高中物理教科版选修3-5 动量守恒定律 学案 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理教科版选修3-5 动量守恒定律 学案 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 261.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-10-12 14:47:47 | ||
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文档简介
章末总结
/知 识 网 络
动量
/解题思路与方法
1．动量、冲量都是矢量，动量定理、动量守恒定律的表达式都是矢量式．解题时，先要规定正方向，与正方向相同的力，速度、动量都是正值，反之则都是负值，取好正、负值再代入表达式进行计算．方向不能确定的，先假定为正方向，算出结果为正值，则与假定方向相同，算出结果为负值，则与假定方向相反．
2．碰撞是现实生活和科技中经常遇到的问题，处理碰撞问题的原则是：①由于碰撞时间很短，物体位移可忽略，即原地碰撞．②在碰撞瞬间，内力远远大于外力，碰撞过程动量守恒．③碰后系统的动能一定小于或等于碰前系统的动能，即动能不增加．④物体的速度大小、方向应符合实际情况．追击碰撞前，后面物体的速度大于前面物体的速度；碰撞后如果两物体仍向原方向运动，后面物体的速度应小于或等于前面物体的速度．
3．在涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理过程时，必须注意到一般这些过程中均隐含着系统中有机械能与其他形式能量之间的转化．例如碰撞过程，机械能一定不会增加；爆炸过程，一定有化学能(或内能)转化为机械能；绳绷紧时动能一定有损失．对于碰撞、爆炸、打击问题，作用时间一般极短，遵守动量守恒定律．
/体 验 高 考
1．(2017·全国卷Ⅰ)将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出．在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)( )
A．30 kg·m/s B．5.7×102 kg·m/s
C．6.0×102 kg·m/s D．6.3×102 kg·m/s
【解析】设火箭的质量(不含燃气)为m1，燃气的质量为m2，根据动量守恒，m1v1＝m2v2，解得火箭的动量为：p＝m1v1＝m2v2＝30 kg·m/s，所以A正确，B、C、D错误．
【答案】A
2．(2017·海南)光滑水平桌面上有P、Q两个物块，Q的质量是P的n倍．将一轻弹簧置于P、Q之间，用外力缓慢压P、Q.撤去外力后，P、Q开始运动，P和Q的动量大小的比值为( )
A．n2 B．n C. D．1
【解析】撤去外力后，系统所受合外力为零，总动量守恒，设P的动量方向为正方向，则有pP－pQ＝0，故动量大小之比为1，选D.
【答案】D
3．(2018·全国卷Ⅰ)一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空．当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动．爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量．求：
(1)烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；
(2)爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度．
【解析】(1)设烟花弹上升的初速度为v0，由题给条件有
E＝mv ①
设烟花弹从地面开始上升到火药爆炸所用的时间为t，由运动学公式有
0－v0＝－gt ②
联立①②式得
t＝ ③
(2)设爆炸时烟花弹距地面的高度为由机械能守恒定律有
E＝mgh1 ④
火药爆炸后，烟花弹上、下两部分均沿竖直方向运动，设炸后瞬间其速度分别为v1和v2，由题给条件和动量守恒定律有
mv＋mv＝E ⑤
mv1＋mv2＝0 ⑥
由⑥式知，烟花弹两部分的速度方向相反，向上运动部分做竖直上抛运动，设爆炸后烟花弹上部分继续上升的高度为h2，由机械能守恒定律有
mv＝mgh2 ⑦
联立④⑤⑥⑦式得，烟花弹上部分距地面的最大高度为
h＝h1＋h2＝ ⑧
4．(2016·全国卷Ⅱ)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中．为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开．忽略空气阻力．已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g.求
(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；
(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度．
【解析】(1)设Δt时间内，从喷口喷出的水的体积为ΔV，质量为Δm，则
Δm＝ρΔV①
ΔV＝v0SΔt②
由①②式得，单位时间内从喷口喷出的水的质量为
＝ρv0S③
(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v.对于Δt时间内喷出的水，由能量守恒得
Δmv2＋Δmgh＝Δmv④
在h高度处，Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为
Δp＝Δmv⑤
设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有
FΔt＝Δp⑥
由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得
F＝Mg⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
h＝－⑧
/
5．(2016·上海)如图，粗糙水平面上，两物体A、B以轻绳相连，在恒力F作用下做匀速运动．某时刻轻绳断开，A在F牵引下继续前进，B最后静止．则在B静止前，A和B组成的系统动量________．(选填“守恒”或“不守恒”)在B静止后，A和B组成的系统动量__________．(选填“守恒”或“不守恒”)
【解析】轻绳断开前，A、B做匀速运动，系统受到的拉力F和摩擦力平衡，合外力等于零，即F－fA－fB＝0，所以系统动量守恒；当轻绳断开B静止之前，A、B系统的受力情况不变，即F－fA－fB＝0，所以系统的动量依然守恒；当B静止后，系统的受力情况发生改变，即F－fA＝mAa，系统合外力不等于零，系统动量不守恒．
【答案】守恒 不守恒
6．(2016·天津)如图所示，方盒A静止在光滑的水平面上，盒内有一小滑块B，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v开始向左运动，与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞，滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则此时盒的速度大小为________，滑块相对于盒运动的路程为________．
/
【解析】由于水平面光滑，则滑块与盒碰撞时动量守恒，故有：
mv＝(M＋m)v1，且M＝2m
相对静止时的共同速度v1＝＝
由功能关系知：μmgs＝mv2－(M＋m)v
解得滑块相对盒的路程s＝.
【答案】
/知 识 网 络
动量
/解题思路与方法
1．动量、冲量都是矢量，动量定理、动量守恒定律的表达式都是矢量式．解题时，先要规定正方向，与正方向相同的力，速度、动量都是正值，反之则都是负值，取好正、负值再代入表达式进行计算．方向不能确定的，先假定为正方向，算出结果为正值，则与假定方向相同，算出结果为负值，则与假定方向相反．
2．碰撞是现实生活和科技中经常遇到的问题，处理碰撞问题的原则是：①由于碰撞时间很短，物体位移可忽略，即原地碰撞．②在碰撞瞬间，内力远远大于外力，碰撞过程动量守恒．③碰后系统的动能一定小于或等于碰前系统的动能，即动能不增加．④物体的速度大小、方向应符合实际情况．追击碰撞前，后面物体的速度大于前面物体的速度；碰撞后如果两物体仍向原方向运动，后面物体的速度应小于或等于前面物体的速度．
3．在涉及碰撞、爆炸、打击、绳绷紧等物理过程时，必须注意到一般这些过程中均隐含着系统中有机械能与其他形式能量之间的转化．例如碰撞过程，机械能一定不会增加；爆炸过程，一定有化学能(或内能)转化为机械能；绳绷紧时动能一定有损失．对于碰撞、爆炸、打击问题，作用时间一般极短，遵守动量守恒定律．
/体 验 高 考
1．(2017·全国卷Ⅰ)将质量为1.00 kg的模型火箭点火升空，50 g燃烧的燃气以大小为600 m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出．在燃气喷出后的瞬间，火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)( )
A．30 kg·m/s B．5.7×102 kg·m/s
C．6.0×102 kg·m/s D．6.3×102 kg·m/s
【解析】设火箭的质量(不含燃气)为m1，燃气的质量为m2，根据动量守恒，m1v1＝m2v2，解得火箭的动量为：p＝m1v1＝m2v2＝30 kg·m/s，所以A正确，B、C、D错误．
【答案】A
2．(2017·海南)光滑水平桌面上有P、Q两个物块，Q的质量是P的n倍．将一轻弹簧置于P、Q之间，用外力缓慢压P、Q.撤去外力后，P、Q开始运动，P和Q的动量大小的比值为( )
A．n2 B．n C. D．1
【解析】撤去外力后，系统所受合外力为零，总动量守恒，设P的动量方向为正方向，则有pP－pQ＝0，故动量大小之比为1，选D.
【答案】D
3．(2018·全国卷Ⅰ)一质量为m的烟花弹获得动能E后，从地面竖直升空．当烟花弹上升的速度为零时，弹中火药爆炸将烟花弹炸为质量相等的两部分，两部分获得的动能之和也为E，且均沿竖直方向运动．爆炸时间极短，重力加速度大小为g，不计空气阻力和火药的质量．求：
(1)烟花弹从地面开始上升到弹中火药爆炸所经过的时间；
(2)爆炸后烟花弹向上运动的部分距地面的最大高度．
【解析】(1)设烟花弹上升的初速度为v0，由题给条件有
E＝mv ①
设烟花弹从地面开始上升到火药爆炸所用的时间为t，由运动学公式有
0－v0＝－gt ②
联立①②式得
t＝ ③
(2)设爆炸时烟花弹距地面的高度为由机械能守恒定律有
E＝mgh1 ④
火药爆炸后，烟花弹上、下两部分均沿竖直方向运动，设炸后瞬间其速度分别为v1和v2，由题给条件和动量守恒定律有
mv＋mv＝E ⑤
mv1＋mv2＝0 ⑥
由⑥式知，烟花弹两部分的速度方向相反，向上运动部分做竖直上抛运动，设爆炸后烟花弹上部分继续上升的高度为h2，由机械能守恒定律有
mv＝mgh2 ⑦
联立④⑤⑥⑦式得，烟花弹上部分距地面的最大高度为
h＝h1＋h2＝ ⑧
4．(2016·全国卷Ⅱ)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中．为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开．忽略空气阻力．已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g.求
(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；
(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度．
【解析】(1)设Δt时间内，从喷口喷出的水的体积为ΔV，质量为Δm，则
Δm＝ρΔV①
ΔV＝v0SΔt②
由①②式得，单位时间内从喷口喷出的水的质量为
＝ρv0S③
(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v.对于Δt时间内喷出的水，由能量守恒得
Δmv2＋Δmgh＝Δmv④
在h高度处，Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为
Δp＝Δmv⑤
设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有
FΔt＝Δp⑥
由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得
F＝Mg⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
h＝－⑧
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5．(2016·上海)如图，粗糙水平面上，两物体A、B以轻绳相连，在恒力F作用下做匀速运动．某时刻轻绳断开，A在F牵引下继续前进，B最后静止．则在B静止前，A和B组成的系统动量________．(选填“守恒”或“不守恒”)在B静止后，A和B组成的系统动量__________．(选填“守恒”或“不守恒”)
【解析】轻绳断开前，A、B做匀速运动，系统受到的拉力F和摩擦力平衡，合外力等于零，即F－fA－fB＝0，所以系统动量守恒；当轻绳断开B静止之前，A、B系统的受力情况不变，即F－fA－fB＝0，所以系统的动量依然守恒；当B静止后，系统的受力情况发生改变，即F－fA＝mAa，系统合外力不等于零，系统动量不守恒．
【答案】守恒 不守恒
6．(2016·天津)如图所示，方盒A静止在光滑的水平面上，盒内有一小滑块B，盒的质量是滑块的2倍，滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ.若滑块以速度v开始向左运动，与盒的左、右壁发生无机械能损失的碰撞，滑块在盒中来回运动多次，最终相对于盒静止，则此时盒的速度大小为________，滑块相对于盒运动的路程为________．
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【解析】由于水平面光滑，则滑块与盒碰撞时动量守恒，故有：
mv＝(M＋m)v1，且M＝2m
相对静止时的共同速度v1＝＝
由功能关系知：μmgs＝mv2－(M＋m)v
解得滑块相对盒的路程s＝.
【答案】