微主题6 动量守恒定律 二轮专题(课件+学案)

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微主题6 动量守恒定律 二轮专题(课件+学案)

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上篇 
主题通关
主题2 能量与动量
微主题6 动量守恒定律
内容索引
活动一 问题导忆
活动二 知识内化
活动三 真题引领
活动四 典题悟理
新 情 境
活动一 问题导忆
结合教材与《考前回归》,回答下列问题:
1. 物体的动量和动能有什么区别和联系?
2. 冲量和功有什么区别?
3. 在什么情况下可以用“平均值法”计算变力的冲量?
4. 动量守恒定律的条件是什么?
5. 如何计算完全非弹性碰撞中的动能损失?
6. “滑块—曲面”模型中,滑块上升到最高点临界条件是什么?
活动二 知识内化
1 动量:公式:p=____.动量是矢量,方向与速度方向______.
2 冲量
(1) 表达式:I=____.单位:N·s.
(2) 标矢性:冲量是矢量,它的方向由____的方向决定.
3 动量定理
(1) 表达式:_______=F合t或_________=F合t.(矢量式,注意正方向的选取)
(2) 意义:合外力的冲量是引起物体__________的原因.
mv
相同
Ft

p′-p
mv′-mv
动量变化
4 动量守恒定律
(1) 动量守恒定律的适用条件
①系统不受外力或所受外力的___________——理想守恒.
②系统所受外力远小于内力,如碰撞、爆炸,外力可以忽略不计——近似守恒.
③系统_____________________________________________________
___,则该方向动量守恒——分方向守恒.
合力为零
某一方向不受外力或所受外力的合力为零,或外力远小于内

(2) 几种常见的表述及表达式
①p=p′,即系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′.
②Δp=p′-p=0,即系统总动量的增量为0.
③Δp1=-Δp2,即两个物体组成的系统中,一部分动量的增量与另一部分动量的增量大小相等、方向相反.
活动三 真题引领
考向1 动量和冲量
1 [2024浙江卷改编]如图所示,一根固定的足够长的光滑绝缘细杆与水平面成θ角.质量为m、电荷量为+q的带电小球套在细杆上.小球始终处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中.磁场方向垂直于细杆所在的竖直面,不计空气阻力.小球以初速度v0沿细杆向上运动至最高点,则该过程(   )
A. 动量变化量的方向沿细杆向上
点拨·拓展·感悟
考查带电体在磁场中的力与运动的分析,洛伦兹力动态变化时求解变力的冲量.解题的关键是小球所受洛伦兹力垂直于杆向上,大小随时间线性变化.
感悟:_____________
______________________________________
D
考向2 动量定理的应用
2 [2024江苏卷]嫦娥六号探测器由着陆器、上升器、轨道器和返回器四个部分组成,沿环月轨道以速度v0运动.某时刻,着陆器和上升器(组合体A)、轨道器和返回器(组合体B)分离,分离时间为Δt.分离后B的速度大小为v,方向与v0相同.已知组合体A、B的质量分别为m、M.求:
(1) 分离后A的速度大小v1;
(2) 分离过程中,A对B的平
均推力F的大小.
考查动量守恒定律与动量定理的应用,动量为矢量,解答时注意方向问题.
感悟:________
____________________________
考向3 碰撞问题
3 [2023天津卷]质量mA=2 kg的物体A自距地面h=1.2 m高度自由落下,与此同时质量mB=1 kg的物体B由地面竖直上抛,经过t=0.2 s与A碰撞,碰后两物体粘在一起,碰撞时间极短,忽略空气阻力.两物体均可视为质点,重力加速度g=10 m/s2,求A、B:
(1) 碰撞位置与地面的距离x;
(2) 碰撞后瞬时的速度大小v;
(3) 碰撞中损失的机械能ΔE.
考查动量守恒定律、匀变速直线运动的规律和能量的损失问题,根据题意进行准确分析和计算.
感悟:________
______________
【解】(1) 对物体A,根据运动学公式可得
代入数据解得vB0=6 m/s,
可得碰撞前A物体的速度vA=gt=2 m/s,方向竖直向下,
碰撞前B物体的速度vB=vB0-gt=4 m/s,方向竖直向上,
选向下为正方向,由动量守恒可得
mAvA-mBvB=(mA+mB)v,
解得碰后速度v=0.
(3) 根据能量守恒可知碰撞损失的机械能
活动四 典题悟理
考向1 动量和冲量
[2025扬州期末]如图所示,甲、乙两个滑块用细线连接,中间有一处于压缩状态的轻弹簧,两滑块一起在光滑水平面上向右匀速运动.某时刻细线突然断裂,甲与弹簧分离后向左运动,在弹簧恢复原长的过程中(   )
A. 甲的动能一直减小
B. 甲的动量一直减小
C. 甲、乙系统的动能一直增大
D. 甲、乙系统的动量一直增大
点拨·拓展·感悟
(1) 对同一个物体,动量与速度的大小和方向有关,而动能只与速度的大小有关.
1
C
【解析】弹簧恢复为原长时甲与弹簧分离,此时甲向左运动,说明在该过程中甲的速度先向右逐渐减小然后向左逐渐增大,故动能先减小后增大,动量先减小后增大,A、B错误;该过程中弹簧的弹性势能一直减小,减小的弹性势能转化为甲、乙系统的动能,即甲、乙系统的动能一直增大,C正确;甲、乙系统所受合外力为零,动量守恒,D错误.
考向2 动量定理的应用
【角度1 定性分析生活中的现象】
[2025扬州期末]骑电瓶车必须戴好头盔.在头部受到撞击时,其他条件相同,戴头盔与不戴头盔相比,骑行者头部(   )
A. 动量变化小
B. 动量变化慢
C. 受到撞击力大
D. 受到撞击力的冲量大
用动量定理解释生活中的现象:
(1) Δp一定时,F的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小.
(2) F一定时,力的作用时间越短,Δp就越小;时间越长,Δp就越大.
2
B
【解析】根据动量定理I=FΔt=Δp,可得,由于头盔的缓冲,与头部的撞击时间Δt延长了,从而减小了对头部的作用力F,也即减小了骑行者头部撞击过程中的动量变化快慢,但骑行者头部撞击过程中动量变化量和撞击力的冲量I并未改变,B正确.
【角度2 定量计算生活中的现象】
[2025重庆一模]如图所示,现有一把0.6 kg的铁锤钉钉子,打击前瞬间铁锤的速度为3 m/s,打击后铁锤的速度变为0,打击时间为0.01 s.重力加速度g=10 m/s2,求上述打击过程:
(1) 铁锤的动量变化量;
(2) 考虑铁锤所受的重力,钉子受到的平均作用力大小.
动量定理中的冲量是合外力的冲量,而不是某一个力的冲量,它可以是合力的冲量,也可以是各力冲量的矢量和,还可以是外力在不同阶段的冲量的矢量和.
笔记:__________
3
【解】(1) 规定铁锤初速度方向为正方向,对铁锤分析得
Δp=0-mv=-1.8 kg·m/s,
即动量变化量的大小为1.8 kg·m/s,方向与初速度的方向相反.
(2) 钉子对铁锤的平均作用力为F,对于铁锤,以初速度的方向为正方向,由动量定理可得(-F+mg)t=Δp,
解得F=186 N,
根据牛顿第三定律可得,钉子受到的平均作用力的大小F′=F=186 N.
考向3 碰撞问题
【角度1 弹性碰撞】
[2025无锡期中]如图所示,用不可伸长轻绳将物块a悬挂在O点,初始时,轻绳处于水平拉直状态.现将a由静止释放,当物块a下摆至最低点时,恰好与静止在水平面上的物块b发生弹性碰撞(碰撞时间极短),碰撞后b滑行的最大距离为s.已知b的质量是a的2倍.b与水平面间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g.求:
(1) 碰撞后瞬间物块b速
度的大小;
(2) 轻绳的长度.
4
笔记:________________
【角度2 完全非弹性碰撞】
[2025连云港期中]如图所示,光滑水平面上质量为mA=2 kg,mB=3 kg 的A、B两物块用轻质弹簧连接,一起以v0=4 m/s的速度向右匀速运动,与静止在水平面上质量mC=1 kg的物块C发生碰撞,碰撞时间极短,弹簧始终在弹性限度内,忽略一切摩擦阻力.
(1) 若物块B与C碰撞后黏合在一起运动,求碰后瞬间C的速度大小;
(2) 若物块B与C碰撞后黏合在一起运动,求此后弹簧能获得的最大弹性势能.
弹簧—小球(物块)模型的“两个状态”:(1)弹簧处于最长(最短)状态:此时两物体速度相等,弹性势能最大,系统动能通常最小,相当于完全非弹性碰撞;(2)弹簧恢复原长时,弹性势能为零,系统动能最大,相当于刚完成弹性碰撞.
笔记:________________
3
【解】(1) 根据动量守恒mBv0=(mB+mC)vC,
解得vC=3 m/s.
(2) 当三个物体速度相等时,弹簧能获得最大弹性势能,根据动量守恒定律得
mAv0+(mB+mC)vC=(mA+mB+mC)v,
新 情 境
1 如图甲所示,在冰壶比赛中,队员利用红壶去碰撞对方的蓝壶,两者在大本营中心发生对心碰撞.碰撞前后两壶运动的v-t图线如图乙所示,其中红壶碰撞前后的图线平行,两冰壶质量相等、材料不同,则(   )
A. 两壶发生了弹性碰撞
B. 碰后蓝壶再经过6 s停止运动
C. 碰后蓝壶速度为0.6 m/s
D. 碰后蓝壶移动的距离为2.0 m
2
1


D
2
1
2 如图所示,由高压水枪中竖直向上喷出的水柱,将一个开口
向下的小铁盒顶在空中.已知密度为ρ的水柱以恒定速率从水枪中
持续喷出,向上运动并以速率v0冲击小铁盒,且冲击小铁盒时水柱
横截面积为S,并以速率v竖直返回(不考虑水之间的碰撞).水与铁
盒作用时这部分水所受重力可忽略不计,则水对铁盒的平均作用力
大小为(   )
A. ρSv0(v0+v) B. ρS(v+v0)
C. ρS(v-v0) D. ρSv0(v-v0)
2
1
A
【解析】在Δt时间内打到盒子上的水的质量Δm=ρSv0Δt,向下为正,则根据动量定理FΔt=Δmv-(-Δmv0),解得F=ρSv0(v0+v),根据牛顿第三定律可知水对铁盒的平均作用力大小为F′=F=ρSv0(v0+v),A正确.
2
1
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结合教材与《考前回归》,回答下列问题:
1. 物体的动量和动能有什么区别和联系?
2. 冲量和功有什么区别?
3. 在什么情况下可以用“平均值法”计算变力的冲量?
4. 动量守恒定律的条件是什么?
5. 如何计算完全非弹性碰撞中的动能损失?
6. “滑块—曲面”模型中,滑块上升到最高点临界条件是什么?
1 动量:公式:p=________.动量是矢量,方向与速度方向________.
2 冲量
(1) 表达式:I=________.单位:N·s.
(2) 标矢性:冲量是矢量,它的方向由________的方向决定.
3 动量定理
(1) 表达式:________=F合t或________=F合t.(矢量式,注意正方向的选取)
(2) 意义:合外力的冲量是引起物体________的原因.
4 动量守恒定律
(1) 动量守恒定律的适用条件
①系统不受外力或所受外力的________——理想守恒.
②系统所受外力远小于内力,如碰撞、爆炸,外力可以忽略不计——近似守恒.
③系统________________________________________________,则该方向动量守恒——分方向守恒.
(2) 几种常见的表述及表达式
①p=p′,即系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′.
②Δp=p′-p=0,即系统总动量的增量为0.
③Δp1=-Δp2,即两个物体组成的系统中,一部分动量的增量与另一部分动量的增量大小相等、方向相反.
点拨·拓展·感悟
考向1 动量和冲量
1 [2024浙江卷改编]如图所示,一根固定的足够长的光滑绝缘细杆与水平面成θ角.质量为m、电荷量为+q的带电小球套在细杆上.小球始终处于磁感应强度大小为B的匀强磁场中.磁场方向垂直于细杆所在的竖直面,不计空气阻力.小球以初速度v0沿细杆向上运动至最高点,则该过程(  )
A. 动量变化量的方向沿细杆向上
B. 小球上滑的时间为
C. 重力冲量大小为mv0sin θ
D. 洛伦兹力冲量大小为
考查带电体在磁场中的力与运动的分析,洛伦兹力动态变化时求解变力的冲量.解题的关键是小球所受洛伦兹力垂直于杆向上,大小随时间线性变化.
考向2 动量定理的应用
2 [2024江苏卷]嫦娥六号探测器由着陆器、上升器、轨道器和返回器四个部分组成,沿环月轨道以速度v0运动.某时刻,着陆器和上升器(组合体A)、轨道器和返回器(组合体B)分离,分离时间为Δt.分离后B的速度大小为v,方向与v0相同.已知组合体A、B的质量分别为m、M.求:
(1) 分离后A的速度大小v1;
(2) 分离过程中,A对B的平均推力F的大小.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
考查动量守恒定律与动量定理的应用,动量为矢量,解答时注意方向问题.
考向3 碰撞问题
3 [2023天津卷]质量mA=2 kg的物体A自距地面h=1.2 m高度自由落下,与此同时质量mB=1 kg的物体B由地面竖直上抛,经过t=0.2 s与A碰撞,碰后两物体粘在一起,碰撞时间极短,忽略空气阻力.两物体均可视为质点,重力加速度g=10 m/s2,求A、B:
(1) 碰撞位置与地面的距离x;
(2) 碰撞后瞬时的速度大小v;
(3) 碰撞中损失的机械能ΔE.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
考查动量守恒定律、匀变速直线运动的规律和能量的损失问题,根据题意进行准确分析和计算.
点拨·拓展·感悟
考向1 动量和冲量
[2025扬州期末]如图所示,甲、乙两个滑块用细线连接,中间有一处于压缩状态的轻弹簧,两滑块一起在光滑水平面上向右匀速运动.某时刻细线突然断裂,甲与弹簧分离后向左运动,在弹簧恢复原长的过程中(  )
A. 甲的动能一直减小
B. 甲的动量一直减小
C. 甲、乙系统的动能一直增大
D. 甲、乙系统的动量一直增大
(1) 对同一个物体,动量与速度的大小和方向有关,而动能只与速度的大小有关.
(2) 对不同的物体,动量是否相同既要看质量与速度的乘积是否相等,还要看方向是否相同;而动能是否相等只需看Ek=mv2值是否相等.
(3) 常用p=、Ek=来快速求解有关比例问题.
考向2 动量定理的应用
【角度1 定性分析生活中的现象】
[2025扬州期末]骑电瓶车必须戴好头盔.在头部受到撞击时,其他条件相同,戴头盔与不戴头盔相比,骑行者头部(  )
A. 动量变化小
B. 动量变化慢
C. 受到撞击力大
D. 受到撞击力的冲量大
用动量定理解释生活中的现象:
(1) Δp一定时,F的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小.
(2) F一定时,力的作用时间越短,Δp就越小;时间越长,Δp就越大.
【角度2 定量计算生活中的现象】
[2025重庆一模]如图所示,现有一把0.6 kg的铁锤钉钉子,打击前瞬间铁锤的速度为3 m/s,打击后铁锤的速度变为0,打击时间为0.01 s.重力加速度g=10 m/s2,求上述打击过程:
(1) 铁锤的动量变化量;
(2) 考虑铁锤所受的重力,钉子受到的平均作用力大小.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
动量定理中的冲量是合外力的冲量,而不是某一个力的冲量,它可以是合力的冲量,也可以是各力冲量的矢量和,还可以是外力在不同阶段的冲量的矢量和.
考向3 碰撞问题
【角度1 弹性碰撞】
[2025无锡期中]如图所示,用不可伸长轻绳将物块a悬挂在O点,初始时,轻绳处于水平拉直状态.现将a由静止释放,当物块a下摆至最低点时,恰好与静止在水平面上的物块b发生弹性碰撞(碰撞时间极短),碰撞后b滑行的最大距离为s.已知b的质量是a的2倍.b与水平面间的动摩擦因数为μ,重力加速度大小为g.求:
(1) 碰撞后瞬间物块b速度的大小;
(2) 轻绳的长度.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
“一动一静”模型中,两物体发生弹性正碰后的速度满足:v1′=v1,v2′=v1.当两物体质量相等时,两物体弹性碰撞后交换速度;若两物体发生的是非弹性碰撞,碰后两者不交换速度.
【角度2 完全非弹性碰撞】
[2025连云港期中]如图所示,光滑水平面上质量为mA=2 kg,mB=3 kg 的A、B两物块用轻质弹簧连接,一起以v0=4 m/s的速度向右匀速运动,与静止在水平面上质量mC=1 kg的物块C发生碰撞,碰撞时间极短,弹簧始终在弹性限度内,忽略一切摩擦阻力.
(1) 若物块B与C碰撞后黏合在一起运动,求碰后瞬间C的速度大小;
(2) 若物块B与C碰撞后黏合在一起运动,求此后弹簧能获得的最大弹性势能.
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
                                    
弹簧—小球(物块)模型的“两个状态”:(1)弹簧处于最长(最短)状态:此时两物体速度相等,弹性势能最大,系统动能通常最小,相当于完全非弹性碰撞;(2)弹簧恢复原长时,弹性势能为零,系统动能最大,相当于刚完成弹性碰撞.
1 如图甲所示,在冰壶比赛中,队员利用红壶去碰撞对方的蓝壶,两者在大本营中心发生对心碰撞.碰撞前后两壶运动的vt图线如图乙所示,其中红壶碰撞前后的图线平行,两冰壶质量相等、材料不同,则(  )
甲 乙
A. 两壶发生了弹性碰撞 B. 碰后蓝壶再经过6 s停止运动
C. 碰后蓝壶速度为0.6 m/s D. 碰后蓝壶移动的距离为2.0 m
2 如图所示,由高压水枪中竖直向上喷出的水柱,将一个开口向下的小铁盒顶在空中.已知密度为ρ的水柱以恒定速率从水枪中持续喷出,向上运动并以速率v0冲击小铁盒,且冲击小铁盒时水柱横截面积为S,并以速率v竖直返回(不考虑水之间的碰撞).水与铁盒作用时这部分水所受重力可忽略不计,则水对铁盒的平均作用力大小为(  )
A. ρSv0(v0+v) B. ρS(v+v0)
C. ρS(v-v0) D. ρSv0(v-v0)
微主题6 动量守恒定律
活动二
1 mv 相同
2 (1) Ft (2) 力
3 (1) p′-p mv′-mv (2) 动量变化
4 (1) ①合力为零 ③某一方向不受外力或所受外力的合力为零,或外力远小于内力
活动三
1 D 小球做减速直线运动,动量变化量的方向与速度方向相反,即沿细杆向下,A错误;小球上滑的时间为t=,B错误;重力的冲量大小为IG=mgt=,C错误;小球所受洛伦兹力为Bqv=Bq(v0-at)=-Bqat+Bqv0,a=g sin θ,随时间线性变化,故洛伦兹力冲量大小为I洛=q××Bt=q××B×=,D正确.
2 (1) 组合体A、B分离前后动量守恒,取v0的方向为正方向,有(m+M)v0=Mv+mv1,解得v1=.
(2) 以组合体B为研究对象,由动量定理有FΔt=Mv-Mv0,解得F=.
3 (1) 对物体A,根据运动学公式可得
x=h-gt2=1.2 m-×10×0.22 m=1 m.
(2) 设B物体从地面竖直上抛的初速度为vB0,根据运动学公式可知x=vB0t-gt2,
代入数据解得vB0=6 m/s,
可得碰撞前A物体的速度vA=gt=2 m/s,方向竖直向下,
碰撞前B物体的速度vB=vB0-gt=4 m/s,方向竖直向上,
选向下为正方向,由动量守恒可得
mAvA-mBvB=(mA+mB)v,
解得碰后速度v=0.
(3) 根据能量守恒可知碰撞损失的机械能
ΔE=mAv+mBv-(mA+mB)v2=12 J.
活动四
【例1】 C 弹簧恢复为原长时甲与弹簧分离,此时甲向左运动,说明在该过程中甲的速度先向右逐渐减小然后向左逐渐增大,故动能先减小后增大,动量先减小后增大,A、B错误;该过程中弹簧的弹性势能一直减小,减小的弹性势能转化为甲、乙系统的动能,即甲、乙系统的动能一直增大,C正确;甲、乙系统所受合外力为零,动量守恒,D错误.
【例2】 B 根据动量定理I=FΔt=Δp,可得,由于头盔的缓冲,与头部的撞击时间Δt延长了,从而减小了对头部的作用力F,也即减小了骑行者头部撞击过程中的动量变化快慢,但骑行者头部撞击过程中动量变化量和撞击力的冲量I并未改变,B正确.
【例3】 (1) 规定铁锤初速度方向为正方向,对铁锤分析
Δp=0-mv=-1.8 kg·m/s,
即动量变化量的大小为1.8 kg·m/s,方向与初速度的方向相反.
(2) 钉子对铁锤的平均作用力为F,对于铁锤,以初速度的方向为正方向,由动量定理可得(-F+mg)t=Δp,
解得F=186 N,
根据牛顿第三定律可得,钉子受到的平均作用力的大小
F′=F=186 N.
【例4】 (1) 设a的质量为m,则b的质量为2m,碰撞后,对物块b由动能定理可得-μ·2mgs=0-×2mv,
解得碰撞后瞬间物块b速度的大小为vb=.
(2) a、b碰撞过程满足动量守恒和机械能守恒,则有
mv0=mva+2mvb,mv=mv+×2mv,
解得碰撞前瞬间物块a速度的大小为v0=,
物块a从水平位置摆下的过程,根据动能定理可得mgL=mv,
解得轻绳的长度为L=.
【例5】 (1) 根据动量守恒mBv0=(mB+mC)vC,
解得vC=3 m/s.
(2) 当三个物体速度相等时,弹簧能获得最大弹性势能,根据动量守恒定律得mAv0+(mB+mC)vC=(mA+mB+mC)v,
解得v= m/s,
根据能量守恒定律得
mAv+(mB+mC)v=(mA+mB+mC)v2+Ep,
解得Ep= J.
新情境
1 D 由图乙可知,碰前红壶的速度为v0=1.0 m/s,碰后速度为v1=0.2 m/s,碰后红壶沿原方向运动,设碰后蓝壶的速度为v2,取碰撞前红壶的速度方向为正方向,根据动量守恒定律可得mv0=mv1+mv2,代入数据可得v2=0.8 m/s,碰前的机械能为Ek0=mv=0.5m,碰后机械能为Ekt=mv+mv=0.34m,显然,两壶发生了非弹性碰撞,A、C错误;由图可知,红壶的加速度大小为a1== m/s2=0.2 m/s2,由图可得a1=,解得t=6 s,则碰后蓝壶再经过t-1 s=5 s停止运动,碰后蓝壶移动的距离为s=(t-1 s)=×5 m=2.0 m,B错误,D正确.
2 A 在Δt时间内打到盒子上的水的质量Δm=ρSv0Δt,向下为正,则根据动量定理FΔt=Δmv-(-Δmv0),解得F=ρSv0(v0+v),根据牛顿第三定律可知水对铁盒的平均作用力大小为F′=F=ρSv0(v0+v),A正确.

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