高考物理复习第六章动量守恒定律第2讲碰撞反冲和火箭市赛课公开课一等奖省名师优质课获奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第,2,讲,碰撞反冲和火箭,第六章 动量守恒定律,1/61,内容索引,基础,知识梳理,命题点一,碰撞问题分析,命题点二,弹性正碰模型问题,命题点三,反冲运动及应用,盘查拓展点,课时作业,2/61,1,基础知识梳理,1,3/61,一、碰撞及特征,1.,碰撞,碰撞是两个或两个以上物体在相同,时间内产生,相互作用过程,.,2.,碰撞特征,(1),作用时间,.,(2),作用力改变,.,(3),内力,外力,.,(4),满足,.,极短,非常大,短,快,远大于,动量守恒,4/61,二、三种碰撞类型,1.,弹性碰撞1),动量守恒：,m,1,v,1,m,2,v,2,m,1,v,1,m,2,v,2,当,v,2,0,时，有,v,1,，,v,2,.,(3),推论：质量相等，大小、材料完全相同弹性小球发生弹性碰撞，碰后,.,即,v,1,v,2,，,v,2,v,1,.,交换速度,5/61,2.,非弹性碰撞,(1),动量守恒：,m,1,v,1,m,2,v,2,m,1,v,1,m,2,v,2,(2),机械能降低，损失机械能转化为内能,|,E,k,|,E,k,初,E,k,末,Q,3.,完全非弹性碰撞,(1),动量守恒：,m,1,v,1,m,2,v,2,(,m,1,m,2,),v,共,(2),碰撞中机械能损失最多,|,E,k,|,_,6/61,三、碰撞现象满足规律,(1),动量守恒定律,.,(2),机械能不,(,弹性碰撞机械能守恒、非弹性碰撞机械能降低,).,(3),速度要合理,.,碰前两物体同向运动，若要发生碰撞，则应有,v,后,v,前,(,填,“,”“,”,或,“,”,),，碰后原来在前物体速度一定,，若碰后两物体同向运动，则应有,v,前,v,后,.,碰前两物体相向运动，碰后两物体运动方向不可能都不改变,.,增加,增大,7/61,四、爆炸和反冲运动,1.,爆炸,爆炸过程中内力远大于外力，爆炸各部分组成系统总动量,.,2.,反冲运动,(1),物体在内力作用下分裂为两个不一样部分而且这两部分向,方向运动现象2),反冲运动中，相互作用力普通较大，通常能够用,定律来处理,.,守恒,相反,动量守恒,8/61,1.(,多项选择,),A,、,B,两球在光滑水平面上做相向运动，已知,m,A,m,B,，当两球相碰后,.,其中一球停顿，则能够断定,A.,碰前,A,动量等于,B,动量,B.,碰前,A,动量大于,B,动量,C.,若碰后,A,速度为零，则碰前,A,动量大于,B,动量,D.,若碰后,B,速度为零，则碰前,A,动量小于,B,动量,答案,基础题组自测,9/61,2.,将静置在地面上、质量为,M,(,含燃料,),火箭模型点火升空，在极短时间内以相对地面速度,v,0,竖直向下喷出质量为,m,炽热气体,.忽略喷气过程重力和空气阻力影响，则喷气结束时火箭模型取得速度大小是,答案,10/61,3.(,人教版选修,3,5P21,第,2,题,),质量为,m,、速度为,v,A,球跟质量为,3,m,静止,B,球发生正碰,.,碰撞可能是弹性，也可能是非弹性，所以，碰撞后,B,球速度允许有不一样值,.,请你论证：碰撞后,B,球速度可能是以下值吗？,(1)0.6,v,；,(2)0.4,v,；,(3)0.2,v,.,答案,(2),可能,解析,11/61,若是弹性碰撞，,m,v,m,v,1,3,m,v,2,若是完全非弹性碰撞，则：,12/61,4.(,人教版选修,3,5P24,第,1,题,),一个连同装备共有,100 kg,宇航员，脱离宇宙飞船后，在离飞船,45 m,位置与飞船处于相对静止状态,.,装备中有一个高压气源，能以,50 m/s,速度喷出气体,.,宇航员为了能在,10 min,内返回飞船，他需要在开始返回瞬间一次性向后喷出多少气体？,答案,0.15 kg,解析,取宇航员连同装备整体为研究对象，,0,(,M,m,),v,1,m,v,2,x,v,1,t,解得：,m,0.15 kg.,13/61,2,1,2,命题点,一,碰撞问题分析,14/61,物体碰撞是否为弹性碰撞判断,弹性碰撞是碰撞过程中无机械能损失碰撞，遵照规律是动量守恒定律和机械能守恒定律，确切地说是碰撞前后系统动量守恒，动能不变,.,(1),题目中明确告诉物体间碰撞是弹性碰撞,.,(2),题目中明确告诉是弹性小球、光滑钢球或分子,(,原子等微观粒子,),碰撞，都是弹性碰撞,.,15/61,如图所表示，一质量,M,2 kg,带有弧形轨道平台置于足够长水平轨道上，弧形轨道与水平轨道平滑连接，水平轨道上静置一小球,B,.,从弧形轨道上距离水平轨道高,h,0.3 m,处由静止释放一质量,m,A,1 kg,小球,A,，小球,A,沿轨道下滑后与小球,B,发生弹性正碰，碰后小球,A,被弹回，且恰好追不上平台,.,已知全部接触面均光滑，重力加速度为,g,10 m/s,2,.,求小球,B,质量,.,【,例,1】,答案,解析,分析,3 kg,题眼,题眼,A,反弹后速度与轨道速度相等,16/61,小球和轨道系统,0,m,A,v,1,M,v,联立解得,v,1,2 m,/s,，,v,1 m/,s,恰好追不上平台，,A,反弹后速度,v,1,1 m/s,对,A,、,B,系统,m,A,v,1,m,A,v,1,m,B,v,2,联立解得,m,B,3 kg.,17/61,处理碰撞问题思绪和方法,1.,对一个给定碰撞，首先要看动量是否守恒，其次再看总动能是否增加,.,2.,一个符合实际碰撞，除动量守恒外还要满足能量守恒，注意碰撞完成后不可能发生二次碰撞速度关系判定,.,方法感悟,18/61,题组阶梯突破,1.(,多项选择,),两个小球,A,、,B,在光滑水平面上相向运动，已知它们质量分别是,m,1,4 kg,，,m,2,2 kg,，,A,速度,v,1,3 m/s,(,设为正,),，,B,速度,v,2,3 m/s,，则它们发生正碰后，其速度可能分别是,A.,均为,1 m/s,B.,4 m,/s,和,5 m/,s,C.,2 m,/s,和,1 m/,s,D.,1 m,/s,和,5 m/,s,答案,解析,19/61,由动量守恒，可验证四个选项都满足要求,.,再看动能情况,因为碰撞过程动能不可能增加，所以应有,E,k,E,k,，可排除选项,B.,选项,C,虽满足,E,k,E,k,，但,A,、,B,沿同一直线相向运动，发生碰撞后各自仍能保持原来速度方向v,A,0,，,v,B,0),，这显然是不符合实际，所以,C,错误,.,验证选项,A,、,D,均满足,E,k,E,k,，故答案为选项,A(,完全非弹性碰撞,),和选项,D(,弹性碰撞,).,20/61,2.(,多项选择,),A,、,B,两物体在光滑水平面上沿同一直线运动，图表示发生碰撞前后,v,t,图线，由图线能够判断,A.,A,、,B,质量比为,3,2,B.,A,、,B,作用前后总动量守恒,C.,A,、,B,作用前后总动量不守恒,D.,A,、,B,作用前后总动能不变,答案,解析,碰前,碰后,分析,21/61,依据动量守恒定律：,m,A,6,m,B,1,m,A,2,m,B,7,，,得：,m,A,m,B,3,2,，故,A,正确；,依据动量守恒知,A,、,B,作用前后总动量守恒，,B,正确，,C,错误；,22/61,3.,如图所表示，粗糙水平面连接一个竖直平面内半圆形光滑轨道，其半径为,R,0.1 m,，半圆形轨道底端放置一个质量为,m,0.1 kg,小球,B,，水平面上有一个质量为,M,0.3 kg,小球,A,以初速度,v,0,4.0 m/s,开始向着小球,B,滑动，经过时间,t,0.80 s,与,B,发生弹性碰撞,.,设两小球均能够看做质点，它们碰撞时间极短，且已知小球,A,与水平面间动摩擦因数,0.25,，求：,(1),两小球碰前,A,速度；,答案,解析,2 m/s,碰前对A,Mgt,M,v,A,M,v,0,解得：,v,A,2 m/s,23/61,(2),小球,B,运动到最高点,C,时对轨道压力；,答案,解析,4 N,，方向竖直向上,对,A,、,B,：,M,v,A,M,v,A,m,v,B,解得：,v,A,1 m,/s,v,B,3 m/s,解得,F,N,4 N,由牛顿第三定律知：小球对轨道压力大小为,4 N,，方向竖直向上,.,24/61,对,A,沿圆轨道运动时：,M,v,A,2,MgR,(3),小球,A,所停位置距圆轨道最低点距离,.,答案,解析,0.2 m,所以,A,沿圆轨道运动到最高点后又原路返回到最低点，,此时,A,速度大小为,1 m/s.,Mgs,0,M,v,A,2,解得：,s,0.2 m.,25/61,1,3,命题点,二,弹性正碰模型问题,26/61,模型介绍：假如两个相互作用物体，满足动量守恒条件，且相互作用过程初、末状态总机械能不变，广义上也能够看成是弹性碰撞,.,27/61,如图所表示，质量为,M,滑块静止在光滑水平面上，滑块光滑弧面底部与水平面相切，一质量为,m,小球以速度,v,0,向滑块滚来，设小球不能越过滑块，求小球滑到最高点时滑块速度大小,.,【,例,2】,答案,解析,分析,题眼,题眼,题眼,m,v,0,(,m,M,),v,，,则滑块速度为,v,.,28/61,题组阶梯突破,4.(,多项选择,),如图所表示，在光滑水平面上停放质量为,m,装有弧形槽小车,.,现有一质量也为,m,小球以,v,0,水平速度沿切线水平槽口向小车滑去,(,不计摩擦,),，抵达某一高度后，小球又返回小车右端，则,A.,小球在小车上抵达最高点时速度大小为,B.,小球离车后，对地将向右做平抛运动,C.,小球离车后，对地将做自由落体运动,D.,此过程中小球对车做功为,m,v,0,2,答案,解析,小球抵达最高点时，小车和小球相对静止，且水平方向总动量守恒，小球离开小车时类似完全弹性碰撞，二者速度交换，故,A,、,C,、,D,都是正确,.,29/61,1,4,命题点,三,反冲运动及应用,30/61,1.,反冲,(1),现象：物体不一样部分在内力作用下向相反方向运动,.,(2),特点：普通情况下，物体间相互作用力,(,内力,),较大，反冲运动中平均动量守恒，机械能往往不守恒,.,(3),实例：喷气式飞机、火箭等,.,31/61,2.,爆炸特点,(1),动量守恒：因为爆炸是在极短时间内完成，爆炸时物体间相互作用力远远大于受到外力，所以在爆炸过程中，系统总动量守恒,.,(2),动能增加：在爆炸过程中，因为有其它形式能量,(,如化学能,),转化为动能，所以爆炸后系统总动能增加,.,(3),位移不变：爆炸时间极短，因而作用过程中物体运动位移很小，普通可忽略不计，能够认为爆炸后依然从爆炸时位置以新动量开始运动,.,32/61,3.,火箭取得最终速度,火箭发射前总质量为,M,、燃料燃尽后质量为,m,，,火箭燃气喷射速度为,v,1,，如图所表示，燃料燃尽后,火箭飞行速度,v,为多大？,在火箭发射过程中，因为内力远大于外力，所以动量,守恒,.,发射前总动量为,0,，发射后总动量为,(,M,m,),v,1,m,v,(,以火箭速度方向为正方向,),33/61,则：,(,M,m,),v,1,m,v,0,所以,v,(,1),v,1,燃料燃尽时火箭取得最终速度由喷气速度及质量比,决定,.,34/61,一火箭喷气发动机每次喷出,m,200 g,气体，气体离开发动机喷出时速度,v,1 000 m/s.,设火箭质量,M,300 kg,，发动机每秒钟喷气,20,次,.,(1),当第三次喷出气体后，火箭速度为多大？,【,例,3】,答案,解析,2 m,/s,题眼,三次气体一次喷出,(2),运动第,1 s,末，火箭速度为多大？,答案,13.5 m/,s,(2)(,M,20,m,),v,20,20,m,v,0,，故,v,20,13.5 m/s.,分析,35/61,题组阶梯突破,5.,运输人造地球卫星火箭开始工作后，火箭做加速运动原因是,A.,燃料推进空气，空气反作用力推进火箭,B.,火箭发动机用力将燃料产生气体向后推出，气体反作用力推进火箭,C.,火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭反作用力推进火箭,D.,火箭燃料燃烧发烧，加热周围空气，空气膨胀推进火箭,答案,36/61,1,5,盘查拓展点,37/61,“,人船模型,”,问题特点和分析,1.,“,人船模型,”,问题,两个原来静止物体发生相互作用时，若所受外力矢量和为零，则动量守恒,.,在相互作用过程中，任一时刻两物体速度大小之比等于质量反比,.,这么问题归为,“,人船模型,”,问题,.,38/61,2.,人船模型特点,(1),两物体满足动量守恒定律：,m,1,v,1,m,2,v,2,0.,(2),运动特点：人动船动，人静船静，人快船快，人慢船慢，人左船右；人船位移比等于它们质量反比；人船平均速度,(,瞬时速度,),比等于它们,质量反比，即,.,(3),应用此关系时要注意一个问题：公式,v,1,v,2,和,x,普通都是相对地面而言,.,39/61,如图所表示，长为,L,、质量为,M,小船停在静水中，质量为,m,人从静止开始从船头走到船尾，不计水阻力，求船和人相对地面位移各为多少？,【,典例,1】,答案,解析,人船系统,m,v,1,M,v,2,.,40/61,如图所表示，一个倾角为,直角斜面体静置于光滑水平面上，斜面体质量为,M,，顶端高度为,h,，今有一质量为,m,小物体，沿光滑斜面下滑，当小物体从斜面顶端自由下滑到底端时，斜面体在水平面上移动距离是,【,典例,2】,答案,解析,0,mx,1,Mx,2,.,41/61,“,人船模型,”,问题应注意以下两点,1.,适用条件：,(1)系统由两个物体组成且相互作用前静止，系统总动量为零；,(2),在系统内发生相对运动过程中最少有一个方向动量守恒,(,如水平方向或竖直方向,).,2.,画草图：解题时要画出各物体位移关系草图，找出各长度间关系，注意两物体位移是相对同一参考系位移,.,方法感悟,42/61,6,5,6,课时作业,43/61,1.,两球,A,、,B,在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，,m,A,1 kg,，,m,B,2 kg,，,v,A,6 m,/s,，,v,B,2 m/s.,当,A,追上,B,并发生碰撞后，两球,A,、,B,速度可能值是,A.,v,A,5 m/s,，,v,B,2.5 m/s,B.,v,A,2 m/s,，,v,B,4 m/s,C.,v,A,4 m/s,，,v,B,7 m/s,D.,v,A,7 m/s,，,v,B,1.5 m/s,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,44/61,即使题中四个选项均满足动量守恒定律，但,A,、,D,两项中，碰后,A,速度,v,A,大于,B,速度,v,B,，必定要发生第二次碰撞，不符合实际；,而,B,项既符合实际情况，也不违反能量守恒定律，故,B,项正确,.,1,2,3,4,5,6,7,8,45/61,2.(,多项选择,),如图甲所表示，在光滑水平面上两个小球发生正碰,.,小球质量分别为,m,1,和,m,2,.,图乙为它们碰撞前后,x,t,图象,.,已知,m,1,0.1 kg.,由此能够判断,A.,碰前,m,2,静止，,m,1,向右运动,B.,碰后,m,2,和,m,1,都向右运动,C.,m,2,0.3 kg,D.,碰撞过程中系统损失了,0.4 J,机械能,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,46/61,由图读出，碰后,m,2,速度为正方向，说明向右运动，,m,1,速度为负方向，说明向左运动,.,故,B,错误；,由图求出碰后,m,2,和,m,1,速度分别为,v,2,2 m/s,，,v,1,2,m/s,，依据动量守恒定律得，,m,1,v,1,m,2,v,2,m,1,v,1,，代入解得，,m,2,0.3 kg.,故,C,正确；,1,2,3,4,5,6,7,8,47/61,3.(,多项选择,),质量为,M,和,m,0,滑块用轻弹簧连接，以恒定速度,v,沿光滑水平面运动，与位于正对面质量为,m,静止滑块发生碰撞，如图所表示，碰撞时间极短，在此过程中，以下情况可能发生是,A.,M,、,m,0,、,m,速度均发生改变，分别为,v,1,、,v,2,、,v,3,，而且满足,(,M,m,0,),v,M,v,1,m,0,v,2,m,v,3,B.,m,0,速度不变，,M,和,m,速度变为,v,1,和,v,2,，,而且满足,M,v,M,v,1,m,v,2,C.,m,0,速度不变，,M,和,m,速度都变为,v,，且满足,M,v,(,M,m,),vD.,M,、,m,0,、,m,速度均发生改变，,M,、,m,0,速度都变为,v,1,，,m,速度变为,v,2,，,且满足,(,M,m,),v,0,(,M,m,),v,1,m,v,2,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,48/61,碰撞瞬间,M,和,m,组成系统动量守恒，,m,0,速度在瞬间不变，以,M,初速度方向为正方向，若碰后,M,和,m,速度变为,v,1,和,v,2,，由动量守恒定律得：,M,v,M,v,1,m,v,2,；若碰后,M,和,m,速度相同，由动量守恒定律得：,M,v,(,M,m,),v,.,1,2,3,4,5,6,7,8,49/61,4.,如图所表示，质量为,m,2,2 kg,和,m,3,3 kg,物体静止放在光滑水平面上，二者之间有压缩着轻弹簧,(,与,m,2,、,m,3,不拴接,).,质量为,m,1,1 kg,物体以速度,v,0,9 m/s,向右冲来，为预防冲撞，释放弹簧将,m,3,物体发射出去，,m,3,与,m,1,碰撞后粘合在一起,.,试求：,(1),m,3,速度最少为多大，才能使以后,m,3,和,m,2,不发生碰撞？,答案,解析,1 m/s,1,2,3,4,5,6,7,8,50/61,设,m,3,发射出去速度为,v,1,，,m,2,速度为,v,2,，以向右方向为正方向，对,m,2,、,m,3,，由动量守恒定律得：,m,2,v,2,m,3,v,1,0.,只要,m,1,和,m,3,碰后速度小于,v,2,，则,m,3,和,m,2,就不会再发生碰撞，,m,3,和,m,2,恰好不相撞时，二者速度相等,.,对,m,1,、,m,3,，由动量守恒定律得：,m,1,v,0,m,3,v,1,(,m,1,m,3,),v,2,解得：,v,1,1 m/s,即弹簧将,m,3,发射出去速度最少为,1 m/s,1,2,3,4,5,6,7,8,51/61,(2),为确保,m,3,和,m,2,恰好不发生碰撞，弹簧弹性势能最少为多大？,答案,解析,3.75 J,对,m,2,、,m,3,及弹簧，由机械守恒定律得：,E,p,m,3,v,1,2,m,2,v,2,2,3.75 J1,2,3,4,5,6,7,8,52/61,5.,两名质量相等滑冰人甲和乙都静止在光滑水平冰面上,.,现在，其中一人向另一个人抛出一个篮球，另一人接球后再抛回,.,如此重复进行几次之后，甲和乙最终速率关系是,A.,若甲最先抛球，则一定是,v,甲,v,乙,B.,若乙最终接球，则一定是,v,甲,v,乙,C.,只有甲先抛球，乙最终接球，才有,v,甲,v,乙,D.,不论怎样抛球和接球，都是,v,甲,v,乙,答案,1,2,3,4,5,6,7,8,53/61,6.,如图所表示，含有一定质量小球,A,固定在轻杆一端，另一端挂在小车支架,O,点,.,用手将小球拉至水平，此时小车静止于光滑水平面上，放手让小球摆下与,B,处固定橡皮泥碰击后粘在一起，则在此过程中小车将,A.,向右运动,B.,向左运动,C.,静止不动,D.,小球下摆时，车向左运动后又静止,答案,解析,1,2,3,4,5,6,7,8,54/61,水平方向上，系统不受外力，所以在水平方向上动量守恒,.,小球下落过程中，水平方向含有向右分速度，所以为确保动量守恒，小车要向左运动,.,当撞到橡皮泥，是完全非弹性碰撞，,A,球和小车大小相等、方向相反动量恰好抵消掉，小车会静止,.,1,2,3,4,5,6,7,8,55/61,7.,如图所表示，光滑水平面上有三个滑块,A,、,B,、,C,，质量关系是,m,A,m,C,m,、,m,B,.,开始时滑块,B,、,C,紧贴在一起，中间夹有少许炸药，处于静止,状态，滑块,A,以速度,v,0,正对,B,向右运动，在,A,未与,B,碰撞之前，引爆了,B,、,C,间炸药，炸药爆炸后,B,与,A,迎面碰撞，最终,A,与,B,粘在一起，以速率,v,0,向左运动,.,求：,(1),炸药爆炸过程中炸药对,C,冲量；,答案,解析,看法析,1,2,3,4,5,6,7,8,56/61,全过程，,A,、,B,、,C,组成系统动量守恒,m,A,v,0,(,m,A,m,B,),v,0,m,C,v,C,炸药对,C,冲量：,I,m,C,v,C,0,解得：,I,m,v,0,，方向向右,1,2,3,4,5,6,7,8,57/61,(2),炸药化学能有多少转化为机械能？,答案,解析,看法析,炸药爆炸过程，,B,和,C,组成系统动量守恒,m,C,v,C,m,B,v,B,0,据能量关系：,E,v,B,2,m,v,C,2,解得：,E,m,v,0,2,.,1,2,3,4,5,6,7,8,58/61,8.,如图所表示，光滑水平轨道右边与墙壁连接，木块,A,、,B,和半径为,0.5 m,光,滑圆轨道,C,静置于光滑水平轨道上，,A,、,B,、,C,质量分别为,1.5 kg,、,0.5 kg,、,4 kg.,现让,A,以,6 m/s,速度水平向右运动，之后与墙壁碰撞，碰撞时间为,0.3,s,，碰后速度大小变为,4,m/s,.,当,A,与,B,碰撞后会马上粘在一起运动，已知,g,10 m/s,2,，求：,(1),A,与墙壁碰撞过程中，墙壁对小球平均作用,力大小；,答案,解析,50 N,1,2,3,4,5,6,7,8,59/61,A,与墙壁碰撞过程，要求水平向左为正，对,A,由动量定理有：,Ft,m,A,v,2,m,A,(,v,1,),解得,F,50 N,1,2,3,4,5,6,7,8,60/61,(2),AB,第一次滑上圆轨道所能到达最大高度,h,.,答案,解析,0.3 m,A,与,B,碰撞过程，对,A,、,B,系统，水平方向动量守恒有：,m,A,v,2,(,m,B,m,A,),v,3,A,、,B,滑上斜面到最高点过程，对,A,、,B,、,C,系统，水平方向动量守恒有：,(,m,B,m,A,),v,3,(,m,B,m,A,m,C,),v,4,解得,h,0.3 m.,1,2,3,4,5,6,7,8,61/61,