2023版高考物理一轮总复习专题6动量第3讲碰撞与反冲课件

这是一份2023版高考物理一轮总复习专题6动量第3讲碰撞与反冲课件，共60页。PPT课件主要包含了答案C，碰撞三种形式，答案D，答案B，三大观点对比，答案AC等内容，欢迎下载使用。

必 备 知 识·深 悟 固 基
一、碰撞1．特点：作用时间极短，内力(相互碰撞力)远________外力，总动量守恒．2．分类(1)弹性碰撞：碰撞后系统的机械能________损失．(2)非弹性碰撞：碰撞后系统的机械能有损失．(3)完全非弹性碰撞：碰撞后合为一体，机械能损失________．
二、反冲1．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________，如发射炮弹、火箭等．2．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，动量守恒．
(1)外力的冲量在相互作用的时间内忽略不计．(2)弹性碰撞是一种理想化的物理模型，在宏观世界中不存在．(3)反冲运动问题中，系统的机械能可以增大，这与碰撞问题是不同的．
1．[弹性碰撞]如图所示，B、C、D、E、F 5个小球并排放置在光滑的水平面上，B、C、D、E 4个小球质量相等，而F的质量小于B的质量，A的质量等于F的质量．A以速度v0向右运动，所发生的碰撞均为弹性碰撞，则碰撞之后(　　)A．3个小球静止，3个小球运动B．4个小球静止，2个小球运动C．5个小球静止，1个小球运动D．6个小球都运动
【答案】A　【解析】因MA＜MB，A、B相碰后，A向左运动，B向右运动．B、C、D、E质量相等，弹性碰撞后，不断交换速度，最终E有向右的速度，B、C、D静止．因ME＞MF，则E、F都向右运动，即3个小球静止，3个小球运动，故A正确，B、C、D错误．
3．[碰撞]A球的质量是m，B球的质量是2m，它们在光滑的水平面上以相同的动量运动．B在前，A在后，发生正碰后，A球仍朝原方向运动，但其速率是原来的一半，碰后两球的速率比vA′∶vB′为(　　)A．1∶2　　B．1∶3　　　C．2∶1　　D．2∶3【答案】D　
关 键 能 力·突 破 要 点
考点1　碰撞问题　[能力考点]
1．碰撞现象满足的三个规律
例1　(2021年广东模拟)如图所示，固定的粗糙斜面，倾角θ＝30°，斜面底端O处固定一个垂直斜面的弹性挡板．在斜面上P、Q两点有材质相同、质量均为m的滑块A和B，A和B恰好能静止，且均可视为质点，Q到O的距离是L，Q到P的距离是kL(k＞0)．现始终给A施加一个大小为F＝mg、方向沿斜面向下的力，A开始运动，g为重力加速度．设A、B之间以及B与挡板之间的碰撞时间极短，且无机械能损失，滑块与斜面间的最大静摩擦力等于滑动摩擦力．求：(1)A、B第一次碰撞后瞬间它们的速率分别为多少；(2)A、B第一次碰撞与第二次碰撞之间的时间．
1．(2021年百师联盟模拟)(多选)质量为3m、速度为v的A球与质量为m的静止B球发生正碰．在两球碰撞后的瞬间，以下说法正确的是(　　)A．A球速度可能反向　　B．A球速度可能为0.6vC．B球速度可能为v　　D．B球速度可能为1.4v【答案】BCD　
2．(2020年北京卷)在同一竖直平面内，3个完全相同的小钢球(1号、2号、3号)悬挂于同一高度；静止时小球恰能接触且悬线平行，如图所示．在下列实验中，悬线始终保持绷紧状态，碰撞均为对心正碰．以下分析正确的是(　　)
A．将1号移至高度h释放，碰撞后，观察到2号静止、3号摆至高度h．若2号换成质量不同的小钢球，重复上述实验，3号仍能摆至高度h
B．将1、2号一起移至高度h释放，碰撞后，观察到1号静止，2、3号一起摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都守恒C．将右侧涂胶的1号移至高度h释放，1、2号碰撞后粘在一起，根据机械能守恒，3号仍能摆至高度hD．将1号和右侧涂胶的2号一起移至高度h释放，碰撞后，2、3号粘在一起向右运动，未能摆至高度h，释放后整个过程机械能和动量都不守恒【答案】D　
【解析】1号球与质量不同的2号球相碰撞后，1号球速度不为零，则2号球获得的动能小于1号球撞2号球前瞬间的动能，所以2号球与3号球相碰撞后，3号球获得的动能也小于1号球撞2号球前瞬间的动能，则3号球不可能摆至高度h，A错误；1、2号球球释放后，三个小球之间的碰撞为弹性碰撞，且三小球组成的系统只有重力做功，所以系统的机械能守恒，但整个过程中，系统所受合外力不为零，所以系统动量不守恒，B错误；
1、2号球碰撞后粘在一起，为完全非弹性碰撞，碰撞过程有机械能损失，所以1、2号球再与3号球相碰后，3号球获得的动能不足以使其摆至高度h，C错误；碰撞后，2、3号球粘在一起，为完全非弹性碰撞，碰撞过程有机械能损失，且整个过程中，系统所受合外力不为零，所以系统的机械能和动量都不守恒，D正确．
3．(2020年全国卷Ⅰ)(多选)水平冰面上有一固定的竖直挡板，一滑冰运动员面对挡板静止在冰面上，他把一质量为4.0 kg的静止物块以大小为5.0 m/s的速度沿与挡板垂直的方向推向挡板，运动员获得退行速度；物块与挡板弹性碰撞，速度反向，追上运动员时，运动员又把物块推向挡板，使其再一次以大小为5.0 m/s的速度与挡板弹性碰撞．总共经过8次这样推物块后，运动员退行速度的大小大于5.0 m/s，反弹的物块不能再追上运动员．不计冰面的摩擦力，该运动员的质量可能为(　　)A．48 kg　　B．53 kg　　C．58 kg　　D．63 kg【答案】BC　
考点2　反冲运动　[能力考点]
1．反冲运动的三点说明
1．一辆小车静置于光滑水平面上．车的左端站着一名警察进行实战射击训练，车的右端有一个靶．若从警察手枪中每次发射出的子弹都镶在靶里，最终发射了10颗子弹，则关于小车的运动情况，下列说法中错误的是(　　)
A．小车先向左运动，后向右运动，最后保持向右匀速运动子B．小车先向左运动又向右运动，最后回到原位置停下C．小车一直向左运动下去D．每发射一颗子弹，小车要向左运动一段距离然后停下【答案】D　
【解析】车枪人与子弹组成的系统动量守恒，开始系统静止，总动量为零，发射子弹后，子弹动量向右，由动量守恒定律可知，车的动量向左，车向左运动，从发射子弹到子弹镶在靶里过程，系统动量守恒，由于初动量为零，则子弹镶在靶中后，系统总动量为零，车停下，故D正确．
2．(原创)三轮高压清洗车是一种轻便的环保清洁设备，它主要用于人行道、辅道、路沿石、背街小巷、垃圾分类投放点等小型道路地面，也可以用来清理小广告“牛皮癣”．如图所示，一高压清洗设备喷口的出水速度为100 m/s，喷口直径为1 mm，已知ρ水＝1.0 g/cm3，则此设备喷口的出水压强p压和人给喷枪的力F人约为(　　)A．2.0×105 Pa,1 NB．1.0×107 Pa,8 NC．2.0×103 Pa,1 600 ND．1.0×103 Pa,800 N【答案】B　
考点3　动量与能量的综合问题　[能力考点]
2．求解力学综合题的要领(1)题目中如果要求的是始、末状态的量，而它们又满足守恒条件，这时应优先运用守恒定律解题．(2)如问题涉及的除始、末状态外，还有力和它的作用时间，可优先选用动量定理．(3)如问题涉及的除始、末状态外，还有力和受力者的位移，可优先选用动能定理．
(4)若题目要求加速度或要列出各物理量在某一时刻的关系式，则只能用牛顿第二定律进行求解．(5)若过程中的力是变力(不能用牛顿第二定律了)，而且始末动量不同(又不能用动量定理)，则唯一的解题途径就是应用动能定理，此时变力的功可用W＝Pt求得．
例4　(2021年湖南卷)如图，竖直平面内一足够长的光滑倾斜轨道与一长为L的水平轨道通过一小段光滑圆弧平滑连接，水平轨道右下方有一段弧形轨道PQ．质量为m的小物块A与水平轨道间的动摩擦因数为μ．以水平轨道末端O点为坐标原点建立平面直角坐标系xOy，x轴的正方向水平向右，y轴的正方向竖直向下，弧形轨道P 端坐标为(2μL，μL)，Q端在y轴上．重力加速度为g．
(1)若A从倾斜轨道上距x轴高度为2μL的位置由静止开始下滑，求A经过O点时的速度大小；(2)若A从倾斜轨道上不同位置由静止开始下滑，经过O点落在弧形轨道PQ上的动能均相同，求PQ的曲线方程；(3)将质量为λm(λ为常数且λ≥5)的小物块B置于O点，A沿倾斜轨道由静止开始下滑，与B发生弹性碰撞(碰撞时间极短)，要使A和B均能落在弧形轨道上，且A落在B落点的右侧，求A下滑的初始位置距x轴高度的取值范围．
1．在光滑的冰面上放置一个截面为四分之一圆弧且半径足够大的光滑自由曲面体，一个坐在冰车上的小孩手扶一球静止在冰面上．已知小孩和冰车的总质量为m1，球的质量为m2，曲面体的质量为m3．如图所示，某时刻小孩将球以v0＝4 m/s的速度向曲面体推出．(1)求球在圆弧面上能上升的最大高度；
(2)若m1＝40 kg，m2＝2 kg，小孩将球推出后还能再接到球，试求曲面质量m3应满足的条件．
(2)小孩推出球的过程中，小孩与球组成的系统动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律，有m2v0－m1v1＝0，球与曲面体组成的系统在水平方向动量守恒，以向左为正方向，由动量守恒定律，有m2v0＝－m2v2＋m3v3，
动量和能量的综合应用的几种物理模型
动量与能量的综合问题，常取材“滑块—滑板”模型、“碰撞”模型、“弹簧—物块”模型等，设置多个情境、多个过程，考查力学三大观点的综合应用．要成功解答此类情境与过程综合的考题，就要善于在把握物理过程渐变规律的同时，洞察过程的临界情境，结合题给条件(往往是不确定条件)，进行求解(注意结合实际情况分类讨论)．
深 度 研 练·素 养 提 升
模型一　 “弹簧—物块”模型1．首先判断弹簧的初始状态是处于原长、伸长还是压缩状态．2．分析碰撞前后弹簧和物体的运动状态，依据动量守恒定律和机械能守恒定律列出方程．3．判断解出的结果是否满足“物理情境可行性原则”，如果不满足，则要舍掉该结果．
4．由于弹簧的弹力是变力，所以弹簧的弹性势能通常利用机械能守恒定律或能量守恒定律求解．5．要特别注意弹簧的三个状态：①原长——此时弹簧的弹性势能为零；②压缩到最短或伸长到最长——此时弹簧与连接的物体具有共同的速度，弹簧具有最大的弹性势能，这往往是解决此类问题的突破点．
例5　(2021年河北模拟)质量均为m的滑块A、B用劲度系数为k的轻弹簧相连后静止放在光滑水平面上，滑块B紧靠竖直墙壁，如图所示．用水平恒力F向左推动滑块A，当滑块A向左运动的速度最大时撤去力F．(1)求在之后的运动过程中，滑块A的最大速度vm；(2)B离开墙壁之后，求系统的最大弹性势能Ep．
变式1　(多选)如图甲所示，在光滑水平面上，轻质弹簧一端固定，物体A以速度v0向右运动压缩弹簧，测得弹簧的最大压缩量为x．现让该弹簧一端连接另一质量为2m的物体B(如图乙所示)，静止在水平面上，物体A以2v0的速度向右压缩弹簧，测得弹簧的最大压缩量仍为x．则(　　)
A．A物体的质量为6mB．A物体的质量为4mC．弹簧压缩最大时的弹性势能为3mvD．弹簧压缩最大时B的动量为3mv0【答案】ACD　
模型二　“滑块—滑板”模型“滑块—滑板”模型是滑块与长木板通过滑动摩擦力相互作用，实现系统机械能部分单向转化为内能，弄清物理过程后，由动量守恒p1＝p2和能量守恒fs相＝ΔE列式解决．
例6　(2021年河源模拟)如图所示，滑块B置于水平面上，木箱C置于滑块B顶端，且木箱C的左端与B的左端对齐，B、C处于静止状态．与B完全相同的滑块A以速度v0与滑块B正碰，碰撞时间极短，碰后二者粘在一起．当A、B、C三者达到共同速度时，木箱C刚好从滑块B上滑动到滑块A上，即C的右端与A的右端对齐．已知：滑块A、B的质量MA＝MB＝m，木箱C的质量MC＝2m，A、B与水平面间的动摩擦因数μ1＝2μ，C与A、B顶部的动摩擦因数μ2＝μ，重力加速度为g，运动过程中C不会从A、B上滑落．求：
(1)滑块A与滑块B碰后瞬间的共同速度v；(2)碰撞后瞬间AB整体的加速度大小，C的加速度大小，以及木箱C的长度L；(3)从滑块A与滑块B碰后到滑块A、B速度减为0的过程中，整个系统因摩擦而产生的热量Q．
变式2　如图所示，静止在光滑水平面上的木板，右端有一轻质弹簧沿水平方向与木板相连，木板质量M＝3 kg．质量m＝1 kg的铁块以水平速度v0＝4 m/s从木板的左端沿板面向右滑行，压缩弹簧后又被弹回，最后恰好停在木板的左端．在上述过程中弹簧具有的最大弹性势能为(　　)A．3 J　　B．4 J　　C．6 J　　D．20 J【答案】A　
模型三　“子弹打木块”模型子弹打木块模型是两个物体相互作用，从实质上看，子弹打木块模型就是“碰撞模型”，当子弹不穿出时，类似完全非弹性碰撞；子弹穿出后，类似一般碰撞；所以主要从动量与能量两个角度列式求解．由于系统不受外力作用，故而遵从动量守恒定律；由于相互作用力做功，故系统或每个物体动能均发生变化：力对“子弹”做的功量度“子弹”动能的变化；力对“木块”做的功量度“木块”动能的变化；一对恒力做的总功量度系统动能的变化，并且这一对恒力做功的大小可用一个恒力的大小与两物体相对位移大小的乘积来计算，即阻力和相对位移的乘积等于摩擦生的热．
例7　如图所示，在光滑的水平桌面上，静止放着一质量为980 g的长方形匀质木块，现有一颗质量为20 g的子弹以300 m/s的水平速度沿其轴线射向木块，结果子弹留在木块中没有射出，和木块一起以共同的速度运动．已知木块沿子弹运动方向的长度为10 cm，子弹打进木块的深度为6 cm．设木块对子弹的阻力保持不变．(计算结果只要求保留到小数点后一位)(1)求子弹和木块的共同速度以及它们在此过程中所增加的内能；(2)若子弹以400 m/s的水平速度从同一方向水平射向该木块的，则它能否射穿该木块？