2013高考物理一輪復(fù)習(xí)資料 3－5.1 碰撞與動量守恒課件 滬科版

選修3-5(選考)考綱下載內(nèi)容要求動量、動量守恒定律及其應(yīng)用彈性碰撞和非彈性碰撞ⅡⅠ氫原子光譜氫原子的能級結(jié)構(gòu)、能級公式ⅠⅠ原子核的組成、放射性、原子核的衰變、半衰期放射性同位素核力、核反應(yīng)方程結(jié)合能、質(zhì)量虧損裂變反應(yīng)和聚變反應(yīng)、裂變反應(yīng)堆放射性的防護(hù)ⅠⅠⅠⅠⅠⅠ光電效應(yīng)愛因斯坦光電效應(yīng)方程ⅠⅠ實驗：驗證動量守恒定律考綱解讀1.知道動量、沖量的定義，并會計算物體的動量和力的沖量。2.理解動量定理的含義和表達(dá)式，并會用動量定理解釋現(xiàn)象和處理有關(guān)問題。3.理解動量守恒定律，能用動量守恒定律分析一維碰撞問題。4.了解氫原子光譜和能級結(jié)構(gòu)。5.知道原子核的組成，知道三種射線和天然放射現(xiàn)象。6.會寫核反應(yīng)方程，會用愛因斯坦質(zhì)能方程進(jìn)行相關(guān)計算。

1.注意提高知識點的理解能力，如動量、動量守恒定律的矢量性及意義。

2.注重對實際問題的抽象、簡化能力。應(yīng)用動量守恒定律解決問題時，明確所描述的物理過程及發(fā)生物理現(xiàn)象的條件。

3.對原子結(jié)構(gòu)、原子核部分屬于現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，要采取系統(tǒng)理解、重點記憶方法，緊扣教材，了解規(guī)律及特點，掌握其應(yīng)用。學(xué)案1碰撞與動量守恒考點1動量、沖量及動量定理

1.動量是狀態(tài)量，對應(yīng)于物體運(yùn)動的某個狀態(tài)；沖量是過程量，是力對時間的累積效應(yīng)。它們都是矢量，必須大小、方向都相同，才能說兩物體的動量、沖量相同。

2.沖量的方向由力的方向決定，在作用時間內(nèi)力的方向不變，沖量的方向就是力的方向。若力的方向變化，沖量的方向與動量變化方向相同。如：勻速圓周運(yùn)動中向心力的沖量。

3.對動量定理的理解

(1)動量定理表達(dá)式中的沖量和動量都是矢量，該式為矢量式，等號的兩邊不但大小相等，方向也相同，在高中階段，動量定理的應(yīng)用只限于一維的情況，這時規(guī)定一正方向，就把矢量式變成代數(shù)式。

(2)動量定理的研究對象可以是單個物體，也可以是物體系統(tǒng)。在高中階段，一般取單個物體為研究對象，此時物體所受到的力都是外力。

(3)動量定理是根據(jù)牛頓第二定律在設(shè)力是恒力的條件下推導(dǎo)出來的，但它也適用于隨時間變化的力。

(4)F=p/t，因此作用力F等于物體動量的變化率?！纠?】如圖所示，一物體分別沿三個傾角不同的光滑斜面由靜止開始從頂端下滑到底端C、D、E處，三個過程中重力的沖量依次為I1、I2、I3，動量變化量的大小依次為P1、P2、P3,到達(dá)下端時重力的瞬時功率依次為P1、P2、P3，則有()A.I1<I2<I3，P1<P2<P3，P1=P2=P3B.I1<I2<I3，P1=P2=P3，P1>P2>P3C.I1=I2=I3，P1=P2=P3，P1>P2>P3D.I1=I2=I3，P1=P2=P3，P1=P2=P3

【解析】由運(yùn)動學(xué)公式s=(1/2)at2，可得滑到底端的時間，顯然t1<t2<t3，所以三個過程中重力的沖量的關(guān)系是I1<I2<I3；又根據(jù)機(jī)械能守恒定律，可得物體下滑到底端C、D、E處的速度大小相等，所以有p1=p2=p3；根據(jù)功率的公式P=(mgvsin)/t，由于物體滑到底端的速度大小相等，所以有P1>P2>P3，故B選項正確。B沖量的計算方法：

(1)恒力的沖量：直接用定義式I=Ft計算。

(2)變力的沖量：①方向不變的變力沖量，若力的大小隨時間均勻變化，即力為時間的一次函數(shù)，則力F在某段時間t內(nèi)的沖量I=[(F1+F2)/2]t,其中F1、F2為該段時間內(nèi)始末兩時刻力的大小。②作出F-t圖像，圖線與t軸圍成的面積即為變力的沖量。③對于易確定始末時刻動量的情況，可用動量定理求解。

1如圖所示，ad、bd、cd是豎直面內(nèi)三根固定的光滑細(xì)桿，a、b、c、d位于同一圓周上，a點為圓周的最高點，d點為圓周的最低點。每根桿上都套著一個質(zhì)量相同的小滑環(huán)(圖中未畫出)，三個滑環(huán)分別從a、b、c處釋放(初速為零)，關(guān)于它們下滑的過程，下列說法中正確的是()A.重力對它們的沖量相同B.彈力對它們的沖量相同C.合外力對它們的沖量相同D.它們的動能增量相同A【例2】一股水流以10m/s的速度從噴嘴豎直向上噴出，噴嘴的截面積為0.5cm2。有一質(zhì)量為0.32kg的球，因水對其下側(cè)的沖擊而懸在空中，若水全部撞擊小球且沖擊球后速度變?yōu)榱?，則小球懸在離噴嘴多高處？(取g=10m/s2)

【解析】選擇沖擊球的一小段水柱m為研究對象，沖擊過程中小段水柱的受力情況為：重力mg和球?qū)λ膲毫。由于小球靜止，水對球的沖擊力大小為mg,故N=mg。①解答持續(xù)作用類問題的關(guān)鍵是正確選取t時間內(nèi)動量發(fā)生變化的那部分物質(zhì)為研究對象，由題意正確表示出它們的質(zhì)量和動量的變化。②與此相類似的問題包括水槍沖擊煤層問題、火箭噴氣問題、傳送帶運(yùn)沙問題、電子束射擊熒光屏問題等。

設(shè)沖擊時間為t,該時間極短，質(zhì)量為m的一小段水柱的重力可以忽略不計；在t時間內(nèi)，設(shè)小水柱初速度為v，末速度為0。由于水是連續(xù)噴出的，t時間內(nèi)沖擊球的那部分水的質(zhì)量就等于t時間內(nèi)從噴嘴噴出的水的質(zhì)量m=Sv0t。取豎直向上為正方向，由動量定理得：-mgt=m·0-mv，v=(mgt)/m=(mg)/(Sv0)=0.32×10/(1×103×0.5×10-4×10)m/s=6.4m/s。由v2-v02=2as，得：6.42-102=2×(-10)×h，解得：h=2.952m。

2如圖所示，一個下面裝有輪子的貯氣瓶停放在光滑的水平面上，左端與豎直墻壁接觸，現(xiàn)打開貯氣瓶右端的閥門，氣體以速度v向外噴出，噴口面積為S，氣體密度為，則氣體剛噴出時鋼瓶左端對豎直墻壁的作用力大小為()A.vS

B.v2SC.(1/2)v2SD.v2/SB考點2動量守恒定律對動量守恒定律的理解

1.常用的三種表達(dá)式：

(1)p=p，其中p、p分別表示系統(tǒng)的末動量和初動量。

(2)m1v1+m2v2=m1v1＋m2v2。

(3)p1=-p2，其中p1、p2分別表示兩個物體組成的系統(tǒng)內(nèi)兩個物體動量的變化量。

2.在運(yùn)用定律時，系統(tǒng)的選取有時十分重要，選擇某系統(tǒng)，動量可能守恒，對于另一系統(tǒng)就可能不守恒。

3.動量守恒定律成立的條件：

(1)系統(tǒng)不受外力或系統(tǒng)所受的外力之和為零；

(2)系統(tǒng)所受的外力之和雖不為零，但系統(tǒng)的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力；

(3)系統(tǒng)所受的外力之和不為零，但在某方向上的外力之和為零，則在該方向上系統(tǒng)總動量保持不變。

4.應(yīng)用動量守恒定律解題時要注意“四性”：

(1)矢量性：動量守恒定律的方程是一個矢量方程。對于作用前后物體的運(yùn)動方向都在同一直線上的問題，應(yīng)選取統(tǒng)一的正方向，凡是與選取正方向相同的動量為正，相反為負(fù)。若方向未知，可設(shè)為與正方向相同列動量守恒定律的方程，通過解得結(jié)果的正負(fù)，判定未知量的方向。

(2)同時性：動量是一個瞬時量，動量守恒指的是系統(tǒng)任一瞬時的動量恒定，列方程m1v1+m2v2=m1v1+m2v2時，等號左側(cè)是作用前(或某一時刻)各物體動量的矢量和，等號右側(cè)是作用后(或另一時刻)各物體動量的矢量和，不同時刻的動量不能相加。

(3)相對性：由于動量大小與參考系的選取有關(guān)，因此應(yīng)用動量守恒定律時，應(yīng)注意各物體的速度必須是相對于同一慣性系的速度。一般以地面為參考系。

(4)普適性：它不僅適用于兩個物體所組成的系統(tǒng)，也適用于多個物體組成的系統(tǒng)，不僅適用于宏觀物體組成的系統(tǒng)，也適用于微觀粒子組成的系統(tǒng)?！纠?】將兩條完全相同的磁鐵(磁性極強(qiáng))分別固定在質(zhì)量相等的小車上，水平面光滑。開始時甲車速度大小為3m/s，乙車速度大小為2m/s，方向相反并在同一直線上，如圖所示。

(1)當(dāng)乙車速度為零時，甲車的速度多大？方向如何？

(2)由于磁性極強(qiáng)，故兩車不會相碰，那么兩車間的距離最短時，乙車的速度是多大？方向如何？

【解析】兩車間的磁力是內(nèi)力，系統(tǒng)所受合外力為零，動量守恒。

(1)兩個小車及磁鐵組成的系統(tǒng)在水平方向上不受外力作用，系統(tǒng)動量守恒，設(shè)向右為正方向，則

mv甲-mv乙=mv甲故v甲=v甲-v乙=(3-2)m/s=1m/s，方向向右。

(2)兩車相距最近時，兩車速度相同，設(shè)為v

mv甲-mv乙=mv+mv

則v=(mv甲-mv乙)/(2m)=(v甲-v乙)/2=(3-2)/2m/s=0.5m/s，方向向右。

3如圖所示，光滑水平直軌道上有三個滑塊A、B、C，質(zhì)量分別為mA=mC=2m，mB=m，A、B用細(xì)繩連接，中間有一壓縮的輕彈簧(彈簧與滑塊不栓接)。開始時A、B以共同速度v0運(yùn)動，C靜止。某時刻細(xì)繩突然斷開，A、B被彈開，然后B又與C發(fā)生碰撞并粘在一起，最終三滑塊速度恰好相同。求B與C碰撞前B的速度?！敬鸢浮?9/5)v0考點3物體間的碰撞爆炸和反沖

1.解析碰撞類問題時，一般從以下三個方面分析：

(1)動量守恒，即m1v1+m2v2=m1v1+m2v2(2)碰撞中機(jī)械能不增加，即(1/2)m1v12+(1/2)m2v22≥(1/2)m1v12+(1/2)m2v22(3)碰撞中，物體的速度變化情況，即若物體所受撞擊力方向跟物體的初速度方向相同，則碰撞后，物體的速度增大，若撞擊力與物體初速度方向相反，則碰撞后，物體的速度減小。

2.爆炸模型是能量增加的動量守恒，而反沖模型是總動量等于零的動量守恒?！纠?】小球1追碰小球2，碰撞前兩球的動量分別為p1=5kg·m/s，p2=7

kg·m/s，正碰后小球2的動量p2=10kg·m/s，則兩球的質(zhì)量關(guān)系可能是()A.m2=m1B.m2=2m1C.m2=4m1D.m2=6m1

【解析】由動量守恒定律，很容易得到碰后小球1的動量p1=2kg·m/s，這絲毫不能反映出兩球的質(zhì)量關(guān)系，這就要從題中內(nèi)含的其他關(guān)系去尋找。首先，“追碰”表明碰前小球1的速度大于小球2的速度，即v1>v2，由v=p/m可得，p1/m1>p2/m2，即m2>7m1/5，排除了選項A的可能。按同樣思路，碰后應(yīng)有v1≤v2,p1/m1≤p2/m2，有m2≤5m1，排除了選項D的可能。由動能不增原則可知：Ek1+Ek2≥Ek1+Ek2，由動能Ek與動量P的關(guān)系：Ek=p2/2m

可得：p12/(2m1)+p22/(2m2)≥p12/(2m1)+p22/(2m2)

即有：m2≥51m1/21，排除了選項B的可能。綜合以上結(jié)論得：51m1/21≤m2≤5m1，只有選項C正確。C4A、B兩球在光滑水平面上相向運(yùn)動，已知mA>mB，當(dāng)兩球相碰后，其中一球停止運(yùn)動，則可斷定()A.碰前A的動量與B的動量大小相等B.碰前A的動量大于B的動量C.若碰后A的速度為零，則碰前A的動量大于B的動量D.若碰后B的速度為零，則碰前A的動量大于B的動量C考點4動量、能量綜合問題

1.利用動量觀點和能量觀點解題應(yīng)注意下列問題

(1)動量守恒定律是矢量表達(dá)式，還可寫出分量表達(dá)式；而動能定理和能量守恒定律是標(biāo)量表達(dá)式，無分量表達(dá)式。

(2)動量守恒定律和能量守恒定律，是自然界中最普遍的規(guī)律，它們研究的是物體系，在力學(xué)中解題時必須注意動量守恒條件及機(jī)械能守恒條件。在應(yīng)用這兩個規(guī)律時，當(dāng)確定了研究對象及運(yùn)動狀態(tài)的變化過程后，根據(jù)問題的已知條件和求解的未知量，選擇研究的兩個狀態(tài)列方程求解。

(3)中學(xué)階段凡可用力和運(yùn)動解決的問題，若用動量觀點或能量觀點求解，一般比用力和運(yùn)動的觀點簡便。2.動量和能量綜合應(yīng)用常見模型模型分類特點及滿足的規(guī)律彈簧模型彈簧處于最長(最短)狀態(tài)時兩物體速度相等，彈性勢能最大，系統(tǒng)滿足動量守恒、機(jī)械能守恒。m1v0=(m1+m2)v共,(1/2)m1v02=(1/2)(m1+m2)v2共。彈簧處于原長時彈性勢能為零，系統(tǒng)滿足動量守恒、機(jī)械能守恒。m1v0=m1v1+m2v2,(1/2)m1v02=(1/2)m1v12+(1/2)m2v22，v1=(m1v0-m2v0)/(m1+m2),v2=2m1v0/(m1+m2)。1/4光滑圓弧軌道模型最高點：m與M具有相同速度，且m不可能從此處離開軌道，系統(tǒng)水平方向動量守恒，系統(tǒng)機(jī)械能守恒mv0=(M+m)v共,(1/2)mv02=(1/2)(M+m)v2共+mgh。最低點：m與M分離點。水平方向動量守恒，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，mv0=mv1+Mv2，(1/2)mv02=(1/2)mv12+(1/2)Mv22子彈打木塊模型系統(tǒng)動量守恒、能量守恒：mv0=(m+M)v

fL相對=(1/2)mv02-(1/2)(M+m)v2。木塊固定和放于光滑面上，子彈完全穿出時速度相等人船模型

Mx=m(L-x)【例5】如圖所示，質(zhì)量m1=0.3kg的小車靜止在光滑的水平面上，車長L=1.5m,現(xiàn)有質(zhì)量m2=0.2kg可視為質(zhì)點的物塊，以水平向右的速度v0=2m/s從左端滑上小車，最后在車面上某處與小車保持相對靜止。物塊與車面間的動摩擦因數(shù)=0.5,取g=10m/s2，求:(1)物塊在車面上滑行的時間t;