《教科版高中物理选修（3-5）1.4《动量守恒定律的应用》ppt教学课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教科版高中物理选修（3-5）1.4《动量守恒定律的应用》ppt教学课件（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4动量守恒定律的应用 1 知道应用动量守恒定律解决问题时应注意的问题 2 掌握应用动量守恒定律解决问题的一般步骤 3 会应用动量守恒定律分析 解决碰撞 反冲等问题 4 知道火箭的工作原理 若m1 m2 v1 和v2 都是正值 表示v1 和v2 都与v1方向 若m1 m2 v1 v1 v2 2v1 表示m1的速度不变 m2以2v1的速度被撞出去 若m1 m2 v1 为负值 表示v1 与v1方向 m1被弹回 若m1 m2 v1 v1 v2 0 表示m1被反向以原速率弹回 而m2仍静止 若m1 m2 则有v1 0 v2 v1 即碰撞后两球速度互换 相同 相反 二 反冲运动定义 根据动量守恒定律 一个
2、静止的物体在的作用下分裂为两部分 一部分向某一个方向运动 另一部分必然向方向运动的现象 特点 1 物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 2 反冲运动中 相互作用力一般较大 通常可以用动量守恒定律来处理 3 反冲运动中 由于有能转变为能 所以系统的总动能 内力 相反 其他形式 动 增加 反冲现象的应用及防止 反冲是生活和生产实践中常见的一种现象 在许多场合 反冲是不利的 如大炮射击时 由于炮身的反冲 会影响炮弹的出口速度和准确性 为了减小反冲的影响 可增大炮身的阻力 但还有许多场合 恰好是利用了反冲 如反击式水轮机是应用反冲而工作的 喷气式飞机和火箭是反冲的重要应用 它们都是靠喷出气流的反冲
3、作用而获得巨大速度的 三 火箭工作原理 是利用运动 火箭燃料燃烧产生的高温 高压燃气从尾喷管迅速喷出时 使火箭获得巨大速度 影响火箭获得速度大小的因素 1 喷气速度 现代液体燃料火箭的喷气速度约为2000 4000m s 2 质量比 指火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比 喷气速度 质量比 火箭获得的速度 反冲 越大 越大 越大 一 对碰撞问题的分析对碰撞过程的理解 1 发生碰撞的物体间一般作用力很大 作用时间很短 各物体作用前后动量变化显著 物体在作用时间内位移可忽略 2 即使碰撞过程中系统所受合力不等于零 由于内力远大于外力 作用时间又很短 所以外力的作用可忽略 认为系统的动量是守
4、恒的 3 若碰撞过程中没有其他形式的能转化为机械能 则系统碰后的总机械能不可能大于碰前系统机械能 4 对于弹性碰撞 碰撞前后无动能损失 对非弹性碰撞 碰撞前后有动能损失 对于完全非弹性碰撞 碰撞前后动能损失最大 分析碰撞问题的原则 1 碰撞前后动量守恒 即p1 p2 p1 p2 2 两物体碰撞前的动能应大于或等于碰撞后的动能 即Ek1 Ek2 Ek1 Ek2 3 速度要符合情景 碰撞后两物体同方向运动时 后面物体的速度应小于或等于前面物体的速度 即v后 v前 二 碰撞的常见模型相互作用的两个物体在很多情况下皆可当作碰撞处理 那么对相互作用中两物体相距恰 最近 最远 或恰上升到 最高点 等一类临
5、界问题 求解的关键都是 速度相等 相当于完全弹性碰撞模型 具体分析如下 图1 4 1 1 在图1 4 1中 光滑水平面上的A物体以速度v去撞击静止且一端带有弹簧的B物体 A B两物体相距最近时 两物体速度必定相等 此时弹簧最短 其压缩量最大 2 在图1 4 2中 质量为M的滑块静止在光滑水平面上 滑块的光滑弧面底部与桌面相切 一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚来 设小球不能越过滑块 则小球到达滑块上的最高点时 即小球的竖直速度为零 两物体的速度必定相等 方向为水平向右 图1 4 2 说明 以上两种模型类似前面知识点中的完全弹性碰撞 可以用动量守恒定律和能量守恒定律来解 三 反冲运动与动量守恒
6、定律反冲与动量守恒反冲运动的产生是系统内力作用的结果 两个相互作用的物体A B组成的系统 A对B的作用力使B获得某一方向的动量 B对A的反作用力使A获得相反方向的动量 从而使A沿着与B运动方向的相反方向运动 在以下三种情况中均可用动量守恒定律解决反冲运动问题 1 系统不受外力或所受外力之和为零 满足动量守恒的条件 可以用动量守恒定律解决反冲运动问题 2 系统虽然受到外力作用 但内力远远大于外力 外力可以忽略 也可以用动量守恒定律解决反冲运动问题 3 系统虽然所受外力之和不为零 系统的动量并不守恒 但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零 则系统的动量在该方向上的分量保持不变 可
7、以用该方向上动量守恒解决反冲运动问题 在讨论反冲运动时应注意以下几点 1 速度的反向性若系统原来静止 抛出部分具有速度时 剩余部分的反冲是相对于抛出部分而言的 两者速度方向相反 可任意规定某一部分的运动方向为正方向 列出动量守恒方程 2 速度的相对性在反冲运动中 若已知条件是物体间的相对速度 利用动量守恒定律列方程时 应将相对速度转化为绝对速度 一般为对地速度 对碰撞问题的分析 2 一般思路 1 对一个给定的碰撞 首先要看动量是否守恒 其次再看总动能是否增加 2 一个符合实际的碰撞 除动量守恒外还满足能量守恒 处理问题可利用能量守恒定律列式求解 变式1 2009年3月29日 在冰壶世锦赛上中国
8、队以8 6战胜瑞典队 收获了第一个世锦赛冠军 如图1 4 3甲所示 队长王冰在最后一投中 将质量为19kg的冰壶抛出 运动一段时间后以0 4m s的速度正碰静止的瑞典冰壶 然后中国队冰壶以0 1m s继续向前滑向大本营中心 如图乙所示 若两冰壶质量相等 求 图1 4 3 典例2 如图1 4 4所示 三个弹性小球用两根长均为L的轻绳连成一直线而静止在光滑的水平面上两端小球的质量均为m 中间小球的质量为M 现给中间的小球B一个水平冲量使它获得初速度v 方向与绳垂直 小球相互碰撞无机械能损失 轻绳不可伸长 求 1 两小球m相碰时绳中的张力大小 2 若从小球M开始运动到两小球相碰时的时间为t 求在此期
9、间小球M经过的距离s 分方向动量守恒问题 图1 4 4 变式2 试判断下列作用过程系统的动量是否守恒 图1 4 5 A 如图1 4 5 a 所示 水平地面上有一大炮 斜向上发射一枚弹丸的过程B 如图1 4 5 b 所示 粗糙水平面上有两个物体压紧它们之间的一根轻弹簧 在弹簧弹开的过程中C 如图1 4 5 c 所示 光滑水平面上有一斜面体 将另一物体从斜面的顶端释放 在物体下滑的过程中 解析对于 a 大炮发射弹丸的过程中 弹丸加速上升 系统处于超重状态 地面对于系统向上的支持力大于系统的重力 所以系统在竖直方向动量不守恒 在水平方向上系统受到的地面给炮身的阻力远小于火药爆发过程中的内力 故系统在
10、水平方向上动量守恒 对于 b 来说 在弹簧弹开的过程中 地面给两物体的摩擦力方向相反且是外力 若两个摩擦力大小相等 则系统无论在水平方向还是在竖直方向上所受合外力都为零 则系统动量守恒 若两个物体受到的摩擦力大小不相等 则系统动量不守恒 对于 c 来说 物体在斜面上加速下滑的过程处于失重状态 系统在竖直方向上受到的合外力竖直向下 系统的动量增加 不守恒 而在水平方向上系统不受外力作用 故系统在水平方向上动量守恒 答案A 系统动量不守恒 但水平方向动量守恒 B 无法判断 C 系统动量不守恒 但水平方向动量守恒 典例3 如图1 4 6所示 一火箭喷气发动机每次喷出m 200g的气体 气体离开发动机
11、喷出时的速度v 1000m s 设火箭质量M 300kg 发动机每秒钟喷气20次 1 当第三次喷出气体后 火箭的速度多大 2 运动第1s末 火箭的速度多大 反冲现象及应用 图1 4 6 借题发挥 1 变质量问题 在反冲运动中还常遇到变质量物体的运动 如在火箭的运动过程中 随着燃料的消耗 火箭本身的质量不断减小 此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象 取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究 2 速度的相对性解决火箭多次向外喷射气体的问题时应注意 动量守恒定律中的速度必须是相对于同一参考系 另一方面就是注意速度方向的表示方法 涉及滑块与小车 木板 的临界问题滑块与小车 木板 是一种常见的习题模型 滑块刚好不滑出小车 木块 的临界条件是滑块到达小车 木板 时的速度与小车 木板 的速度相同 典例4 如图1 4 7所示 质量为M 2kg的小车静止在光滑的水平面上 小车上表面粗糙 质量为m 0 5kg的滑块以v0 2m s从和小车等高的平台冲上小车 小车和滑块之间的动摩擦因数 0 2 若要求滑块不从小车上滑下来 则小车的长度L至少多长 图1 4 7 借题发挥将题中的小车换成木板 子弹打击木块刚好打穿的情形也一样
