粤教版高中物理选择性必修第一册第一章动量和动量守恒定律微专题(一)用动量定理解答流体类问题和多过程问题课件(45页PPT)+学案(有解析)

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名称 粤教版高中物理选择性必修第一册第一章动量和动量守恒定律微专题(一)用动量定理解答流体类问题和多过程问题课件(45页PPT)+学案(有解析)
格式 zip
文件大小 4.7MB
资源类型 试卷
版本资源 粤教版(2019)
科目 物理
更新时间 2025-06-19 16:11:50

文档简介

微专题(一) 用动量定理解答流体类问题和多过程问题
知识点一 用动量定理解答流体类问题
【重难突破】
流体类模型
流体及其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”,质量具有连续性,通常已知密度ρ
分析步骤 1 建立“柱状模型”,沿流速v的方向选取一段柱形流体,其横截面积为S
2 微元研究,作用时间Δt内的一段柱形流体的长度Δl=vΔt,对应的质量为Δm=ρSvΔt
3 建立方程,应用动量定理研究这段柱状流体
例1 日常生活中常用高压水枪清洗汽车,某高压水枪喷口直径为D,喷出水流的流速为v,水柱垂直射向汽车表面后速度变为零.已知水的密度为ρ.下列说法正确的是(  )
A.水柱对汽车的压强与水柱横截面积成正比
B.高压水枪单位时间内喷出的水的质量为πρD2
C.水柱对汽车的平均冲力为ρD2v2
D.若高压水枪喷口的出水速度变为原来的2倍,则水柱对汽车的平均冲力为原来的4倍
【变式训练1】 为测试某新车的性能,试验员驾驶该车在某实验路面上匀速行驶,运动过程中,前方空气与车作用后迅速与车共速,产生空气阻力.假设车头碰到空气前,空气的速度为零,已知该车的迎风面积为S,空气密度为ρ.在某次实验时,该车匀速运动时功率为P,若忽略车与地面的摩擦力,则该实验条件下空气阻力的表达式为(  )
A.        B.P2
C.P D.
知识点二 用动量定理解答多过程问题
【重难突破】
用动量定理解多过程问题
(1)对于过程较复杂的运动,可分段应用动量定理,也可整个过程应用动量定理.
(2)物体受多个力作用,力的方向和作用时间往往不同,列动量定理时应引起关注.
例2 在蹦床比赛中,一个质量为60 kg的运动员,从离水平网面3.2 m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0 m高处.已知运动员与网接触的时间为1.2 s,若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小.(g=10 m/s2)
【变式训练2】 高空坠物极易对行人造成伤害,若一枚质量约为50 g的鸡蛋从一居民楼的26层坠下,与地面的碰撞时间约为2 ms,每层楼高约为3 m,则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为(≈3.9)(  )
A.10 N  B.102 N  C.103 N  D.104 N
随堂自主检测
1.舞中幡是中国传承千年的杂技项目之一,在抛中幡表演中,杂技演员站在地上,将幡从胸口处竖直向上抛起,1.5 s后,在自己的胸口处开始接幡,并下蹲缓冲,经过0.5 s,将幡接稳在手中.若一根中幡质量约为20 kg,重力加速度g=10 m/s2.假设忽略幡运动过程中所受的空气阻力,杂技演员接幡过程中,幡对手的平均作用力大小为(  )
A.300 N B.500 N
C.600 N D.800 N
2.(多选)如图,水平桌面上,一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动.物体运动t0后,速度大小增为vm,此时撤去F,物体继续滑行2t0后停止运动.则(  )
A.整个过程中F所做的功为
B.整个过程中F的冲量大小等于mvm
C.F的大小等于滑动摩擦力大小的3倍
D.物体与桌面间的摩擦因数等于
3.福建属于台风频发地区,各类户外设施建设都要考虑台风影响.已知10级台风的风速范围为24.5 m/s~28.4 m/s,16级台风的风速范围为51.0 m/s~56.0 m/s.若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌,则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的(  )
A.2倍 B.4倍
C.8倍 D.16倍
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微专题(一) 用动量定理解答流体类问题和多过程问题
知识点一
重难突破
[例1] 解析:高压水枪单位时间喷出水的质量m=ρV=πρD2v,B错误;设水柱对汽车的平均冲力为F,垂直汽车表面方向,由动量定理得-FΔt=0-Δmv,Δt时间内水柱的质量为Δm=ρΔV=ρSvΔt=πρD2vΔt,解得水柱对汽车的平均冲力为F=πρD2v2,C错误;根据F=πρD2v2,若高压水枪喷口的出水速度变为原来的2倍,则水柱对汽车的平均冲力为原来的4倍,D正确;水柱对汽车的压强p===ρv2,水柱对汽车的压强与水柱横截面积无关,A错误.
答案:D
【变式训练1】 解析:设Δt时间内,与该车碰撞的空气的质量为Δm=ρ·ΔV=ρSv·Δt,对空气,根据动量定理则有F·Δt=Δmv-0,由牛顿第三定律可知,空气对车的阻力f=-F,汽车匀速运动时,则有P=fv,联立解得f=,A正确.
答案:A
知识点二
重难突破
[例2] 解析:方法一 分段法
设运动员从高为h1处下落,则刚接触网时的速度大小为v1=(方向向下),
弹跳后上升的高度设为h2,则刚离网时的速度大小为v2=(方向向上),
与网接触过程中,运动员受到向下的重力mg和网对其向上的弹力F,规定竖直向上为正方向,由动量定理得(F-mg)Δt=mv2-m(-v1),
解以上三式得F=mg+m,
代入数值可解得F=1 500 N.
方法二 整段法
从3.2 m高处自由下落的时间为t1= =0.8 s,
蹦到5.0 m高处的时间为t2= =1 s,
整个过程中运动员始终受重力作用,仅在与网接触的t0=1.2 s的时间内受到网对他向上的弹力FN的作用,设竖直向上为正方向,对全过程应用动量定理得FNt0-mg(t1+t2+t0)=0,则FN=1 500 N.
答案:1 500 N
【变式训练2】 解析:每层楼高约为3 m,鸡蛋下落的总高度为h=(26-1)×3 m=75 m,自由下落时间为t1= = s= s≈3.9 s,一枚鸡蛋的质量约为50 g,全过程根据动量定理可得mg(t1+t2)-Ft2=0,解得F== N=975.5 N≈1×103 N,该鸡蛋对地面产生的冲击力约为1×103 N,C正确.
答案:C
随堂自主检测
1.解析:中幡竖直向上抛起,1.5 s后在胸口处接住,根据竖直上抛的对称性,中幡下落到胸口的时间为t=0.75 s,则接幡时幡的速度v=gt=10×0.75 m/s=7.5 m/s,根据动量定理,规定竖直向下为正方向,则有(F+mg)t0=0-mv,解得手对幡的平均作用力为F=-500 N,方向竖直向上,根据牛顿第三定律得,幡对手的平均作用力大小为500 N,B正确.
答案:B
2.解析:0~t0时间内,根据动量定理可得Ft0-ft0=mvm-0,t0~3t0时间内,根据动量定理可得-f·2t0=0-mvm,联立可得F=3f,在此过程中F的冲量大小等于IF=3ft0=mvm,B、C正确;0~t0时间内,根据动能定理可得Fx1-fx1=-0,又F=3f,在此过程中F所做的功为WF=Fx1=,A错误;设物体与桌面间的摩擦因数为μ,t0~3t0时间内,根据动量定理可得-μmg·2t0=0-mvm,解得μ=,D错误.
答案:BC
3.解析:设空气的密度为ρ,风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的横截面积为S,在时间Δt的空气质量为Δm=ρSv·Δt,假定台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌的末速度变为零,对风由动量定理有-F·Δt=0-Δmv,可得F=ρSv2,10级台风的风速v1≈25 m/s,16级台风的风速v2≈50 m/s,则有=≈4,B正确.
答案:B
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用动量定理解答流体类问题和多过程问题
【重难突破】
流体类模型
流体及其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”,质量具有连续性,通常已知密度ρ
分析步骤 1 建立“柱状模型”,沿流速v的方向选取一段柱形流体,其横截面积为S
2 微元研究,作用时间Δt内的一段柱形流体的长度Δl=vΔt,对应的质量为Δm=ρSvΔt
3 建立方程,应用动量定理研究这段柱状流体
答案:D
答案:A
【重难突破】
用动量定理解多过程问题
(1)对于过程较复杂的运动,可分段应用动量定理,也可整个过程应用动量定理.
(2)物体受多个力作用,力的方向和作用时间往往不同,列动量定理时应引起关注.
例2 在蹦床比赛中,一个质量为60 kg的运动员,从离水平网面3.2 m高处自由下落,着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0 m高处.已知运动员与网接触的时间为1.2 s,若把在这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理,求此力的大小.(g=10 m/s2)
答案:1 500 N

答案:C
1.舞中幡是中国传承千年的杂技项目之一,在抛中幡表演中,杂技演员站在地上,将幡从胸口处竖直向上抛起,1.5 s后,在自己的胸口处开始接幡,并下蹲缓冲,经过0.5 s,将幡接稳在手中.若一根中幡质量约为20 kg,重力加速度g=10 m/s2.假设忽略幡运动过程中所受的空气阻力,杂技演员接幡过程中,幡对手的平均作用力大小为(  )
A.300 N B.500 N
C.600 N D.800 N
答案:B
解析:中幡竖直向上抛起,1.5 s后在胸口处接住,根据竖直上抛的对称性,中幡下落到胸口的时间为t=0.75 s,则接幡时幡的速度v=gt=10×0.75 m/s=7.5 m/s,根据动量定理,规定竖直向下为正方向,则有(F+mg)t0=0-mv,解得手对幡的平均作用力为F=-500 N,方向竖直向上,根据牛顿第三定律得,幡对手的平均作用力大小为500 N,B正确.
答案:BC
3.福建属于台风频发地区,各类户外设施建设都要考虑台风影响.已知10级台风的风速范围为24.5 m/s~28.4 m/s,16级台风的风速范围为51.0 m/s~56.0 m/s.若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌,则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的(  )
A.2倍 B.4倍
C.8倍 D.16倍
答案:B
1.一质量为2 kg的物块在合外力F的作用下从静止开始沿直线运动.F随时间t的变化规律如图所示,4 s末物块速度的大小为(  )
A.1 m/s B.2 m/s
C.4 m/s D.0
答案:A

2.如图所示,一个钢珠自空中自由下落,然后陷入沙坑中,不计空气阻力,把在空中下落的过程视为过程Ⅰ,进入沙坑直到停止的过程视为过程Ⅱ,则(  )
A.过程Ⅱ中钢珠的动量改变量等于零
B.过程Ⅱ中阻力的冲量大小等于过程Ⅰ中重力的冲量大小
C.整个过程中合外力的总冲量等于零
D.过程Ⅰ中钢珠动量的改变量大于重力的冲量
答案:C
解析:过程Ⅱ中钢珠的速度变化量不为零,所以钢珠动量的改变量不等于零,A错误;在整个过程中,根据动量定理知,总冲量为零,即过程Ⅱ中阻力的冲量大小等于过程Ⅰ中重力的冲量大小和过程Ⅱ中重力的冲量大小之和,所以过程Ⅱ中阻力的冲量大小大于过程Ⅰ中重力的冲量大小,B错误,C正确;过程Ⅰ中钢珠只受重力,根据动量定理可知,过程Ⅰ中钢珠动量的改变量等于重力的冲量,D错误.
答案:A
4.如图甲,某同学手持电吹风垂直向电子秤的托盘吹风,圆形出风口与托盘距离较近且风速恒定,吹在托盘上的风会从平行于托盘方向向四周散开,简化图如图乙.当电吹风设置在某挡位(吹风功率一定)垂直向托盘吹风时,电子秤示数与放上一质量为m的砝码时一致,出风口半径为r,空气密度为ρ,重力加速度大小为g.
答案:B
5.(多选)一辆玩具汽车在水平地面上做直线运动,其速度v与时间t的关系如图所示.已知玩具汽车的质量为2 kg,运动过程中受到的阻力f始终为车重的0.1,重力加速度g=10 m/s2,下列说法正确的是(  )
A.t=3 s时,汽车的加速度开始反向
B.0~3 s内,牵引力的冲量大小为18 N·s
C.3~4 s时间内因刹车额外产生的制动力的大小为12 N
D.0~6 s内,汽车克服阻力f做的功为32 J
答案:ABD
解析:由v-t图像可得,t=3 s时斜率由正值变为负值,所以t=3 s时汽车的加速度开始反向,A正确;0~3 s内,由动量定理可得I-0.1mgt1=mv1,其中t1=3 s,v1=6 m/s,解得0~3 s内牵引力的冲量大小为I=18 N·s,B正确;3~4 s内由图像可知加速度大小a=6 m/s2,由牛顿第二定律可得F+0.1mg=ma,计算可得因刹车额外产生的制动力的大小为10 N,C错误;v-t图像与时间轴围成的图形的面积表示位移大小,0~4 s内汽车的位移大小x1=12 m,克服阻力f做的功为Wf=0.1mgx1=24 J,4~6 s内汽车的位移大小x2=4 m,克服阻力f做的功为W′f=0.1mgx2=8 J,0~6 s内克服阻力f做的功为Wf总=24 J+8 J=32 J,D正确.
6.如图乙所示,一质量m=4 kg的物体静置在粗糙的水平地面上,物体与地面的摩擦因数μ=0.5,从t=0时刻开始对物体施加一水平力F,其大小如图甲所示.已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度g=10 m/s2,则在t=1.0 s物体的速度大小为(  )
A.1.25 m/s
B.2.25 m/s
C.2.75 m/s
D.6.25 m/s
答案:B
7.(多选)水平推力F1和F2分别作用于水平面上等质量的甲、乙两物体上,作用一段时间后撤去推力,物体将继续运动一段时间后停下来.两物体的v-t图像如图所示,图中线段AB∥CD,则整个运动过程中(  )
A.F1的冲量大于F2的冲量
B.F1的冲量等于F2的冲量
C.两物体受到的摩擦力大小相等
D.摩擦力对甲的冲量小于摩擦力对乙的冲量
答案:CD
解析:甲、乙先做加速运动,撤去推力后做减速运动.题图中线段AB∥CD,表明甲、乙两物体做匀减速运动的加速度相同,依题意,二者质量相等,由牛顿第二定律f=ma,两物体受到的摩擦力大小相等,C正确;因为整个运动过程中两物体的动量改变量均为零,由IF+If=0,推力的冲量大小等于物体受到的摩擦力的冲量大小,由题图可知,甲的运动时间小于乙的运动时间,所以摩擦力对甲的冲量小于摩擦力对乙的冲量,则F1的冲量小于F2的冲量,A、B错误,D正确.
8.如图,嫦娥六号于2024年6月2日6时23分成功着陆在月球背面南极-艾特肯盆地预选着陆区,开启人类探测器首次在月球背面实施的样品采集任务.着陆前探测器先在离月面高度为h的圆轨道做周期为T的圆周运动,随后实施降轨,当离月面高度为100 m时悬停避障.
答案:B
9.(16分)生活中常用高压水枪清洗汽车,当高速水流射向物体,会对物体表面产生冲击力,从而实现洗去污垢的效果.图为利用水枪喷水洗车的简化示意图.已知水枪喷水口的横截面积为S,水的密度为ρ,不计流体内部的黏滞力.假设水流垂直打到车身表面后不反弹,测得水枪管口单位时间内喷出水流体积为Q.
(1)求水枪喷水口喷出水流的速度大小v;


(2)高压水枪通过动力装置将水由静止加速喷出,求喷水时动力装置的输出功率P至少有多大;

(3)清洗车身时,汽车静止不动,忽略水流喷出后在竖直方向的运动.计算水流对车身表面的平均作用力的大小F.

10.(16分)泥石流是指由于降水(暴雨、冰川、积雪融化等)在沟谷或山坡上产生的一种挟带大量泥砂、石块和巨砾等固体物质的特殊洪流.泥石流流动的全过程虽然只有很短时间,但由于其高速前进,具有强大的能量,因而破坏性极大.某课题小组对泥石流的威力进行了模拟研究,他们设计了如图甲所示的模型:在水平地面上放置一个质量为m=4 kg的物体,让其在随时间均匀减小的水平推力作用下运动,推力F随时间变化如图乙所示,已知物体与地面间的摩擦因数为μ=0.5,g=10 m/s2.
(1)求物体在运动过程中的最大加速度大小.
答案:10 m/s2 

(2)从出发经多长时间,速度达到最大?
答案:2 s 
解析:由图像可知,F随t变化的函数方程为F=60-20t,
速度最大时,合力为0,即F=μmg,
所以t=2 s.
(3)物体在水平面上运动多长时间停下?
答案:4.5 s