高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第一章 动量守恒定律3 动量守恒定律备课ppt课件

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重难探究·能力素养全提升
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探究点一　系统在某一方向动量守恒问题
【例1】 一弹丸在飞行到距离地面5 m高时仅有水平速度v0=2 m/s,爆炸成为甲、乙两块水平飞出,甲、乙的质量比为3∶1。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(　　)
方法技巧　相互作用的两个物体在x轴方向动量守恒问题的解决思路(1)选取研究对象:相互作用的两个物体。(2)判断系统在x轴上的动量是否守恒:在x轴方向上不受外力或者所受外力的矢量和为零。(3)列出x轴上的动量守恒方程:m1v1x+m2v2x=m1v1x'+m2v2x',其中v1x、v2x、v1x'、v2x'为物体在x轴上的分速度。
对点演练1.如图所示,质量为m0的车(包括物体),以速度v在光滑水平面上匀速运动,质量为m的物体被向车后方以仰角θ方向相对地的大小为v'的速度抛出。求抛出物体后车的速度为多少?
解析 在抛出物体的瞬间,竖直方向外力即重力不为零,故总动量不守恒,但物体与车在水平方向上外力的矢量和为零,因此水平方向动量守恒设车速v的方向为正方向,由动量守恒定律得m0v=-mv'cs θ+(m0-m)v1
探究点二　动量守恒定律应用中的临界问题分析
【例2】 如图所示,甲、乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏,甲和他的冰车总质量为m0=30 kg,乙和他的冰车的总质量m0'=30 kg。游戏时,甲推着一个质量为m=15 kg的箱子和他一起以v0=2 m/s的速度滑行,乙以同样大小的速度迎面滑来,为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推给乙,箱子滑到乙处,乙迅速抓住。不计冰面摩擦。(1)若甲将箱子以速度v推出,甲的速度变为多少?(用字母表示)(2)设乙抓住迎面滑来的速度为v的箱子后反向运动,乙抓住箱子后的速度变为多少?(用字母表示)(3)若甲、乙最后不相撞,甲、乙的速度应满足什么条件?箱子被推出的速度至少多大?
解析 (1)甲将箱子推出的过程,以甲推开箱子前的速度方向为正方向,甲和箱子组成的系统动量守恒,由动量守恒定律得(m0+m)v0=mv+m0v1(2)箱子和乙作用的过程动量守恒,以箱子的速度方向为正方向,由动量守恒定律得mv-m0'v0=(m+m0')v2(3)甲、乙的总动量方向水平向右,为避免相撞,乙抓住箱子后须反向且v1≤v2甲、乙不相撞的条件是v1≤v2其中v1=v2为甲、乙恰好不相撞的条件联立并代入数据得v≥5.2 m/s。
方法技巧　1.常见临界问题中的临界条件
2.应用动量守恒定律分析临界问题的解题思路(1)应用动量守恒定律列出动量守恒方程;(2)分析临界条件,列出用速度表达的临界条件方程。
对点演练 2.(多选)如图所示,一小车放在光滑的水平面上,小车AB段是长为3 m的粗糙水平轨道,BC段是半径为0.2 m的四分之一光滑圆弧轨道,两段轨道相切于B点。一可视为质点、质量与小车相同的物块在小车左端A点,随小车一起以4 m/s的速度水平向右匀速运动,一段时间后,小车与右侧墙壁发生碰撞,碰后小车速度立即减为零,但不与墙壁粘连。已知物块与小车AB段之间的动摩擦因数为0.2,重力加速度g取10 m/s2,则(　　)A.物块到达C点时对轨道的压力为0B.物块经过B点时速度大小为1 m/sC.物块最终距离小车A点0.5 mD.小车最终的速度大小为1 m/s
探究点三　动量守恒中的多物体、多过程问题
【例3】 (2023河南郑州十一中高二阶段练习)如图所示,在光滑水平面上有A、B两辆小车,水平面的左侧有一竖直墙,在小车B上站着一个小孩,小孩与B车的总质量是A车质量的10倍。两车开始都处于静止状态,小孩把A车以相对于地面的速度v推出,A车与墙壁碰撞后仍以原速率返回,小孩接到A车后,又将其以相对于地面的速度v推出。每次推出后,A车相对于地面的速度均为v,方向向左。小孩把A车推出几次后,A车返回时小孩不能再接到A车,则小孩推A车的次数为(　　)A.5B.6C.7D.8
解析 设水平向右为正方向,对小孩和A、B车,第1次推车过程,动量守恒,有mv=10mv1,第1次接、第2次推车过程,有mv+10mv1=10mv2-mv,第2次接、第3次推车,有mv+10mv2=10mv3-mv,第n-1次接、第n次推车,有mv+10mvn-1 =10mvn-mv,则有 ,若A车返回时小孩不能再接到A车,则有vn≥v,解得n≥5.5,则小孩把A车推出6次后,A车返回时小孩不能再接到A车,选项B正确。
方法技巧　应用动量守恒定律处理多物体、多过程问题的方法(1)将物体作用和运动的全过程按发生顺序分解为多个子过程;(2)分析每个子过程中相互作用的物体及遵循的规律;(3)找出联系各子过程的物理量(如速度等);(4)根据研究问题的需要或系统是否满足动量守恒的条件,选取整体或部分物体,全过程或部分过程进行分析。
对点演练3.(多选)一个士兵坐在皮划艇上,他连同装备和皮划艇的总质量是m0,这个士兵用自动步枪在时间t内沿着水平方向连续射出n发子弹,每发子弹的质量是m,射击前皮划艇是静止的,不考虑水的阻力,则下列判断正确的是(　　)A.若射击时每发子弹离开枪口时相对河岸的速度都相同,则每次射击后皮划艇的速度改变量相同B.若射击时每发子弹离开枪口时相对步枪的速度都相同,则每次射击后皮划艇的速度改变量不相同C.若射击时每发子弹离开枪口时相对河岸的速度都为u,则连续射出n发子弹后,皮划艇的速度为D.若射击时每发子弹离开枪口时相对步枪的速度都为u0,则连续射出n发子弹后,皮划艇的速度为
1.(多物体、多过程)(多选)如图所示,A、B两木块紧靠在一起且静止于光滑水平面上,物块C以一定的初速度v0从A的左端开始向右滑行,最后停在B木块的右端,对此过程,下列叙述正确的是(　　)A.当C在A上滑行时,A、C组成的系统动量守恒B.当C在B上滑行时,B、C组成的系统动量守恒C.无论C是在A上滑行,还是在B上滑行,A、B、C组成的系统动量都守恒D.当C在B上滑行时,A、B、C组成的系统动量不守恒
解析 当C在A上滑行时,对A、C组成的系统,B对A的作用力为外力,不等于0,故系统动量不守恒,A错误;当C在B上滑行时,A、B已分离,对B、C组成的系统,沿水平方向不受外力作用,故系统动量守恒,B正确;若将A、B、C视为一个系统,则沿水平方向无外力作用,系统动量守恒,C正确,D错误。
2.(某方向动量守恒)(多选)如图所示,小车放在光滑的水平面上,将系着绳的小球拉开一定的角度,然后同时放开小球和小车,那么在以后的过程中(　　)A.小球向左摆动时,小车也向左运动,且系统动量守恒B.小球向左摆动时,小车向右运动,且系统在水平方向上动量守恒C.小球向左摆到最高点,小球的速度为零而小车的速度不为零D.在任意时刻,小球和小车在水平方向上的动量一定大小相等、方向相反
解析 以小球和小车组成的系统为研究对象,在水平方向上不受外力的作用,所以系统在水平方向上动量守恒。由于初始状态小车与小球均静止,所以小球与小车在水平方向上的动量要么都为零,要么大小相等、方向相反,所以A、C错误,B、D正确。
3.(某方向动量守恒、临界问题)(多选)如图所示,质量为m0的楔形物体静止在光滑的水平地面上,其斜面光滑且足够长,与水平方向的夹角为θ。一个质量为m的小物块从斜面底端沿斜面向上以初速度v0开始运动,当小物块沿斜面向上运动到最高点时,速度大小为v,距地面的高度为h,则下列关系式正确的是(　　)A.mv0=(m+m0)vB.mv0cs θ=(m+m0)vC.mgh= m(v0sin θ)2D.mgh+ (m+m0)v2=
解析 小物块运动到最高点时,速度与楔形物体的速度相同,系统水平方向动量守恒,全过程机械能守恒,以向右为正方向,在小物块向上运动的过程中,由动量守恒定律得mv0·cs θ=(m+m0)v,选项A错误,B正确;由机械能守恒定律得
4.(动量守恒、临界问题)(2023湖南邵阳高二测试)如图所示,物块A的质量为m,物块B、C的质量均为m0。开始时物块A、B分别以大小为2v0、v0的速度沿光滑水平轨道向右侧的竖直固定挡板运动,为保证A、B均向右运动的过程中不发生碰撞,将物块C无初速地迅速粘在A上。B与挡板碰撞后以原速率反弹,A与B碰撞后粘在一起。为使B能与挡板碰撞两次,求 应满足的条件。