面上两小车中间夹一压缩了的水平轻弹簧,两手分别按住小车,使它们静止,对两车及弹簧组成的系统,下列说法中正确的是()图2A两手同时放开后,系统总动量始终为零B先放开左手,再放开右手后动量不守恒C先放开左手,后放开右手,总动量向左D无论何时放手,只要两手放开后在弹簧恢复原长的过程中,系统总动量都保持不变,但系统的总动量不一定为零答案ACD解析当两手同时
6、放开时,系统的合外力为零,所以系统的动量守恒,又因为开始时总动量为零,故系统总动量始终为零,选项A正确;先放开左手,左边的小车就向左运动,当再放开右手后,系统所受合外力为零,故系统的动量守恒,且开始时总动量方向向左,放开右手后总动量方向也向左,故选项B错误,而C、D正确变式1(2019江苏泰州中学期中)如图3所示,小车与木箱静放在光滑的水平冰面上,现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱,关于上述过程,下列说法正确的是()图3A男孩与小车组成的系统动量守恒B男孩与木箱组成的系统动量守恒C小车与木箱组成的系统动量守恒D男孩、小车与木箱组成的系统动量守恒答案D解析在男孩站在小车上用力向右迅速推出木
7、箱的过程中,男孩和小车组成的系统所受合外力不为零,系统动量不守恒;男孩和木箱组成的系统所受合外力不为零,系统动量不守恒;小车与木箱组成的系统所受合外力不为零,系统动量不守恒;男孩、小车与木箱三者组成的系统所受合外力为零,系统动量守恒,故A、B、C错误,D正确题型2动量守恒定律的基本应用例2(2019江苏卷12(1)质量为M的小孩站在质量为m的滑板上,小孩和滑板均处于静止状态,忽略滑板与地面间的摩擦小孩沿水平方向跃离滑板,离开滑板时的速度大小为v,此时滑板的速度大小为()A.v B.v C.v D.v答案B解析以小孩运动方向为正方向,对小孩和滑板组成的系统,由动量守恒定律有0Mvmv,解得滑板的
8、速度大小v.变式2(2019江苏金陵中学期末)如图4所示,在光滑水平面上,有质量分别为2m和m的A、B两滑块,它们中间夹着一根处于压缩状态的水平轻质弹簧(弹簧与A、B不拴连),两滑块被一根细绳拉着而处于静止状态当剪断细绳,在两滑块脱离弹簧之后,下列说法正确的是()图4A两滑块的动量大小之比pApB21B两滑块的速度大小之比vAvB21C两滑块的动能之比EkAEkB12D弹簧对两滑块做功之比WAWB11答案C解析在两滑块刚好脱离弹簧时应用动量守恒,取脱离弹簧后A的速度方向为正方向,可得:02mvAmvB,得vA,则两滑块速度大小之比为,B错误;两滑块的动能之比EkAEkB,C正确;两滑块的动量大
9、小之比,A错误;弹簧对两滑块做功之比等于两滑块动能之比,即WAWB12,D错误1木块放在光滑水平面上,子弹水平打进木块,系统所受的合外力为零,因此动量守恒2两者发生的相对位移为子弹射入的深度x相3根据能量守恒定律,系统损失的动能等于系统增加的内能4系统产生的内能QFfx相,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积5当子弹速度很大时,可能射穿木块,这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等,但穿透过程中系统的动量仍守恒,系统损失的动能为EkFfL(L为木块的长度)例3(2019江苏南通市一模)如图5所示,质量为M的木块位于光滑水平面上,木块与
10、墙间用水平轻弹簧连接,开始时木块静止在A位置现有一质量为m的子弹以水平速度v0射向木块并嵌入其中,经过一段时间,木块第一次回到A 位置,弹簧在弹性限度内求:图5(1)木块第一次回到A位置时速度大小v;(2)此过程中墙对弹簧冲量I的大小答案(1)v0(2)2mv0解析(1)子弹射入木块过程,由于时间极短,子弹与木块间的内力远大于系统外力,以v0方向为正方向,由动量守恒定律得:mv0(Mm)v解得:v子弹和木块组成的系统在弹簧弹力的作用下先做减速运动,后做加速运动,回到A位置时速度大小不变,即当木块回到A位置时的速度大小v.(2)子弹、木块和弹簧组成的系统受到的合力即为墙对弹簧的作用力,根据动量定
11、理得:I(Mm)vmv02mv0,所以墙对弹簧的冲量I的大小为2mv0.变式3如图6所示,将质量为M3m的木块固定在光滑水平面上,一颗质量为m的子弹以速度v0沿水平方向射入木块,子弹射穿木块时的速度为;现将同样的木块放在光滑的水平面上,相同的子弹仍以速度v0沿水平方向射入木块,则子弹()图6A不能射穿木块,子弹和木块以相同的速度做匀速运动B能射穿木块C刚好能射穿木块,子弹射穿木块时速度为0D刚好能射穿木块,子弹射穿木块时速度大于答案A解析射穿木块损失的动能Ekmv02m2mv02.当木块放在光滑水平面上时,子弹和木块的动量守恒,假设子弹恰好射穿木块,则有mv0(Mm)v,v,此时损失的动能Ek
12、mv02(Mm)v2mv02mv02,这说明子弹不能射穿木块,故A正确,B、C、D均错误.1反冲运动的三点说明作用原理反冲运动是系统内物体之间的作用力和反作用力产生的效果动量守恒反冲运动中系统不受外力或内力远大于外力,所以反冲运动遵循动量守恒定律机械能增加反冲运动中,由于有其他形式的能转化为机械能,所以系统的总机械能增加2.爆炸现象的三个规律动量守恒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,系统的总动量守恒动能增加在爆炸过程中,有其他形式的能量(如化学能)转化为动能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,可以认为爆炸后各部分仍然从爆炸前的位置以新的动量开始运
13、动例4(2017江苏卷12C(3)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、乙两运动员的质量之比答案32解析取甲运动员原运动方向为正方向,由动量守恒m1v1m2v2m2v2m1v1,代入数据得变式4一质量为M的航天器远离太阳和行星,正以速度v0在太空中飞行,某一时刻航天器接到加速的指令后,发动机瞬间向后喷出质量为m的气体,气体向后喷出的速度大小为v1,加速后航天器的速度大小v2等于(v0、v1、v2均为相对同一参考系的速度)()A. B.C. D.答案C解析以v
14、0的方向为正方向,由动量守恒定律有Mv0mv1(Mm)v2,解得v2,故选C.变式5(2019江苏苏北三市期末)一枚在空中飞行的炮弹,质量M6 kg,在最高点时的速度v0900 m/s,炮弹在该点突然炸裂成A、B两块,其中质量m2 kg的B做自由落体运动求:(1)爆炸后A的速度大小;(2)爆炸过程中A受到的冲量大小答案(1)1 350 m/s(2)1 800 Ns解析(1)炮弹爆炸过程系统动量守恒,以炮弹的初速度方向为正方向根据动量守恒定律有:Mv0(Mm)vA,解得vA1 350 m/s,方向与初速度方向相同;(2)根据动量定理可知A受到的冲量大小为:Ip(Mm)vA(Mm)v0(Mm)(v
15、Av0)1 800 Ns,方向与初速度方向相同拓展点反冲运动中的“人船”模型1特点2方程m1v1m2v20(v1、v2为速度大小)3结论m1x1m2x2(x1、x2为位移大小)例5有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长(重一吨左右)一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停泊,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船用卷尺测出船后退的距离d,然后用卷尺测出船长L.已知他的自身质量为m,水的阻力不计,则船的质量为()A. B.C. D.答案B解析设人走动的时候船的速度为v,人的速度为v,人从船头走到船尾用时为t,船的位移为d,人的位移为Ld,所以v,v.以船
16、后退的方向为正方向,根据动量守恒有:0Mvmv,可得:M,小船的质量为:M,故B正确变式6(2019湖南娄底市下学期质量检测)质量为M的气球上有一个质量为m的人,气球和人在静止的空气中共同静止于离地h高处,如果从气球上慢慢放下一个质量不计的软梯,让人沿软梯降到地面,则软梯长至少应为()A. h B. hC.h D.h答案C解析设人沿软梯滑至地面,软梯长度至少为L,以人和气球组成的系统为研究对象,竖直方向动量守恒,规定竖直向下为正方向,由动量守恒定律得:0Mv2mv1人沿软梯降至地面,人相对于地面下降的高度为h,平均速度大小为v1.气球上升的高度为Lh,平均速度大小为v2.联立得:0Mm,解得:
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