2019-2020學年高中物理 第十六章 動量守恒定律 習題課 動量守恒定律的應(yīng)用課件 新人教版選修3-5.ppt

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習題課 動量守恒定律的應(yīng)用 探究一 探究二 探究三 動量守恒條件的擴展應(yīng)用問題探究如圖所示 一輛沙車的總質(zhì)量為m0 靜止于光滑的水平面上 一個質(zhì)量為m的物體A以速度v落入沙車中 v與水平方向成 角 請思考 如果把沙車和物體A看作一個系統(tǒng) 那么系統(tǒng)的動量守恒嗎 物體落入砂車后車的速度v 是多少 要點提示 物體和車作用時總動量不守恒 而水平面光滑 系統(tǒng)在水平方向上動量守恒 即mvcos m0 m v 得 方向與v的水平分量方向相同 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 動量守恒定律成立的條件 1 系統(tǒng)不受外力作用 這是一種理想化的情形 如宇宙中兩星球的碰撞 微觀粒子間的碰撞都可視為這種情形 2 系統(tǒng)受外力作用 但所受合外力為零 像光滑水平面上兩物體的碰撞就是這種情形 3 系統(tǒng)受外力作用 但當系統(tǒng)所受的外力遠遠小于系統(tǒng)內(nèi)各物體間的內(nèi)力時 系統(tǒng)的總動量近似守恒 例如 拋出去的手榴彈在空中爆炸的瞬間 彈片所受火藥爆炸時的內(nèi)力遠大于其重力 重力完全可以忽略不計 系統(tǒng)的動量近似守恒 4 系統(tǒng)受外力作用 所受的合外力不為零 但在某一方向上合外力為零 則系統(tǒng)在該方向上動量守恒 探究一 探究二 探究三 2 某一方向上動量守恒問題動量守恒定律的適用條件是普遍的 當系統(tǒng)所受的合外力不為零時 系統(tǒng)的總動量不守恒 但是合外力在某個方向上的分量為零時 那么在該方向上系統(tǒng)的動量分量是守恒的 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題1 一彈丸在飛行到距離地面5m高時僅有水平速度v 2m s 爆炸成為甲 乙兩塊水平飛出 甲 乙的質(zhì)量比為3 1 不計質(zhì)量損失 重力加速度g取10m s2 則下列圖中兩塊彈片飛行的軌跡可能正確的是 探究一 探究二 探究三 解析 彈丸在爆炸過程中 水平方向的動量守恒 有 解得4v0 3v甲 v乙 爆炸后兩塊彈片均做平拋運動 豎直方向有 水平方向?qū)?乙兩彈片分別有x甲 v甲t x乙 v乙t 代入各圖中數(shù)據(jù) 可知B正確 答案 B歸納總結(jié)分析動量是否守恒 首先要明確所研究的系統(tǒng) 分清外力和內(nèi)力 如果外力矢量和為0 則系統(tǒng)的動量守恒 探究一 探究二 探究三 變式訓練1 多選 質(zhì)量為m1和m0的滑塊用輕彈簧連接 以恒定速度v沿光滑水平面運動 與位于正對面的質(zhì)量為m的靜止滑塊發(fā)生碰撞 如圖所示 碰撞時間極短 在此過程中 下列情況可能發(fā)生的是 A m1 m0 m速度均發(fā)生變化 碰后分別為v1 v2 v3 且滿足 m1 m0 v m1v1 mv2 m0v3B m0的速度不變 m1和m的速度變?yōu)関1和v2 且滿足m1v m1v1 mv2C m0的速度不變 m1和m的速度都變?yōu)関 且滿足m1v m1 m v D m1 m0 m速度均發(fā)生變化 m1和m0的速度都變?yōu)関1 m的速度變?yōu)関2 且滿足 m1 m0 v m1 m0 v1 mv2 探究一 探究二 探究三 解析 m1和m碰撞時間極短 在極短的時間內(nèi)彈簧形變極小 可忽略不計 因而m0在水平方向上沒有受到外力作用 動量不變 速度不變 可以認為碰撞過程中m0沒有參與 只涉及m1和m 由于水平面光滑 彈簧形變極小 所以m1和m組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒 兩者碰撞后可能具有共同速度 也可能分開 所以只有B C正確 答案 BC 探究一 探究二 探究三 變式訓練2 多選 如圖所示 在光滑的水平面上有一靜止的斜面 斜面光滑 現(xiàn)有一個小球從斜面頂點由靜止釋放 在小球下滑的過程中 以下說法正確的是 A 斜面和小球組成的系統(tǒng)動量守恒B 斜面和小球組成的系統(tǒng)僅在水平方向上動量守恒C 斜面向右運動D 斜面靜止不動解析 球和斜面組成的系統(tǒng)在水平方向上不受外力作用 故水平方向動量守恒 小球下滑時 對地有向下的加速度 即系統(tǒng)存在向下的加速度 故系統(tǒng)豎直方向上所受合外力不為零 合外力向下 因此不能說系統(tǒng)動量守恒 答案 BC 探究一 探究二 探究三 多物體 多過程動量守恒定律的應(yīng)用問題探究如圖所示 兩輛質(zhì)量相同的小車置于光滑的水平面上 有一人靜止站在A車上 兩車靜止 若這個人自A車跳到B車上 接著又跳回A車 并靜止于A車上 1 人跳離A車的過程中 人和A車組成的系統(tǒng)動量守恒嗎 2 人跳上B車再跳離B車的過程中 人和B車組成的系統(tǒng)動量守恒嗎 3 人從A車跳到B車上又跳回A車的過程中 人和A B兩車組成的系統(tǒng)動量守恒嗎 探究一 探究二 探究三 要點提示 1 人跳離A車的過程中 人和A車之間的力是內(nèi)力 系統(tǒng)動量守恒 2 人跳上B車再跳離B車的過程中 人和B車之間的力也是內(nèi)力 因此系統(tǒng)動量也是守恒的 3 人從A車跳到B車上又跳回A車的過程中 它們之間的力都是內(nèi)力 水平面光滑 三者組成的系統(tǒng)動量守恒 探究一 探究二 探究三 知識歸納對于由多個物體組成的系統(tǒng) 由于物體較多 作用過程較為復雜 這時往往要根據(jù)作用過程中的不同階段 將系統(tǒng)內(nèi)的物體按作用的關(guān)系分成幾個小系統(tǒng) 對不同階段 不同的小系統(tǒng)準確選取初 末狀態(tài) 分別列動量守恒定律方程求解 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題2 如圖所示 A B兩個木塊質(zhì)量分別為2kg與0 9kg A B與水平地面間接觸光滑 上表面粗糙 質(zhì)量為0 1kg的鐵塊以10m s的速度從A的左端向右滑動 最后鐵塊與B的共同速度大小為0 5m s 求 1 A的最終速度大小 2 鐵塊剛滑上B時的速度大小 探究一 探究二 探究三 解析 1 選鐵塊和木塊A B為一系統(tǒng) 取水平向右為正方向 由系統(tǒng)總動量守恒得mv mB m vB mAvA可求得vA 0 25m s 2 設(shè)鐵塊剛滑上B時的速度為v 此時A B的速度均為vA 0 25m s 由系統(tǒng)動量守恒得mv mv mA mB vA可求得v 2 75m s 答案 1 0 25m s 2 2 75m s規(guī)律總結(jié)處理多物體 多過程動量守恒問題應(yīng)注意的事項1 注意正方向的選取 2 研究對象的選取 是取哪幾個物體為系統(tǒng) 3 研究過程的選取 應(yīng)明確哪個過程中動量守恒 探究一 探究二 探究三 變式訓練3如圖所示 光滑水平面上有三個木塊A B C 質(zhì)量分別為mA mC 2m mB m A B用細繩連接 中間有一壓縮的彈簧 彈簧與木塊不拴接 開始時A B以共同速度v0運動 C靜止 某時刻細繩突然斷開 A B被彈開 然后B又與C發(fā)生碰撞并粘在一起 最終三木塊速度恰好相同 求B與C碰撞前B的速度 探究一 探究二 探究三 解析 細繩斷開后 在彈簧彈力的作用下 A做減速運動 B做加速運動 最終三者以共同速度向右運動 設(shè)共同速度為v A和B分開后 B的速度為vB 對三個木塊組成的系統(tǒng) 整個過程總動量守恒 取v0的方向為正方向 則有 mA mB v0 mA mB mC v對A B兩個木塊 分開過程滿足動量守恒 則有 mA mB v0 mAv mBvB聯(lián)立以上兩式可得 B與C碰撞前B的速度為vB 95v0 答案 95v0 探究一 探究二 探究三 動量守恒定律應(yīng)用中的臨界問題分析問題探究如圖所示 甲車質(zhì)量m1 20kg 車上有質(zhì)量m0 50kg的人 甲車 連同車上的人 以v 3m s的速度向右滑行 此時質(zhì)量m2 50kg的乙車正以v0 1 8m s的速度迎面滑來 為了避免兩車相撞 當兩車相距適當距離時 人從甲車跳到乙車上 求人跳出甲車的水平速度 相對地面 應(yīng)當在什么范圍以內(nèi)才能避免兩車相撞 不計地面和小車的摩擦 且乙車足夠長 探究一 探究二 探究三 要點提示 人跳到乙車上后 如果兩車同向 甲車的速度小于或等于乙車的速度就可以避免兩車相撞 以人 甲車 乙車組成系統(tǒng) 由水平方向動量守恒得 m1 m0 v m2v0 m1 m2 m0 v 解得v 1m s 以人與甲車為一系統(tǒng) 人跳離甲車過程水平方向動量守恒 得 m1 m0 v m1v m0vt 解得vt 3 8m s 因此 只要人跳離甲車的速度vt 3 8m s 就可避免兩車相撞 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 在動量守恒定律的應(yīng)用中 常常會遇到相互作用的兩物體相距最近 避免相碰和物體開始反向運動等臨界問題 2 分析臨界問題的關(guān)鍵是尋找臨界狀態(tài) 臨界狀態(tài)的出現(xiàn)是有條件的 這個條件就是臨界條件 臨界條件往往表現(xiàn)為某個 或某些 物理量的特定取值 3 在與動量相關(guān)的臨界問題中 臨界條件常常表現(xiàn)為兩物體的相對速度關(guān)系與相對位移關(guān)系 這些特定關(guān)系的判斷是求解這類問題的關(guān)鍵 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題3 如圖所示 甲 乙兩小孩各乘一輛冰車在水平冰面上游戲 甲和他的冰車總質(zhì)量共為m0 30kg 乙和他的冰車總質(zhì)量m0 30kg 游戲時 甲推著一個質(zhì)量為m 15kg的箱子和他一起以v0 2m s的速度滑行 乙以同樣大小的速度迎面滑來 為了避免相撞 甲突然將箱子沿冰面推給乙 箱子滑到乙處 乙迅速抓住 若不計冰面摩擦 1 若甲將箱子以速度v推出 甲的速度變?yōu)槎嗌?用字母表示 2 設(shè)乙抓住迎面滑來的速度為v的箱子后反向運動 乙抓住箱子后的速度變?yōu)槎嗌?用字母表示 3 若甲 乙最后不相撞 甲 乙的速度應(yīng)滿足什么條件 箱子被推出的速度至少多大 探究一 探究二 探究三 1 2 3 1 多選 如圖所示 A B兩木塊緊靠在一起且靜止于光滑水平面上 物塊C以一定的初速度v0從A的左端開始向右滑行 最后停在B木塊的右端 對此過程 下列敘述正確的是 A 當C在A上滑行時 A C組成的系統(tǒng)動量守恒B 當C在B上滑行時 B C組成的系統(tǒng)動量守恒C 無論C是在A上滑行還是在B上滑行 A B C組成的系統(tǒng)動量都守恒D 當C在B上滑行時 A B C組成的系統(tǒng)動量不守恒 4 5 1 2 3 解析 當C在A上滑行時 對A C組成的系統(tǒng) B對A的作用力為外力 不等于0 故系統(tǒng)動量不守恒 選項A錯誤 當C在B上滑行時 A B已分離 對B C組成的系統(tǒng) 沿水平方向不受外力作用 故系統(tǒng)動量守恒 選項B正確 若將A B C視為一個系統(tǒng) 則沿水平方向無外力作用 系統(tǒng)動量守恒 選項C正確 選項D錯誤 答案 BC 4 5 1 2 3 2 多選 如圖所示 小車放在光滑的水平面上 將系著繩的小球拉開到一定的角度 然后同時放開小球和小車 那么在以后的過程中 A 小球向左擺動時 小車也向左運動 且系統(tǒng)動量守恒B 小球向左擺動時 小車向右運動 且系統(tǒng)在水平方向上動量守恒C 小球向左擺到最高點 小球的速度為零而小車的速度不為零D 在任意時刻 小球和小車在水平方向上的動量一定大小相等 方向相反 4 5 1 2 3 解析 以小球和小車組成的系統(tǒng)為研究對象 在水平方向上不受外力的作用 所以系統(tǒng)在水平方向上動量守恒 由于初始狀態(tài)小車與小球均靜止 所以小球與小車在水平方向上的動量要么都為零 要么大小相等 方向相反 所以A C錯 B D對 答案 BD 4 5 1 2 3 3 如圖所示 質(zhì)量為m0的盒子放在光滑的水平面上 盒子內(nèi)表面不光滑 盒內(nèi)放有一塊質(zhì)量為m的物體 從某一時刻起給m一個水平向右的初速度v0 那么在物塊與盒子前后壁多次往復碰撞后 A 兩者的速度均為零B 兩者的速度總不會相等 解析 物體與盒子組成的系統(tǒng)所受合外力為零 物體與盒子前后壁多次往復碰撞后 以速度v共同運動 由動量守恒定律得mv0 m0 m v 故 向右 D項對 答案 D 4 5 1 2 3 4 5 4 將質(zhì)量為1 00kg的模型火箭點火升空 50g燃燒的燃氣以大小為600m s的速度從火箭噴口在很短時間內(nèi)噴出 在燃氣噴出后的瞬間 火箭的動量大小為 噴出過程中重力和空氣阻力可忽略 A 30kg m sB 5 7 102kg m sC 6 0 102kg m sD 6 3 102kg m s解析 根據(jù)動量守恒定律得 0 Mv1 mv2 故火箭的動量與燃氣的動量等大反向 故p Mv1 mv2 0 05kg 600m s 30kg m s 答案 A 1 2 3 4 5 5 多選 如圖所示 A B兩物體的中間用一段細繩相連并有一壓縮的彈簧 放在平板小車C上后 A B C均處于靜止狀態(tài) 若地面光滑 則在細繩被剪斷后 A B從C上未滑離之前 A B在C上向相反方向滑動的過程中 A 若A B與C之間的摩擦力大小相同 則A B組成的系統(tǒng)動量守恒 A B C組成的系統(tǒng)動量守恒B 若A B與C之間的摩擦力大小相同 則A B組成的系統(tǒng)動量不守恒 A B C組成的系統(tǒng)動量守恒C 若A B與C之間的摩擦力大小不相同 則A B組成的系統(tǒng)動量不守恒 A B C組成的系統(tǒng)動量不守恒D 若A B與C之間的摩擦力大小不相同 則A B組成的系統(tǒng)動量不守恒 A B C組成的系統(tǒng)動量守恒 1 2 3 4 5 解析 對于A B C組成的系統(tǒng) 無論是彈簧彈力還是摩擦力 都是內(nèi)力 無論A B與C之間的摩擦力大小是否相等 系統(tǒng)所受的合外力均為零 系統(tǒng)動量守恒 對于A B兩物體組成的系統(tǒng) 彈簧的彈力為內(nèi)力 A B與C之間的摩擦力為外力 A B與C之間的摩擦力大小相同時 系統(tǒng)所受合外力為零 A B組成的系統(tǒng)動量守恒 若A B與C之間的摩擦力大小不相同 系統(tǒng)所受合外力不為零 系統(tǒng)動量不守恒 選AD 答案 AD