《新教材變化解讀及考法剖析》-高中物理選擇性第1章動(dòng)量守恒定律

《新教材變化解讀及考法剖析》高中物理選擇性必修第一冊(cè)第1章動(dòng)量守恒定律《新教材變化解讀及考法剖析》高中物理選擇性必修第一冊(cè)第1章動(dòng)量守恒定律新教材物理選擇性必修第一冊(cè)變化解讀主題增加、刪除及調(diào)整原因分析動(dòng)量守恒定律“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解動(dòng)量”調(diào)整為“能過(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)，理解動(dòng)量定理”動(dòng)量定理變?cè)诟咧形锢碇忻鞔_提出要求，通過(guò)理論推導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)動(dòng)量定理能夠幫助學(xué)生更好地理解和把握這部分內(nèi)容機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波刪除“惠更斯原理”限于課時(shí)，刪除難度較大、中學(xué)應(yīng)用并不廣泛的惠更斯原理光刪除“用激光觀察全息照相”刪去許多高中不易實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)新教材特點(diǎn)1、突出核心素養(yǎng)理念，培養(yǎng)全面發(fā)展人才新教材從物理觀念的培養(yǎng)、科學(xué)思維的體現(xiàn)、科學(xué)探究的設(shè)計(jì)、態(tài)度責(zé)任的體現(xiàn)等方面突出核心素養(yǎng)理念，培養(yǎng)全面發(fā)展人才。2、考慮學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，優(yōu)化教科書結(jié)構(gòu)新教材從學(xué)生認(rèn)知水平及物理學(xué)科特點(diǎn)兩方面出發(fā)，在學(xué)生合理的認(rèn)知水平發(fā)展下學(xué)習(xí)物理概念、規(guī)律，形成物理觀念，發(fā)展探究能力；在整體的結(jié)構(gòu)安排上，遵從人們認(rèn)識(shí)事物“先現(xiàn)象，后本質(zhì)”的一般規(guī)律。3、聯(lián)系實(shí)際突出STSE的思想新教材從問題引入、分析的實(shí)例、概念和規(guī)律的應(yīng)用、練習(xí)和習(xí)題、多個(gè)方面來(lái)貫徹聯(lián)系實(shí)際的原則，突出科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），社會(huì)（Society），環(huán)境（Environment）相互聯(lián)系的思想。教材除了在正文的安排中盡可能注意物理知識(shí)與生活、技術(shù)、社會(huì)的聯(lián)系，還特意設(shè)置了STSE欄目，介紹、探討科學(xué)技術(shù)與社會(huì)之間相互關(guān)聯(lián)的問題。4、關(guān)注社會(huì)發(fā)展反映我國(guó)科技進(jìn)步內(nèi)容的選擇上，一是在學(xué)習(xí)經(jīng)典內(nèi)容時(shí)，新教材多用當(dāng)代人生活的實(shí)例；二是盡可能反映新科學(xué)、技術(shù)的發(fā)展，使教科書有時(shí)代氣息。5、注重基礎(chǔ)，兼顧差異新教材以概念規(guī)律的學(xué)習(xí)為載體打好基礎(chǔ)，注重核心素養(yǎng)的培養(yǎng)；內(nèi)容的設(shè)計(jì)上體現(xiàn)了一些彈性：設(shè)置“拓展學(xué)習(xí)”欄、章后設(shè)置A、B兩組習(xí)題（A組習(xí)題對(duì)應(yīng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中必修內(nèi)容的要求，B組比《課程標(biāo)準(zhǔn)》中必修內(nèi)容略有超出，供學(xué)有余力的學(xué)生選做）。新教材物理選擇性必修第一冊(cè)《第1章動(dòng)量守恒定律》變化解讀【變動(dòng)1】把放在動(dòng)量守恒定律后面的（原教材最后一節(jié)）“用動(dòng)量概念表示牛頓第二定律”，放到了新教材動(dòng)量守恒定律之前第二節(jié)“動(dòng)量定理”，對(duì)動(dòng)量定理的理解和應(yīng)用提出明確要求。符合高中物理知識(shí)核心素養(yǎng)?！究挤ㄊ纠?】1．跳遠(yuǎn)時(shí)，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全（如圖），這是由于（）A．人跳在沙坑的動(dòng)量大小等于跳在水泥地上的動(dòng)量大小B．人跳在沙坑的動(dòng)量變化比跳在水泥地上小C．人跳在沙坑受到的沖量比跳在水泥地上小D．人跳在沙坑受到的沖力比跳在水泥地上大【考法示例2】2．來(lái)自路邊高樓上的高空墜物常常會(huì)對(duì)行人造成傷害。設(shè)一個(gè)質(zhì)量為20g的鴨蛋從16樓（離地高度約為45m）上由靜止墜落，若鴨蛋與地面碰撞作用時(shí)間為3×103s，碰撞后鴨蛋碎裂，不計(jì)空氣阻力，重力加速度g取10m/s2，則鴨蛋對(duì)地面的平均作用力約為其自身重力的（）A．1000倍 B．3000倍 C．5000倍 D．10000倍【考法示例3】3．用質(zhì)量為0.5kg的鐵錘把釘子釘進(jìn)木頭里，打擊時(shí)鐵錘的速度v=4.0m/s，如果打擊后鐵錘的速度變?yōu)?，打擊的作用時(shí)間是0.01s，那么：（1）不計(jì)鐵錘受的重力，鐵錘釘釘子的平均作用力是多大？（2）考慮鐵錘受的重力，鐵錘釘釘子的平均作用力又是多大（g取10m/s2）？（3）通過(guò)以上計(jì)算，請(qǐng)你說(shuō)明在打擊和碰撞一類的問題中在什么情況下可以忽略重力的作用?！咀儎?dòng)2】新教材中強(qiáng)化了變力的沖量的理解和計(jì)算，通過(guò)教材教學(xué)內(nèi)容和課后習(xí)題，強(qiáng)調(diào)了分段法和圖像法求變力的沖量?！究挤ㄊ纠?】4．一質(zhì)量為的滑塊放在水平地面上，在水平拉力作用下，由靜止開始做直線運(yùn)動(dòng)，若力隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖所示，滑塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為，取，最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力大小相等，則（）A．內(nèi)，拉力的沖量大小為B．內(nèi)，滑塊受到的合外力沖量大小為C．末，滑塊的速率為D．內(nèi)，滑塊受到的力做的總功為【考法示例5】5．一質(zhì)量m=4kg的物體靜置在粗糙的水平地面上，物體與地面的摩擦因數(shù)μ=0.5從t=0時(shí)刻開始對(duì)物體施加一水平力F，其大小如圖所示。已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度g=10m/s2，則在0~1.0s時(shí)間內(nèi)，摩擦力對(duì)物體產(chǎn)生的沖量大小為（）A．10N·s B．16N·s C．20N·s D．25N·s【考法示例6】6．如圖所示，質(zhì)量為m的物體，沿傾角為的固定粗糙斜面以速度v勻速下滑，經(jīng)過(guò)時(shí)間t滑至底端，則物體在t時(shí)間內(nèi)（）A．摩擦力的沖量大小為 B．斜面支持力的沖量大小為0C．重力的沖量大小為 D．合力的沖量大小為【變動(dòng)3】增加了“實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”【考法示例7】7．如圖為“碰撞實(shí)驗(yàn)器”，它可以探究動(dòng)量守恒定律，即研究?jī)蓚€(gè)小球在軌道水平部分碰撞前后的動(dòng)量關(guān)系。（1）實(shí)驗(yàn)中必須要求的條件是。A．斜槽軌道盡量光滑以減少誤差B．斜槽軌道末端的切線必須水平C．入射球和被碰球的質(zhì)量必須相等，且大小相同D．入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止釋放（2）圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測(cè)量平拋射程OP，然后，把被碰小球m2靜置于水平軌道的末端，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并重復(fù)多次。本實(shí)驗(yàn)還需要完成的必要步驟是（填選項(xiàng)前的符號(hào)）。A．用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2B．測(cè)量拋出點(diǎn)距地面的高度HC．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、ND．測(cè)量平拋射程OM、ON（3）按照本實(shí)驗(yàn)方法，驗(yàn)證動(dòng)量守恒的驗(yàn)證式是。（用“（2）”中所給的有關(guān)字母表示）（4）某次實(shí)驗(yàn)中得出的落點(diǎn)情況如圖所示，假設(shè)碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，則入射小球的質(zhì)量m1和被碰小球的質(zhì)量m2之比為。【考法示例8】8．某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)。氣墊導(dǎo)軌裝置如圖（a）所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊彈射架等組成。（1）下面是實(shí)驗(yàn)的主要步驟：①安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕，使導(dǎo)軌水平；②向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣；③把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并固定在滑塊1的左端，滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向；④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩；把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間；⑤先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再放開滑塊1，讓滑塊1帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)；在中間與滑塊2相撞并粘在一起運(yùn)動(dòng)；⑥取下紙帶，重復(fù)步驟④⑤，選出理想的紙帶如圖（b）所示；⑦測(cè)得滑塊1的質(zhì)量310g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量205g。（2）已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前系統(tǒng)的總動(dòng)量為kg?m/s；兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動(dòng)量為kg?m/s（保留三位有效數(shù)字）。（3）試說(shuō)明（2）中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是?！究挤ㄊ纠?】9．如圖所示的裝置是“沖擊擺”，擺錘的質(zhì)量很大，子彈以初速度從水平方向射入擺中并留在其中，隨擺錘一起擺動(dòng)。（1）子彈射入擺錘后，要得到子彈和擺錘一起運(yùn)動(dòng)的初速度，需要測(cè)量的物理量有。A．子彈的質(zhì)量B．?dāng)[錘的質(zhì)量C．沖擊擺的擺長(zhǎng)D．?dāng)[錘擺動(dòng)時(shí)擺線的最大擺角（2）用問題（1）中測(cè)量的物理量，應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)可以得出子彈和擺錘一起運(yùn)動(dòng)的初速度；（3）通過(guò)表達(dá)式，即可驗(yàn)證子彈與擺錘作用過(guò)程中的不變量（用已知量和測(cè)量量的符號(hào)、、、表示）?！咀儎?dòng)4】刪除了“對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞”、“散射”等較難理解的知識(shí)和概念，只保留了高中主要知識(shí)點(diǎn)—彈性碰撞和非彈性碰撞?！究挤ㄊ纠?0】10．第24屆冬奧會(huì)將于2022年2月在北京和張家口舉行冬奧會(huì)冰壺項(xiàng)目深受觀眾喜愛。某次冰壺訓(xùn)練中，冰壺乙靜止在圓形區(qū)域內(nèi)，運(yùn)動(dòng)員用冰壺甲撞擊冰壺乙如圖為冰壺甲與冰壺乙碰撞前、后的v—t圖像，已知冰壺質(zhì)量均為，兩冰壺發(fā)生正碰，碰撞時(shí)間極短，則在該次碰撞中損失的機(jī)械能為（）A． B． C． D．【考法示例11】11．如圖甲所示，在光滑水平面上的兩小球發(fā)生正碰。小球的質(zhì)量分別為m1和m2。圖乙為它們碰撞前后的s－t(位移時(shí)間)圖象。已知m1＝0.1kg。由此可以判斷（）A．碰前m2靜止，m1向右運(yùn)動(dòng)B．碰后m2和m1都向右運(yùn)動(dòng)C．m2＝0.2kgD．碰撞過(guò)程中系統(tǒng)損失了0.4J的機(jī)械能【考法示例12】12．如圖所示。質(zhì)量M=1.5kg的小車靜止于光滑水平面上并緊靠固定在水平面上的桌子右邊，其上表面與水平桌面相平，小車的左端放有一質(zhì)量為mQ=0.5kg的滑塊Q。水平放置的輕彈簧左端固定，質(zhì)量為mP=0.5kg的小物塊P置于光滑桌面上的A點(diǎn)并與彈簧的右端接觸，此時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)?，F(xiàn)用水平向左的推力F將P緩慢推至B點(diǎn)（彈簧處于彈性限度內(nèi)），推力做功WF=4J，撤去F后，P沿桌面向右滑到小車左端并與Q發(fā)生彈性碰撞，最后Q恰好沒從小車上滑下。已知小車的長(zhǎng)度L=6m（g取10m/s2）。（1）P剛要與Q碰撞前的速度大??；（2）Q剛在小車上滑行時(shí)的初速度大??；（3）Q與小車表面間動(dòng)摩擦因數(shù)μ。參考答案：1．A【詳解】A．人跳在沙坑的動(dòng)量大小等于跳在水泥地上的動(dòng)量大小，因?yàn)槿速|(zhì)量與速度的大小一樣，所以動(dòng)量大小相等，則A正確；B．人跳在沙坑的動(dòng)量變化等于跳在水泥地上，因?yàn)槌鮿?dòng)量相等，末動(dòng)量為0，所以動(dòng)量的變化量大小相等，則B錯(cuò)誤；C．根據(jù)動(dòng)量定理人跳在沙坑受到的沖量與跳在水泥地上的沖量大小相等，所以C錯(cuò)誤；D．根據(jù)動(dòng)量定理人跳在沙坑受到的沖力比跳在水泥地上小，所以D錯(cuò)誤；故選A。2．A【詳解】鴨蛋從45m高處落下著地時(shí)，由可得速度大小v==30m/s取向上為正，根據(jù)動(dòng)量定理求得故A正確，BCD錯(cuò)誤。故選A。3．（1）200N；（2）205N；（3）見解析【詳解】（1）根據(jù)動(dòng)量定理，取向下為正有Ft=0mv代入數(shù)據(jù)有F=200N（2）根據(jù)動(dòng)量定理，取向下為正有(mgF′)t=0mv代入數(shù)據(jù)有F′=205N（3）根據(jù)以上分析，在打擊和碰撞一類的問題中，當(dāng)平均作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于重力時(shí)可以忽略重力的作用。4．D【詳解】A．根據(jù)“圖象中圖線與軸所圍成的面積表示沖量”得內(nèi)，拉力的沖量大小為Im=A錯(cuò)誤；B．最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，即當(dāng)時(shí)在內(nèi)，滑塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，合外力沖量為零，滑塊在才開始運(yùn)動(dòng)，故內(nèi)，滑塊受到的合外力沖量大小B錯(cuò)誤；C．根據(jù)動(dòng)量定理有解得滑塊在末時(shí)的速率，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)動(dòng)能定理知，內(nèi)，滑塊受到的力做的總功為W=D正確。故選D。5．B【詳解】最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則0~0.4s，F(xiàn)<fmax，物體靜止，摩擦力為靜摩擦力，大小等于F，則靜摩擦力的沖量由圖可知0.4~1.0s，F(xiàn)>fmax,物體運(yùn)動(dòng)，摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為20N，則滑動(dòng)摩擦力的沖量所以，摩擦力對(duì)物體產(chǎn)生的沖量大小為故選B。6．A【詳解】A．物體受到的摩擦力為所以摩擦力的沖量大小為A正確；B．斜面支持力為斜面支持力的沖量大小為B錯(cuò)誤；C．重力的沖量大小為C錯(cuò)誤；D．勻速下滑，所以合力為零。合力的沖量為零。D錯(cuò)誤。故選A。7．BDACD4:1【詳解】（1）[1]A．本實(shí)驗(yàn)要求入射球碰撞前的速度保持相同，斜槽軌道并不需要光滑，故A錯(cuò)誤；B．斜槽軌道末端的切線必須水平，保證小球可以做平拋運(yùn)動(dòng)，故B正確；C．入射球和被碰球需要發(fā)生正碰，但并不要求質(zhì)量相等，故C錯(cuò)誤；D．入射球每次必須從軌道的同一位置由靜止釋放，以保證入射球碰撞前的速度保持相同，故D正確。故選BD。（2）[2]本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，即驗(yàn)證根據(jù)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律有聯(lián)立得則x與v成正比，故當(dāng)成立時(shí)即可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。因此需要用天平測(cè)量?jī)蓚€(gè)小球的質(zhì)量m1、m2，分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、N，測(cè)量平拋射程OM、ON。故選ACD。（3）[3]根據(jù)以上分析可知，驗(yàn)證動(dòng)量守恒的驗(yàn)證式是（4）[4]根據(jù)驗(yàn)證式可得代入題給數(shù)據(jù)解得8．0.6200.618本實(shí)驗(yàn)的主要系統(tǒng)誤差是限位孔對(duì)紙帶向左的阻力對(duì)系統(tǒng)的沖量使系統(tǒng)的總動(dòng)量減少【詳解】（2）[1]碰撞前滑塊1的速度為v==m/s=2.00m/s則兩滑塊在碰撞前的總動(dòng)量為p=m1v1=2.00×0.310kgm/s=0.620kgm/s[2]碰撞后兩滑塊共同的速度為v共==m/s=1.20m/s則兩滑塊在碰撞前的總動(dòng)量為p′=(m1+m2)v共=1.20×(0.310+0.205)kgm/s=0.618kgm/s（3）[3]本實(shí)驗(yàn)的主要系統(tǒng)誤差是限位孔對(duì)紙帶向左的阻力對(duì)系統(tǒng)的沖量使系統(tǒng)的總動(dòng)量減少。9．CDmv0=(M+m)v【詳解】(1)[1](2)[2]根據(jù)機(jī)械能守恒得解得故選CD。(3)[3]驗(yàn)證