您现在的位置: 3edu教育网 >> 海量教案 >> 物理教案 >> 高三物理教案 >> 正文    3edu教育网,百万资源,完全免费,无需注册,天天更新!

高考物理第一轮总复习教案032

高考物理第一轮总复习教案032

分类:高三物理教案   更新:2013/1/26   来源:网友提供

高考物理第一轮总复习教案032

第32讲动量守恒定律及其应用教学目标1.掌握冲量、动量、动量定理、动量守恒定律及其应用2.理解弹性碰撞和非弹性碰撞,并会计算相关问题重点:动量定理与动量守恒定律的应用难点:动量守恒定律知识梳理一、基本概念比较1.冲量与功的比较(1)定义式冲量的定义式:I=Ft(作用力在时间上的积累效果)功的定义式:

第32讲   动量守恒定律及其应用

教学目标
1. 掌握冲量、动量、动量定理、动量守恒定律及其应用
2. 理解弹性碰撞和非弹性碰撞,并会计算相关问题
重点:动量定理与动量守恒定律的应用
难点:动量守恒定律
知识梳理
一、基本概念比较
1. 冲量与功的比较
(1)定义式冲量的定义式:I=Ft(作用力在时间上的积累效果)功的定义式:W=Fscos θ(作用力在空间上的积累效果)
(2)属性冲量是矢量,既有大小又有方向(求合冲量应按矢,量合成法则来计算)功是标量,只有大小没有方向(求物体所受外力的,总功只需按代数和计算)
2. 动量与动能的比较
(1)定义式动量的定义式:p=mv动能的定义式:Ek=12mv2
(2)属性动量是矢量(动量的变化也是矢量,求动量的变化,应按矢量运算法则来计算)动能是标量(动能的变化也是标量,求动能的变化,只需按代数运算法则来计算)
(3)动量与动能量值间的关系p=2mEkEk=p22m=12pv
(4)动量和动能都是描述物体状态的量,都有相对性(相对所选择的参考系),都与物体的受力情况无关.动量的变化和动能的变化都是过程量,都是针对某段时间而言的.
3. 动量定理
(1)动量定理的基本形式与表达式:I=Δp.
分方向的表达式:Ix合=Δpx, Iy合=Δpy.
(2)动量定理推论:动量的变化率等于物体所受的合外力,即ΔpΔt=F合.

二、动量守恒定律
1. 动量守恒定律的内容
一个系统不受外力或者受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。
即:    守恒是指整个过程任意时刻相等(时时相等,类比匀速)  定律适用于宏观和微观高速和低速
2. 动量守恒定律的表达形式
(1) ,即p1+p2=p1/+p2/,
(2)Δp1+Δp2=0,Δp1= -Δp2
3. 理解:(1)正方向  (2)同参同系  (3)微观和宏观都适用

4. 动量守恒定律的适用条件
(1)标准条件:系统不受外力或系统所受外力之和为零.
(2)近似条件:系统所受外力之和虽不为零,但比系统的内力小得多(如碰撞问题中的摩擦力、爆炸问题中的重力等外力与相互作用的内力相比小得多),可以忽略不计.
(3)分量条件:系统所受外力之和虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统总动量的分量保持不变.
5. 使用动量守恒定律时应注意:
(1)速度的瞬时性;
(2)动量的矢量性;
(3)时间的同一性.
6. 应用动量守恒定律解决问题的基本思路和方法
(1)分析题意,明确研究对象.在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把这些被研究的物体统称为系统.对于比较复杂的物理过程,要采用程序法对全过程进行分段分析,要明确在哪些阶段中,哪些物体发生相互作用,从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的.
(2)对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力,哪些是作用于系统的外力.在受力分析的基础上根据动量守恒定律的条件,判断能否应用动量守恒定律.
(3)明确所研究的相互作用过程,确定过程的始末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量的值或表达式.(注意:在研究地面上物体间相互作用的过程时,各物体运动的速度均应取地球为参考系)
(4)确定正方向,建立动量守恒方程求解.

三、碰撞
两个物体在极短时间内发生相互作用,这种情况称为碰撞。由于作用时间极短,一般都满足内力远大于外力,所以可以认为系统的动量守恒。碰撞又分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三种。
1. 弹性碰撞:碰撞过程中不但系统的总动量守恒,而且碰撞前后动能也守恒。一般地两个硬质小球的碰撞,都很接近弹性碰撞。
如两个物体弹性正碰,碰前速度分别为v1、v2,碰后速度分别为v1′、v2′,则有:
 ; 可以解得碰后速度。

2. 非弹性碰撞:碰撞过程中只有动量守恒,动能并不守恒。
3. 完全非弹性碰撞:两个物体碰撞后粘在一起。
4. 碰撞过程的三个基本原则
(1)动量守恒。
(2)动能不增加。
(3)碰撞后各物体运动状态的合理性。

四、反冲、爆炸现象
反冲指在系统内力作用下,系统内一部分物体向某方向发生动量变化时,系统内其余部分物体向相反的方向发生动量变化的现象。喷气式飞机、火箭等都是利用反冲运动的实例。在反冲现象里,系统的动量是守恒的。内力远大于外力,过程持续时间很短,即使系统所受合外力不为零,但合外力的冲量很小,可以忽略不计,可认为动量守恒。
爆炸过程中虽然动量守恒,但由于其他形式的能转化为机械能,所以爆炸前后机械能并不守恒,其动能要增加。

题型讲解
1. 动量定理的应用问题
如图所示,一个下面装有轮子的贮气瓶停放在光滑的水平地面上,瓶的底端与竖直墙壁接触.现打开右端阀门,气体向外喷出,设喷口的面积为S,气体的密度为ρ,气体向外喷出的速度为v,则气体刚喷出时贮气瓶底端对竖直墙壁的作用力大小是(  )
A.ρvS   B.ρv2S   C.12ρv2S   D.ρv2S
【解析】Δt时间内喷出气体的质量Δm=ρSv•Δt
对于贮气瓶、瓶内气体及喷出的气体所组成的系统,由动量定理得:
F•Δt=Δm•v-0
解得:F=ρv2S.
【答案】 D
点评:动量定理对多个物体组成的系统也成立,而动能定理对于多个物体组成的系统不适用.

2. 动量定理对生活中一些现象的解释
玻璃杯同一高度下落下,掉在水泥地上比掉在草地上容易碎,这是由于玻璃杯与水泥地撞击的过程中
A.玻璃杯的动量较大              B.玻璃杯受到的冲量较大
C.玻璃杯的动量变化较大          D.玻璃杯的动量变化较快
【解析】玻璃杯从相同的高度落下,落地时的速度大小是相同的,经过与地面撞击,最后速度都变为零,所以无论是落在水泥地上还是落在草地上,玻璃杯动量的变化 是相同的,由动量定理 可知,两种情况下玻璃杯受到的合外力的冲量也是相同的,所以选项A、B和C都是错误的;但由于掉在水泥地上时,作用的时间 较短,所以玻璃杯受到的合外力的冲力较大,若把动量定理的表达式写成 ,就可以得出玻璃杯易碎的原因是“玻璃杯的动量变化较快”,所以选项D是正确的。
点评:本题利用动量定理解释了一个生活中很常见的例子,解决问题的关键在于抓住了两种情况中“动量变化相等”,而“作用时间不等”这两个特点。类似的现象还有很多,如跳高时落在海绵垫上,跳远时落在沙坑里,船靠码头时靠在车胎上,电器包装在泡沫塑料垫上,人从高处跳下时先用脚尖着地等等,道理都是如此。

3. 求变力的冲量
如图所示,长为 的轻绳的一端固定在 点,另一端系一质量为 的小球,将小球从 点正下方 处以一定的初速度水平向右抛出,经一定时间的运动轻绳被拉直,以后小球将以 点为圆心在竖直平面内摆动。已知轻绳刚被拉直时绳与竖直方向成 角,试求
⑴小球被水平抛出时的初速度;
⑵在轻绳被拉直的瞬间,圆心 点受到的冲量。
【解析】⑴设经过时间 轻绳被拉直,则由平抛运动的规律可得
        
        
解以上两式,得
         ,
⑵轻绳刚被拉直的瞬间,小球的瞬时速度为
        
设速度 与竖直方向的夹角为 ,则
        
所以    
显然,这与轻绳和竖直方向的夹角是相同的,则小球该时刻的动量为
        
设轻绳被拉直的方向为正方向,则由动量定理得
        
故,圆心 点受到的冲量大小为 ,方向沿轻绳斜向下。
点评:本题涉及了平抛运动和动量定理两部分的知识,特别是第⑵问求解圆心 点受到的冲量大小时,由于轻绳张力是变力,况且大小也不知道,无法用 直接求解,所以根据动量定理用物体动量的变化量等效代替变力的冲量是非常方便的。

4. 流体问题
一艘帆船在静水中由于风力的推动而做匀速直线运动,帆面的面积为 ,风速为 ,船速为 ( < ),空气密度为 ,帆船在匀速前进的过程中帆面所受到的平均风力大小为多少?
【解析】依题意画出示意图如图所示,以帆船为参考系,从帆面开始逆着风的方向取长度为 的一段空气柱为研究对象,这部分空气的质量为
        
这部分空气经过时间 后,相对于帆面速度都变为 ,设帆船前进的方向为正方向,对这部分空气柱则由动量定理得
        
式中的 为帆面对空气柱的平均作用力大小,由牛顿第三定律可知,帆面所受到的平均风力大小为[来
        
点评:对于象气体、液体这种没有形状和大小的流体而言,解决的方法就是根据题意取出与一段时间相对应的一定长度的这种物体,即,想办法“找出”形状和大小,求出其质量,然后根据其动量变化,利用动量定理列出方程进行求解。

5. 动量守恒定律的判断
把一支枪水平固定在小车上,小车放在光滑的水平地面上,枪发射出子弹时,关于枪、子弹和小车的下列说法中正确的是
 .枪和子弹组成的系统动量守恒
 .枪和小车组成的系统动量守恒
 .只有在忽略子弹和枪筒之间的摩擦的情况下,枪、子弹和小车组成的系统动量才近似守恒
 .枪、子弹和小车组成的系统动量守恒
【解析】对于枪和子弹自成的系统,在发射子弹时由于枪水平方向上受到小车对它的作用力,所以动量是不守恒的,选项 错;同理,对于枪和小车所组成的系统,在发射子弹的瞬间,枪受到火药对它的推力作用,因此动量也是不守恒的,选项 错;对于枪、子弹和小车组成的系统而言,火药爆炸产生的推力以及子弹和枪筒之间的摩擦力都是系统的内力,没有外力作用在系统上,所以这三者组成的系统动量是守恒的,选项 错, 正确。
【答案】
点评:判断动量是否守恒,首先要看清系统是由哪些物体所组成的,然后再根据动量守恒的条件进行判断(具备下列条件之一即可):
①系统不受外力;
②系统受外力,但外力的合力为零;
③系统在某一方向上不受外力或合外力为零;
④系统所受的外力远小于内力或某一方向上外力远小于内力。
满足前三条中的任何一个条件,系统的动量都是守恒的,满足第四个条件时系统的动量是近似守恒。动量守恒是自然界普遍适用的基本规律之一,它既适用于宏观、低速的物体,也适用于微观、高速的物体。

6. 人、船模型
一质量为 、底边长为 的三角形斜劈静止于光滑的水平桌面上,如图所示。有一质量为 的小球由斜劈的顶部无初速滑到底部,试求斜劈发生的位移为多大?
【解析】小球和斜劈组成的系统在整个的运动过程中都不受水平方向的外力作用,所以水平方向上系统的平均动量守恒。
设在小球由斜劈顶部滑到底部的过程中,斜劈发生的位移大小为 ,画出示意图如图所示,并规定斜劈的运动方向为正,则由动量守恒定律得
        
解得    
点评:①小球 和斜劈 所组成的系统水平方向上是平均动量守恒,这是对全过程来说的,其实任意时刻水平方向上的总动量等于零。
②对这样的人、船模型,如果设全过程中两者对地位移大小分别为 和 ,则根据上题中的分析结果,可得到下面的等式
        
这样,就把原来动量守恒定律表达式中物体质量与速度的关系转化成了物体质量与对地位移的关系,求解位移时就可以直接利用这个结论。但要注意这个表达式适用的条件是相互作用的这两个物体原来都静止。

7. 子弹打木块类问题
设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d。求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
【解析】子弹和木块最后共同运动,相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看,子弹射入木块过程中系统动量守恒:
从能量的角度看,该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。设平均阻力大小为f,设子弹、木块的位移大小分别为s1、s2,如图所示,显然有s1-s2=d
对子弹用动能定理:                ……①
对木块用动能定理:                    ……②
①、②相减得:  ……③
点评:这个式子的物理意义是:fd恰好等于系统动能的损失;根据能量守恒定律,系统动能的损失应该等于系统内能的增加;可见 ,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积(由于摩擦力是耗散力,摩擦生热跟路径有关,所以这里应该用路程,而不是用位移)。
由上式不难求得平均阻力的大小:
至于木块前进的距离s2,可以由以上②、③相比得出:
从牛顿运动定律和运动学公式出发,也可以得出同样的结论。由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动,位移与平均速度成正比:
  [学科
一般情况下 ,所以s2<<d。这说明,在子弹射入木块过程中,木块的位移很小,可以忽略不计。这就为分阶段处理问题提供了依据。象这种运动物体与静止物体相互作用,动量守恒,最后共同运动的类型,全过程动能的损失量可用公式: …④
当子弹速度很大时,可能射穿木块,这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等,但穿透过程中系统动量仍然守恒,系统动能损失仍然是ΔEK= f d(这里的d为木块的厚度),但由于末状态子弹和木块速度不相等,所以不能再用④式计算ΔEK的大小。

8. 反冲问题
总质量为M的火箭模型 从飞机上释放时的速度为v0,速度方向水平。火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气后,火箭本身的速度变为多大?
【解析】火箭喷出燃气前后系统动量守恒。喷出燃气后火箭剩余质量变为M-m,以v0方向为正方向,

9. 爆炸问题
抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s,这时突然炸成两块,其中大块质量300g仍按原方向飞行,其速度测得为50m/s,另一小块质量为200g,求它的速度的大小和方向。
分析:手雷在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G=( m1+m2 )g,可见系统的动量并不守恒。但在爆炸瞬间,内力远大于外力时,外力可以不计,系统动量近似守恒。
设手雷原飞行方向为正方向,则整体初速度 ;m1=0.3kg的大块速度为 m/s、m2=0.2kg的小块速度为 ,方向不清,暂设为正方向。
由动量守恒定律:
 m/s
 

第33讲   实验:验证动量守恒定律

教学目标
理解实验原理及操作注意事项,理解用测量水平位移代替测量水平速度的原理.
重点:掌握实验原理及注意事项
难点:掌握用测量水平位移代替测量水平速度的原理
知识梳理
实验:验证动量守恒定律
1. 实验目的:验证动量守恒定律.
2. 实验原理
(1)质量分别为 的两小球发生正碰,若碰前 运动, 静止,根据动量守恒定律应有:
(2)若能测出 及 代入上式,就可验证碰撞中动量是否守恒.
(3)  用天平测出, 用小球碰撞前后运动的水平距离代替.(让各小球在同一高度做平抛运动.其水平速度等于水平位移和运动时间的比,而各小球运动时间相同,则它们的水平位移之比等于它们的水平速度之比)则动量守恒时有: .
3. 实验器材
重锤线一条,大小相等、质量不同的小球两个,斜槽,白纸,复写纸,刻度尺,天平一台(附砝码),圆规一个.
4. 实验步骤
(1)先用天平测出小球质量 .
(2)按要求安装好实验装置,将斜槽固定在桌边,使槽的末端点切线水平,把被碰小球放在斜槽前边的小支柱上,调节实验装置使两小球碰撞时处于同一水平高度,确保碰后的速度方向水平.
(3)在地上铺一张白纸,白纸上铺放复写纸.
(4)在白纸上记下重垂线所指的位置O,它表示入射小球 碰前的球心位置.
(5)先不放被碰小球,让入射小球从斜槽上同一高度处滚下,重复10次,用圆规画尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心就是入射小球不碰时的落地点平均位置P.
(6)把被碰小球放在小支柱上,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次,仿步骤(5)求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.
(7)过O、N在纸上作一直线,取OO′=2r,O′就是被碰小球碰撞时的球心竖直投影位置.
(8)用刻度尺量出线段OM、OP、O′N的长度,把两小球的质量和相应的水平位移数值代入 看是否成立.
(9)整理实验器材放回原处.
5. 注意事项
(1)斜槽末端必须水平.
(2)调节小支柱高度使入射小球和被碰小球球心处于同一高度;调节小支柱与槽口间距离使其等于小球直径.
(3)入射小球每次都必须从斜槽上同一高度滚下.
(4)白纸铺好后不能移动.
(5)入射小球的质量应大于被碰小球的质量,且 .
题型讲解
1. 实验原理
应用以下两图中的装置都可以验证动量守恒定律,试比较两个装置的异同点.
 
【解析】如图甲乙都可以验证动量守恒定律,但乙图去掉支柱,所以有异同点如下:
共同点:入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下以保证小球在碰撞前速度相等;被碰小球的质量必须小于入射小球的质量,以保证它们碰撞后都向前做平抛运动;用直尺测水平位移;天平测质量;在实验过程中,实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变,式中相同的量要取相同的单位.
区别点:图甲中入射小球飞出的水平距离应从斜槽的末端点在纸上的垂直投影点O算起(如图甲所示)而被碰小球飞出的水平距离应从它的球心在纸上垂直投影O′算起,所以要测小球的直径,验证的公式是

2. 实验知识运用
某同学用实验图1所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律.图中PQ是斜槽,QR为水平槽.实验时先使A球从斜槽上某—固定位置G由静止开始滚下,落到位于水平地面的记录纸上,留下痕迹.重复上述操作10次,得到10个落点痕迹.再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方,让A球仍从位置G由静止开始滚下,和B球碰撞后,A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹.重复这种操作10次,实验图1中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点.B球落点痕迹如实验图2所示,其中米尺水平放置,且平行于G、R、O所在的平面,米尺的零点与O点对齐.
(1)碰撞后B球的水平射程应取为__________cm.
(2)在以下选项中,哪些是本次实验必须进行的测量?答:________(填选项号).
A.水平槽上未放B球时,测量A球落点位置到O点的距离
B.A球与B球碰撞后,测量A球落点位置到O点的距离
C.测量A球或B球的直径
D.测量A球和B球的质量(或两球质量之比)
E.测量G点相对水平槽面的高度
 

【解析】(1)将10个点圈在内的最小圆的圆心作为平均落点,可由刻度尺测得碰撞后B球的水平射程为64.7 cm,因最后一位数字为估计值,所以允许误差±0.1 cm,因此64.6cm和64.8cm也是正确的.
(2)由动量守恒定律     ①
如果 ,则 同方向,均为正.
将式①×t,则得
从同一高度做平抛运动飞行时间t相同,所以需要测出的量有: 为未碰A球的水平射程, 为碰后A球的水平射程, 为B球碰后的水平射程, 的大小或 的值.选项A,B,D是必要的.
点评:此题考查验证动量守恒定律实验中的测量方法和实验原理.重点是用最小圆法确定平均落点,实验要认真细心,不能马虎,否则(1)问很可能错为65cm.通常实验中是分别测出A、B的质量 ,此题出了点新意,变为两球质量之比 ;由动量守恒式来看,显然是可以的.

碰撞的恢复系数的定义为   ,其中v10和v20分别是碰撞前两物体的速度,v1和v2分别是碰撞后物体的速度.弹性碰撞的恢复系数e=1,非弹性碰撞的e<1.某同学借用验证动力守恒定律的实验装置(如图所示)验证弹性碰撞的恢复系数是否为1,实验中使用半径相等的钢质小球1和2(它们之间的碰撞可近似视为弹性碰撞),且小球1的质量大于小球2的质量.
实验步骤如下:
安装好实验装置,做好测量前的准备,并记下重锤线所指的位置O.
第一步,不放小球2,让小球1从斜槽上A点由静止滚下,并落在地面上.重复多次,用尽可能小的圆把小球的所落点圈在里面,其圆心就是小球落点的平均位置.
第二步,把小球2 放在斜槽前端边缘处C点,让小球1从A点由静止滚下,使它们碰撞.重复多次,并使用与第一步同样的方法分别标出碰撞后小球落点的平均位置.
第三步,用刻度尺分别测量三个落地点的平均位置离O点的距离,即线段OM、OP、ON的长度.
上述实验中,
① P点是      

[1] [2] 下一页

| 设为首页 | 加入收藏 | 联系我们 | 版权申明 | 隐私策略 | 关于我们 | 手机3edu | 返回顶部 |