《新高考物理一轮复习精品讲义专题9.2 动量守恒定律的应用及实验（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新高考物理一轮复习精品讲义专题9.2 动量守恒定律的应用及实验（含解析）（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、专题9.2 动量守恒定律的应用及实验【讲】目录一 讲核心素养1二 讲必备知识2【知识点一】动量守恒定律的理解和基本应用2题型1动量守恒条件的理解2题型2动量守恒定律的基本应用3【知识点二】碰撞问题5题型一 碰撞的可能性分析5题型二碰撞规律的应用7【知识点三】实验：验证动量守恒定律9三 讲关键能力14【能力点一】会分析动量守恒定律的临界问题14【能力点二】会分析爆炸、反冲问题17四讲模型思想20模型一 子弹打木块模型20模型二 “滑块木板”碰撞模型22模型三“滑块弹簧”碰撞模型24一 讲核心素养1.物理观念：碰撞、反冲。(1)理解碰撞、反冲的定义及物理意义。(2)定量分析一维碰撞问题并能解释生产
2、生活中的弹性碰撞和非弹性碰撞现象。2.科学思维：动量守恒定律、人船模型、“木块滑块”模型、“子弹打木块”模型、“含弹簧”模型。(1).理解系统动量守恒的条件、会应用动量守恒定律解决基本问题、会分析、解决动量守恒定律的临界问题。(2)会用动量守恒观点分析反冲运动、人船模型、“子弹打木块”、“滑块木板”模型的有关问题。3.科学态度与责任：现代航天技术与反冲。体会用守恒定律分析物理问题的方法，体会自然界的和谐与统一。4. 科学探究：验证动量守恒定律通过实验，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。二 讲必备知识【知识点一】动量守恒定律的理解和基本应用动量守恒定律的五个特性矢量性动量守恒定律的表达式为矢量方程
3、，解题应选取统一的正方向相对性各物体的速度必须是相对同一参考系的速度(一般是相对于地面)同时性动量是一个瞬时量，表达式中的p1、p2、必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p1、p2、必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量系统性研究的对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统普适性动量守恒定律不仅适用于低速宏观物体组成的系统，还适用于接近光速运动的微观粒子组成的系统题型1动量守恒条件的理解【例1】(20211月湖北学业水平选择性考试模拟演练，1)如图所示，曲面体P静止于光滑水平面上，物块Q自P的上端静止释放。Q与P的接触面光滑，Q在P上运动的过程中，下列说法正确的是()A.P对Q做
4、功为零B.P和Q之间相互作用力做功之和为零C.P和Q构成的系统机械能守恒、动量守恒D.P和Q构成的系统机械能不守恒、动量守恒【答案】B【解析】根据题意可知，物块Q从光滑曲面体P滑下，两者组成的系统没有重力以外的其他力做功，系统的机械能守恒，故D错误；物块Q滑下，曲面体向后运动，说明滑块Q对曲面体P做正功，则曲面体P对滑块Q做负功，且P和Q之间的相互作用力做功之和为零，故B正确，A错误；P和Q组成的系统所受外力不为零，动量不守恒，但在水平方向的外力为零，系统在水平方向的动量守恒，故C错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念、科学思维。要求考生能正确理解并区分动量守恒定律和机械能守恒的应
5、用的条件。【必备知识】动量守恒的条件(1)系统不受外力或所受外力之和为零时，系统的动量守恒。(2)系统所受外力之和不为零，但当内力远大于外力时系统动量近似守恒。(3)系统所受外力之和不为零，但在某个方向上所受合外力为零或不受外力，或外力可以忽略，则在这个方向上，系统动量守恒。【变式训练1】(多选)(2021安徽安庆五校联考)如图所示，光滑水平面上静止着一辆质量为M的小车，小车上带有一光滑的、半径为R的圆弧轨道。现有一质量为m的光滑小球从轨道的上端由静止开始释放，下列说法中正确的是()A小球下滑过程中，小车和小球组成的系统总动量守恒B小球下滑过程中，小车和小球组成的系统总动量不守恒C小球下滑过程
6、中，在水平方向上小车和小球组成的系统总动量守恒D小球下滑过程中，小车和小球组成的系统机械能守恒【答案】BCD【解析】小车和小球组成的系统在水平方向上所受的合外力为零，则水平方向上动量守恒，竖直方向所受合外力不为零，所以总的动量不守恒；除重力以外的其他外力不做功，小车和小球组成的系统机械能守恒，B、C、D正确。【变式训练2】(2021河北武邑中学模拟)如图所示，甲木块的质量为m1，以速度v沿光滑水平地面向右运动，正前方有一静止的、质量为m2的乙木块，乙木块上连有一轻质弹簧。甲木块与弹簧接触后 ()A.甲木块的动量守恒B.乙木块的动量守恒C.甲、乙两木块所组成系统的动量守恒D.甲、乙两木块所组成系
7、统的机械能守垣【答案】C【解析】甲木块与弹簧接触后，由于弹簧弹力的作用，甲、乙的动量都要发生变化，但甲、乙所组成的系统因所受合力为零，故系统动量守恒，A、B错误，C正确；甲、乙两木块所组成系统的动能，一部分转化为弹簧的弹性势能，故系统机械能不守恒，选项D错误。题型2动量守恒定律的基本应用【例1】(2021江苏扬州市调研)如图所示，在足够长的光滑水平面上，用质量分别为2 kg和1 kg的甲、乙两滑块，将轻弹簧压紧后处于静止状态，轻弹簧仅与甲拴接，乙的右侧有一挡板P。现将两滑块由静止释放，当弹簧恢复原长时，甲的速度大小为2 m/s，此时乙尚未与P相撞。(1)求弹簧恢复原长时乙的速度大小；(2)若乙
8、与挡板P碰撞反弹后不能再与弹簧发生碰撞。求挡板P对乙的冲量的最大值。 【答案】(1)4 m/s(2)6 Ns【解析】(1)设向左为正方向，由动量守恒定律得m甲v甲m乙v乙0，代入数据解得v乙4 m/s。(2)要使乙反弹后不能再与弹簧发生碰撞，碰后最大速度为v甲，设向左为正方向，由动量定理得Im乙v甲m乙(v乙)，解得I6 Ns。【素养升华】本题考察的学科素养主要是科学思维。【技巧方法】应用动量守恒定律的解题步骤(1)明确研究对象，确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)。(2)进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或某一方向上是否守恒)。(3)规定正方向，确定初、末状态动量。(4)由动量
9、守恒定律列出方程。(5)代入数据，求出结果，必要时讨论说明。【变式训练1】(2021山东青岛市上学期期末)在靶场用如图所示的简易装置测量某型号步枪子弹的出膛速度。在平坦靶场的地面上竖直固定一根高h1.25 m的直杆，在杆的顶端放置质量m10.2 kg 的实心橡皮球，测试人员水平端枪，尽量靠近并正对着橡皮球扣动扳机，子弹穿过球心，其他测试人员用皮尺测得橡皮球和子弹的着地点离杆下端的距离分别为x120 m、x2100 m。子弹质量m20.01 kg，重力加速度g10 m/s2，求该型号步枪子弹的出膛速度大小。【答案】1 000 m/s【解析】设步枪子弹的出膛速度大小为v0，子弹穿过球后瞬间，橡皮球
10、的速度为v1，子弹的速度为v2，有m2v0m1v1m2v2，hgt2，x1v1t，x2v2t，解得v01 000 m/s。【变式训练2】(多选)如图所示，一质量M3.0 kg的长方形木板B放在光滑水平地面上，在其右端放一个质量m1.0 kg的小木块A，同时给A和B以大小均为4.0 m/s，方向相反的初速度，使A开始向左运动，B开始向右运动，A始终没有滑离B板，在小木块A做加速运动的时间内，木板速度大小可能是()A2.1 m/s B2.4 m/sC2.8 m/s D3.0 m/s【答案】AB【解析】以A、B组成的系统为研究对象，系统动量守恒，取水平向右为正方向，从A开始运动到A的速度为零过程中，
11、由动量守恒定律得(Mm)vMvB1，代入数据解得vB12.67 m/s.当从开始到A、B速度相同的过程中，由动量守恒定律得(Mm)v(Mm)vB2，代入数据解得vB22 m/s，则在木块A做加速运动的时间内，B的速度大小范围为2 m/svBm2时，v10，v20，且v2v1(大碰小，一起跑)；(3)当m1m2时，v10(小碰大，要反弹)；(4)当m1m2时，v1v1，v22v1(极大碰极小，大不变，小加倍)；(5)当m1m2时，v1v1，v20(极小碰极大，小等速率反弹，大不变)。题型一 碰撞的可能性分析【例1】(2021吉林市第二次调研)两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA
12、1 kg，mB2 kg，vA6 m/s，vB2 m/s。当A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是()A.vA3 m/s，vB4 m/sB.vA5 m/s，vB2.5 m/sC.vA2 m/s，vB4 m/sD.vA4 m/s，vB7 m/s【答案】C【解析】碰前系统总动量为pmAvAmBvB(1622) kgm/s10 kgm/s，碰前总动能为EkmAvmBv(162222) J22 J，如果vA3 m/s，vB4 m/s，则碰后总动量为p(1324) kgm/s11 kgm/s，动量不守恒，A错误；碰撞后，A、B两球同向运动，A球在B球的后面，A球的速度大于B球的速度，不可能，B错误
13、；如果vA2 m/s，vB4 m/s，则碰后总动量为p(1224) kgm/s10 kgm/s，系统动量守恒，碰后总动能为Ek(122242)J18 J，系统动能减小，满足碰撞的条件，C正确；如果vA4 m/s，vB7 m/s，则碰后总动量为p1(4)27 kgm/s10 kgm/s，系统动量守恒，碰后总动能为Ek(142272)J57 J，系统动能增加，不可能，D错误。【素养升华】本题考察的学科素养主要是物理观念、科学思维。【必备知识】碰撞遵守的原则(1)动量守恒。(2)机械能不增加，即碰撞结束后总动能不增加，表达式为Ek1Ek2Ek1Ek2或。(3)速度要合理碰前若同向运动，原来在前的物体
14、速度一定增大，且v前v后。两物体相向运动，碰后两物体的运动方向肯定有一个改变或速度均为零。【变式训练】(2021广东广州市天河区三模热身)质量为m、速度为v的A球与质量为3m的静止的B球发生正碰。碰撞可能是弹性的，也可能是非弹性的，因此，碰撞后B球的速度可能有不同的值，碰撞后B球的速度大小可能是()A0.6vB0.4vC0.2vDv【答案】B【解析】根据动量守恒定律得mvmv13mv2，则当v20.6v时，v10.8v，则碰撞后的总动能Ekm(0.8v)23m(0.6v)21.72mv2，大于碰撞前的总动能，违反了能量守恒定律，故A项错误；当v20.4v时，v10.2v，则碰撞后的总动能为Ekm(0.2v)23m(0.4v)20.52mv2，小于碰撞前的总动能，故可能发生的是非弹性碰撞，B项正确；当v20.2v时，v10.4
