高三物理一轮复习资料【动量守恒定律】
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动量守恒定律考点题型梳理一、 动能、动量、动量变化量1.(多选)对于一个质量不变的物体,下列说法正确的是( )A .物体的动量发生变化,其动能一定变化B .物体的动量发生变化,其动能不一定变化C .物体的动能发生变化,其动量一定变化D .物体的动能发生变化,其动量不一定变化2.(多选)对于一个质量不变的物体,下列说法正确的是( )A .物体的动量发生变化,其动能一定变化B .物体的动量发生变化,其动能不一定变化C .物体的动能发生变化,其动量一定变化D .物体的动能发生变化,其动量不一定变化3.(多选)质量为m 的物体以初速度v 0开始做平抛运动,不计空气阻力,经过时间t ,下降的高度为h ,速度变为v ,此时物体仍未落地,在这段时间内物体动量变化量的大小可能是(重力加速度为g )( )A .m (v -v 0)B .mgtC .m v 2-v 02D .m 2gh4.如图所示,PQS 是固定于竖直平面内的光滑的14圆弧轨道,圆心O 在S 的正上方.在O 和P 两点各有一质量为m 的小物块a 和b ,从同一时刻开始,a 自由下落,b 沿圆弧下滑.以下说法正确的是( )A .a 比b 先到达S ,它们在S 点的动量不相同B .a 与b 同时到达S ,它们在S 点的动量不相同C .a 比b 先到达S ,它们在S 点的动量相同D .b 比a 先到达S ,它们在S 点的动量相同二、冲量、动量定理①冲量的计算1.下列关于冲量的说法中正确的是( )A .物体受到很大的冲力时,其冲量一定很大B .当力与位移垂直时,该力的冲量为零C .不管物体做什么运动,在相同时间内该物体重力的冲量相同D .只要力的大小恒定,在相同时间内的冲量就恒定2.一质量为2 kg 的物块在合力F 的作用下从静止开始沿直线运动,合力F 随时间t 变化的关系图像如图所示,则( )A .t =2 s 时,物块的动量大小为0B .t =3 s 时,物块的速率为1 m/sC.t=0到t=1 s时间内,合力F对物块冲量的大小为1 N·sD.t=2 s到t=3 s时间内,物块动量变化量的大小为2 kg·m/s3. (多选)一质量m=60 kg的运动员从下蹲状态竖直向上跳起,经t=0.2 s以大小v=1 m/s的速度离开地面,重力加速度g=10 m/s2.在这0.2 s内()A.地面对运动员的冲量大小为180 N·sB.地面对运动员的冲量大小为60 N·sC.地面对运动员做的功为零D.地面对运动员做的功为30 J②动量定理的应用4. 行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。
考点3 人船模型1.人船模型问题如图所示,两个原来静止的物体发生相互作用时,若所受外力的矢量和为零,则动量守恒.在相互作用的过程中,任一时刻两物体的速度大小之比等于质量的反比.2.人船模型的特点(1)两物体满意动量守恒定律:m1v1-m2v2=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的反比;人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比,即x1 x2=v1v2=m2m1.(3)应用x1x2=v1v2=m2m1时要留意:v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的.3.“人船模型”的拓展研透高考明确方向6.[人船模型]有一只小船停靠在湖边码头,小船又窄又长.一位同学想用一个卷尺粗略测定它的质量.他进行了如下操作:首先将船平行于码头自由停岸,轻轻从船尾上船,走到船头停下,而后轻轻下船.用卷尺测出船后退的距离d,然后用卷尺测出船长L.已知他的自身质量为m,水的阻力不计,则船的质量为(B)A.m(L+d)d B.m(L-d)dC.mLd D.m(L+d)L解析设船的质量为M,人走动的时候船的平均速度为v,人的平均速度为v',人从船尾走到船头用时为t,人的位移为L-d,船的位移为d,所以v=dt ,v'=L−dt.以船后退的方向为正方向,依据动量守恒定律有Mv-mv'=0,可得M dt =m(L−d)t,小船的质量为M=m(L−d)d,故B正确.7.[“人船模型”的拓展/2024云南曲靖模拟/多选]如图所示,一半圆槽滑块的质量为M,半圆槽半径为R,滑块静止在光滑水平桌面上,一质量为m的小型机器人(可视为质点)置于半圆槽的A端,在无线遥控器限制下,小型机器人从半圆槽A端移动到B端.下列说法正确的是(CD)A.小型机器人与滑块组成的系统动量守恒B.滑块运动的距离为MRM+mC.滑块与小型机器人运动的水平距离之和为2RD.小型机器人运动的位移是滑块的Mm倍解析小型机器人和滑块组成的系统只在水平方向动量守恒,A错误;小型机器人从A端移动到B端的过程中,由水平方向动量守恒得mx1=Mx2,依据位移关系有x1+x2=2R,可得小型机器人和滑块移动的距离分别为x1=2MRM+m ,x2=2mRM+m,即小型机器人运动的位移与滑块运动的位移之比为x1x2=Mm,故B错误,C、D正确.。
专题十一 动量守恒中的四类典型模型1.[滑块+曲面/2023山东]如图所示,物块A 和木板B 置于水平地面上,固定光滑弧形轨道末端与B 的上表面所在平面相切,竖直挡板P 固定在地面上.作用在A 上的水平外力,使A 与B 以相同速度v 0向右做匀速直线运动.当B 的左端经过轨道末端时,从弧形轨道某处无初速度下滑的滑块C 恰好到达最低点,并以水平速度v 滑上B 的上表面,同时撤掉外力,此时B 右端与P 板的距离为s .已知v 0=1m/s ,v =4m/s ,m A =m C =1kg ,m B =2kg ,A 与地面间无摩擦,B 与地面间动摩擦因数μ1=0.1,C 与B 间动摩擦因数μ2=0.5,B 足够长,使得C 不会从B 上滑下.B 与P 、A 的碰撞均为弹性碰撞,不计碰撞时间,取重力加速度大小g =10m/s2.(1)求C 下滑的高度H ;(2)与P 碰撞前,若B 与C 能达到共速,且A 、B 未发生碰撞,求s 的范围;(3)若s =0.48m ,求B 与P 碰撞前,摩擦力对C 做的功W ;(4)若s =0.48m ,自C 滑上B 开始至A 、B 、C 三个物体都达到平衡状态,求这三个物体总动量的变化量Δp 的大小.答案 (1)0.8m (2)0.625m ≤s ≤2+√22m (3)-6J (4)(6+32√215)N·s解析 (1)C 下滑过程,由动能定理有m C gH =12m C v 2,解得H =0.8m(2)设C 滑上B 以后,C 的加速度大小为a C ,B 的加速度大小为a 1,B 、C 共速时间为t 1,s 的最小值为s 1,B 、C 共同的加速度大小为a 2,经过t 2时间A 追上B ,s 的最大值为s 2,则由牛顿第二定律有μ2m C g =m C a C解得a C =5m/s 2μ2m C g -μ1(m B +m C )g =m B a 1解得a 1=1m/s 2又v 0+a 1t 1=v -a C t 1解得t 1=0.5s由运动学规律有s 1=v 0t 1+12a 1t 12联立解得s 1=58m =0.625mB 、C 共速后,由牛顿第二定律得μ1(m B +m C )g =(m B +m C )a 2解得a 2=1m/s 2由运动学公式得s 2=s 1+(v 0+a 1t 1)t 2-12a 2t 22s 2=v 0(t 1+t 2)联立解得s 2=2+√22m故s 的范围为0.625m ≤s ≤2+√22m(3)由题意知s <s 1,所以B 与P 碰撞时,B 与C 未共速.设C 在B 板上滑动的时间为t 3,B 与P 相碰时C 的速度大小为v 1,则由运动学公式得s =v 0t 3+12a 1t 32解得t 3=0.4s (另一解舍去)v 1=v -a C t 3解得v 1=2m/s对物体C 从刚滑上B 到B 与P 碰撞前的过程,由动能定理有W =12m C (v 12-v 2)解得W =-6J(4)设B 与P 碰撞前瞬间的速度大小为v 2,B 与P 碰撞后瞬间的速度为v 3,B 向左运动的加速度大小为a 3,B 向左运动时间t 4与A 相遇.设A 、B 碰撞前瞬间B 的速度大小为v 4;A 、B 碰撞后瞬间,A 的速度为v 5,B 的速度为v 6,C 的速度大小为v 7,则由运动学公式得v 2=v 0+a 1t 3解得v 2=1.4m/s由于P 固定在地面上,B 与P 的碰撞为弹性碰撞,所以有v 3=v 2=1.4m/sB 与P 碰撞后向左运动的过程中,对B 由牛顿第二定律得μ2mC g +μ1(m B +m C )g =m B a 3解得a 3=4m/s 2自B 、P 碰撞后至A 、B 发生碰撞的过程,由运动学公式得s -v 0t 3=v 0t 4+v 3t 4-12a 3t 42解得t 4=3-2√25s (另一解舍去)v 4=v 3-a 3t 4解得v 4=(8√25-1)m/s v 7=v 1-a C t 4解得v 7=(2√2-1)m/s以向右为正方向,A 、B 发生弹性碰撞,由动量守恒定律得m A v 0-m B v 4=m A v 5+m B v 6由机械能守恒定律得12m A v 02+12m B v 42=12m A v 52+12m B v 62联立解得v 5=(1-32√215)m/s 、v 6=(1-8√215)m/s (另一组解舍去)即A 、B 碰撞后,A 以速度v 5向左运动,B 以初速度v 6向右运动经分析可得,B 、C 最终静止,A 最终以速度v 5向左运动,故自C 滑上B 开始至三物体达到平衡状态,这三个物体总动量的变化量为Δp =m A v 5-[(m A +m B )v 0+m C v ]解得|Δp |=(6+32√215)N·s2.[滑块+弹簧/2022全国乙]如图(a ),一质量为m 的物块A 与轻质弹簧连接,静止在光滑水平面上;物块B 向A 运动,t =0时与弹簧接触,到t =2t 0时与弹簧分离,第一次碰撞结束,A 、B 的v -t 图像如图(b )所示.已知从t =0到t =t 0时间内,物块A 运动的距离为0.36v 0t 0.A 、B 分离后,A 滑上粗糙斜面,然后滑下,与一直在水平面上运动的B 再次碰撞,之后A 再次滑上斜面,达到的最高点与前一次相同.斜面倾角为θ(sin θ=0.6),与水平面光滑连接.碰撞过程中弹簧始终处于弹性限度内.求(1)第一次碰撞过程中,弹簧弹性势能的最大值;(2)第一次碰撞过程中,弹簧压缩量的最大值;(3)物块A 与斜面间的动摩擦因数.图(a ) 图(b )答案 (1)0.6m v 02(2)0.768v 0t 0 (3)0.45解析 (1)水平面光滑,故在水平面上两物块碰撞过程动量守恒,从B 与弹簧接触到弹簧第一次压缩到最短过程中有m B v 1=(m B +m A )v 0其中v 1=1.2v 0可得m B=5m该过程中机械能守恒,设弹簧最大弹性势能为E p ,得E p +12(m A +m B )v 02=12m B v 12由上式得E p =0.6m v 02(2)由图像知0~t 0内物块B 与物块A 的位移差等于弹簧的最大压缩量,也就是题图中该段时间物块A 、B 图像所夹面积,物块A 在0~t 0时间内的位移S A =0.36v 0t 0,即为0~t 0内,v -t 图像中A 线与t 轴所夹面积.解法1在压缩弹簧的过程中,物块A 、B 所受弹簧弹力大小相等,方向相反,则物块A 的加速度始终是物块B 加速度的5倍,有a A =5a B若两者均做初速度为零的变速运动,则两者的位移满足S A =5S'B在图1中深灰色阴影面积为S A ,浅灰色阴影面积为S'B .最大压缩量为X =1.2v 0t 0-S A -S'B =0.768v 0t 0图1 图2解法20~t 0过程,由动量守恒定律有 mv A +5mv B =(m +5m )v 0结合运动学知识有mS A +5mS B =6mv 0t 0解得S B =1.128v 0t 0(B 在0~t 0内的位移)最大压缩量为X =S B -S A =1.128v 0t 0-0.36v 0t 0=0.768v 0t 0(3)设物块A 第一次从斜面滑到平面上时的速度为v x ,物块A (含弹簧)回到水平面,第二次与B 相互作用过程系统机械能守恒、动量守恒.则有m B v 2-m A v x =m B v 3+m A ·2v 012m B v 22+12m A v x 2=12m B v 32+12m A (2v 0)2其中v 2=0.8v 0可得v x =v 0(另一解舍去)物块A 第一次从斜面底端滑到最高点的过程,由动能定理有-mgμs cos θ-mgs sin θ=0-12m (2v 0)2物块A 第一次从最高点滑到水平面的过程,由动能定理有-mgμs cos θ+mgs sin θ=12m v 02-0由上式得μ=0.45.。
物理第一轮考纲知识复习之动量守恒定律一、动量1、动量:运动物体的质量和速度的乘积叫做动量.P=mv是矢量,方向与速度方向相同;动量的合成与分解,按平行四边形法则、三角形法则.是状态量;通常说物体的动量是指运动物体某一时刻的动量(状态量),计算物体此时的动量应取这一时刻的瞬时速度。
是相对量;物体的动量亦与参照物的选取有关,常情况下,指相对地面的动量。
单位是kg?m/s;2、动量和动能的区别和联系① 动量的大小与速度大小成正比,动能的大小与速度的大小平方成正比。
即动量相同而质量不同的物体,其动能不同;动能相同而质量不同的物体其动量不同。
② 动量是矢量,而动能是标量。
因此,物体的动量变化时,其动能不一定变化;而物体的动能变化时,其动量一定变化。
③ 因动量是矢量,故引起动量变化的原因也是矢量,即物体受到外力的冲量;动能是标量,引起动能变化的原因亦是标量,即外力对物体做功。
④ 动量和动能都与物体的质量和速度有关,两者从不同的角度描述了运动物体的特性,且二者大小间存在关系式:P2=2mEk3、动量的变化及其计算方法动量的变化是指物体末态的动量减去初态的动量,是矢量,对应于某一过程(或某一段时间),是一个非常重要的物理量,其计算方法:(1)ΔP=Pt一P0,主要计算P0、Pt在一条直线上的情况。
(2)利用动量定理ΔP=F?t,通常用来解决P0、Pt;不在一条直线上或F为恒力的情况。
二、冲量1、冲量:力和力的作用时间的乘积叫做该力的冲量.是矢量,如果在力的作用时间内,力的方向不变,则力的方向就是冲量的方向;冲量的合成与分解,按平行四边形法则与三角形法则.冲量不仅由力的决定,还由力的作用时间决定。
而力和时间都跟参照物的选择无关,所以力的冲量也与参照物的选择无关。
单位是N?s;2、冲量的计算方法(1)I= F?t.采用定义式直接计算、主要解决恒力的冲量计算问题。
I=Ft(2)利用动量定理Ft=ΔP.主要解决变力的冲量计算问题,但要注意上式中F为合外力(或某一方向上的合外力)。
1.理解动量、动量的变化量、动量定理的概念.2.知道动量守恒的条件.3.会利用动量守恒定律分析碰撞、反冲等相互作用问题.考点一 动量、冲量、动量定理的理解与应用[例题1](2024•河南一模)质量相等的A.相同时间内,速度变化量可能不同B.同一时刻,速度变化快慢可能不同C.抛出后下降到同一高度时,动能一定相同A .12mv 2l r 2B .12mv 2r l 2【解答】解:取栅栏中相邻两根小细杆A ,B ,板心C 从位于杆A 正上方到位于B 杆的正上方。
圆板绕杆定轴转动惯量为:I 杆=I C +mr 2=32mr 2C 位于A 正上方时圆板运动为:E k =12I 杆(v r )2=34mv 2C 到达A 、B 杆连线中点正上方瞬间,速度为v ′,动能为:34mv ′2=E k +mgr (1―cos θ2)+T •l 2将圆板与B 杆完全非弹性碰撞后瞬间,绕B 杆转动角速度记为ωB ,根据角动量守恒有:I B ωB =I C ωC +rmv 0′ωC =v′r,v 0′=v ′cos α可得:32mr 2ωB =12mr 2⋅v′r +rmv ′cos θ=12mrv′+mrv ′cos θ=mv ′(12+cos θ)则有:ωB r =23v′(12+cosθ)此时圆盘的动能E k=12I B ω2B =34mv ′2⋅49(12+cos )2C 杆转到B 杆正上方时,速度又增加v ,由机械能定理有:34mv 2=12I B ω2B ―mgr (1﹣cos θ2)+12Tl联立以上各式,消去34mv 2可得:34mv 2=34mv 2•49(12+cosθ)2+mgr •(1﹣cos θ2)⋅49(12+cosθ)2+12Tl ⋅49(12+cosθ)2―mgr (1﹣cos θ2)+12Tl取近似值:(12+cosθ)2=(32―12θ2)2=94―32θ2又有:1―cos θ2=18θ2,θ=lr代入上式,并忽略高阶小量得:T =12mv 2⋅lr2,故A 正确,BCD 错误。
第七章动量守恒定律第1讲动量和动量定理基础对点练题组一动量和冲量的理解与计算1.冬奥会速滑比赛中,甲、乙两运动员的质量分别为m1和m2,若他们的动能相等,则甲、乙动量大小之比是( )A.1∶1B.m1∶m2C.√m1∶√m2D.√m2∶√m12.(多选)颠球是足球的基本功之一,足球爱好者小华在练习颠球时,某次足球由静止自由下落0.8 m,被重新颠起,离开脚部后竖直上升的最大高度为0.45 m。
已知足球与脚部的作用时间为0.1 s,足球的质量为0.4 kg,重力加速度g取10 m/s2,不计空气阻力,下列说法正确的是( )A.足球从下落到再次上升到最大高度,全程用了0.7 sB.足球下落到与脚部刚接触时的动量大小为1.6 kg·m/sC.足球与脚部作用过程中动量变化量大小为0.4 kg·m/sD.足球从最高点下落到重新回到最高点的过程中重力的冲量大小为3.2 N·s题组二动量定理的理解与应用3.(多选)(广东河源模拟)如图所示,在轮船的船舷和码头的岸边一般都固定有橡胶轮胎,轮船驶向码头停靠时,会与码头发生碰撞。
对这些轮胎的作用,下列说法正确的是( )A.增大轮船与码头碰撞过程中所受的冲量B.减小轮船与码头碰撞过程中动量的变化量C.延长轮船与码头碰撞过程中的作用时间D.减小轮船与码头碰撞过程中受到的作用力4.(广东广州模拟)一个质量为0.2 kg的垒球,以20 m/s的水平速度飞向球棒,被球棒打击后反向水平飞回,速度大小变为40 m/s,如图所示,设球棒与垒球的作用时间为0.01 s,下列说法正确的是( )A.球棒对垒球不做功B.球棒对垒球做负功C.球棒对垒球的平均作用力大小为400 ND.球棒对垒球的平均作用力大小为1 200 N5.(多选)一质量为1 kg的物块在合力F的作用下从静止开始沿直线运动,其F-t图像如图所示。
则( )A.t=1 s时物块的速度大小为2 m/sB.0~2 s内合力的冲量大小为2 kg·m/sC.t=3 s时物块的动量大小为5 kg·m/sD.0~4 s内合力的冲量大小为2 kg·m/s题组三应用动量定理解决“流体模型”问题6.(四川成都联考)高压清洗广泛应用于汽车清洁、地面清洁等。
考点2 爆炸和反冲1.爆炸现象位置不变爆炸的时间极短,因而在作用过程中,物体产生的位移很小,一般可忽略不计,可以认为爆炸后仍然从作用前的位置以新的动量开始运动动能增加在爆炸过程中,由于有其他形式的能量转化为动能,因此爆炸后系统的总动能增加动量守恒由于内力远大于外力,故爆炸过程动量守恒2.反冲现象作用原理系统内物体之间的作用力和反作用力产生的效果动能增加反冲运动过程中,有其他形式的能转化为动能,系统的总动能将增加动量守恒反冲运动过程中,系统在某一方向不受外力或外力远小于物体间的相互作用力,可在该方向上应用动量守恒定律对下列关于爆炸和反冲的说法进行判断.(1)发射炮弹,炮身后退;园林喷灌装置一边喷水一边旋转均属于反冲现象.(√)(2)火箭向后喷气的瞬间,火箭和喷出的气体组成的系统动量守恒.(√)(3)爆炸过程中机械能增加,反冲过程中机械能减少.(✕)(4)鞭炮爆炸的瞬间,鞭炮动量守恒.(√)研透高考明确方向4.[爆炸/2021浙江1月]在爆炸实验基地有一发射塔,发射塔正下方的水平地面上安装有声音记录仪.爆炸物自发射塔竖直向上发射,上升到空中最高点时炸裂成质量之比为2∶1、初速度均沿水平方向的两个碎块.遥控器引爆瞬间开始计时,在5s末和6s末先后记录到从空气中传来的碎块撞击地面的响声.已知声音在空气中的传播速度为340m/s,重力加速度g=10m/s2,忽略空气阻力.下列说法正确的是(B)A.两碎块的位移大小之比为1∶2B.爆炸物的爆炸点离地面高度为80mC.爆炸后质量大的碎块的初速度为68m/sD.爆炸后两碎块落地点之间的水平距离为340m解析假设爆炸物炸裂后两碎块的速度分别为v1、v2,爆炸过程由动量守恒定律得0=2mv1-mv2,解得v1v2=12,又两碎块在空中运动的时间相同,在水平方向上有x=vt,所以水平位移之比为1∶2,竖直方向下落的高度相同,所以两碎块的位移之比不等于1∶2,A错误;假设两碎块在空中运动的时间均为t,则两碎块从落地到被记录到声音所用的时间分别为(5-t)s、(6-t)s,由几何关系可知v1t=340(5-t) m,2v1t=340(6-t) m,解得t=4 s,则爆炸点距离地面的高度为h=12gt2=80 m,B正确;两碎块的水平位移分别为x1=340 m、x2=680 m,所以两碎块落地点之间的距离为x=x1+x2=1 020 m,D错误;爆炸后质量大的碎块的初速度为v1=x1t=85 m/s,C错误.5.[反冲/多选]火箭飞行时,在极短时间Δt内喷射燃气的质量是Δm,喷出的燃气相对喷气前火箭的速度大小是u,喷出燃气后火箭的质量是m,下列说法正确的是(AB)A.火箭的发射利用了反冲原理B.喷出燃气时,火箭受到的推力为ΔmuΔtC.喷出燃气后,火箭的动量改变量大小为ΔmuD.火箭喷出燃气的质量与火箭剩余质量之比越小,火箭增加的速度Δv就越大解析火箭的发射利用了反冲原理,A正确;设火箭喷气前的速度大小为v,则喷出的燃气对地的速度大小为u-v,设火箭运动的方向为正方向,则对喷出的燃气,根据动量定理有-FΔt=-Δm(u-v)-Δmv,可得F=ΔmuΔt,由牛顿第三定律可知火箭受到的推力F'=F,B正确;设喷气后火箭的速度大小为v',由动量守恒定律有(m+Δm)v=-Δm(u-v)+mv',则喷出燃气后,火箭的动量改变量大小为Δp=mv'-(m+Δm)v=Δm(u- v),C错误;由动量守恒定律有(m+Δm)v=-Δm(u-v)+mv',解得火箭速度的增加量Δv=v'-v=Δmum,则火箭喷出燃气的质量与火箭剩余质量之比越小,火箭增加的速度Δv就越小,D错误.命题拓展命题条件不变,一题多设问已知喷出燃气前火箭的速度为v0,求喷出燃气后火箭的速度大小.答案(m+Δm)v0-Δmum+Δm解析对火箭喷出燃气的过程由动量守恒定律有(m+Δm)v0=mv1+Δm(v1+u),解得喷出燃气后火箭的速度大小为v1=(m+Δm)v0−Δmum+Δm.。
高考物理一轮复习知识考点专题专题一《动量守恒定律》【基本概念、规律】一、动量动量定理1.冲量(1)定义:力和力的作用时间的乘积.(2)公式:I=Ft,适用于求恒力的冲量.(3)方向:与力F的方向相同.2.动量(1)定义:物体的质量与速度的乘积.(2)公式:p=mv.(3)单位:千克·米/秒,符号:kg·m/s.(4)意义:动量是描述物体运动状态的物理量,是矢量,其方向与速度的方向相同.3.动量定理(1)内容:物体所受合力的冲量等于物体动量的增量.(2)表达式:F·Δt=Δp=p′-p.(3)矢量性:动量变化量方向与合力的方向相同,可以在某一方向上用动量定理.4.动量、动能、动量的变化量的关系(1)动量的变化量:Δp=p′-p.(2)动能和动量的关系:E k=p2 2m.二、动量守恒定律1.守恒条件(1)理想守恒:系统不受外力或所受外力的合力为零,则系统动量守恒.(2)近似守恒:系统受到的合力不为零,但当内力远大于外力时,系统的动量可近似看成守恒.(3)分方向守恒:系统在某个方向上所受合力为零时,系统在该方向上动量守恒.2.动量守恒定律的表达式:m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2或Δp1=-Δp2.三、碰撞1.碰撞物体间的相互作用持续时间很短,而物体间相互作用力很大的现象.2.特点在碰撞现象中,一般都满足内力远大于外力,可认为相互碰撞的系统动量守恒.3.分类【重要考点归纳】考点一动量定理的理解及应用1.动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于随时间变化的力.这种情况下,动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值.2.动量定理的表达式F·Δt=Δp是矢量式,运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向,公式中的F是物体或系统所受的合力.3.应用动量定理解释的两类物理现象(1)当物体的动量变化量一定时,力的作用时间Δt越短,力F就越大,力的作用时间Δt越长,力F就越小,如玻璃杯掉在水泥地上易碎,而掉在沙地上不易碎.(2)当作用力F一定时,力的作用时间Δt越长,动量变化量Δp越大,力的作用时间Δt越短,动量变化量Δp越小4.应用动量定理解题的一般步骤(1)明确研究对象和研究过程.研究过程既可以是全过程,也可以是全过程中的某一阶段.(2)进行受力分析.只分析研究对象以外的物体施加给研究对象的力,不必分析内力.(3)规定正方向.(4)写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和),根据动量定理列方程求解.考点二动量守恒定律与碰撞1.动量守恒定律的不同表达形式(1)p=p′,系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.(3)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的增量等大反向.(4)Δp=0,系统总动量的增量为零.2.碰撞遵守的规律(1)动量守恒,即p1+p2=p′1+p′2.(2)动能不增加,即E k1+E k2≥E′k1+E′k2或p212m1+p222m2≥p′212m1+p′222m2.(3)速度要合理.①碰前两物体同向,则v后>v前;碰后,原来在前的物体速度一定增大,且v′前≥v′后.②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.3.两种碰撞特例(1)弹性碰撞两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒.以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有m1v1=m1v′1+m2v′2①12m1v 21=12m1v′21+12m2v′22②由①②得v′1=m1-m2v1m1+m2v′2=2m1v1m1+m2结论:①当m1=m2时,v′1=0,v′2=v1,两球碰撞后交换了速度.②当m1>m2时,v′1>0,v′2>0,碰撞后两球都向前运动.③当m1<m2时,v′1<0,v′2>0,碰撞后质量小的球被反弹回来.(2)完全非弹性碰撞两物体发生完全非弹性碰撞后,速度相同,动能损失最大,但仍遵守动量守恒定律.4.应用动量守恒定律解题的步骤(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(或某一方向上动量是否守恒);(3)规定正方向,确定初、末状态动量;(4)由动量守恒定律列出方程;(5)代入数据,求出结果,必要时讨论说明.考点三爆炸和反冲人船模型1.爆炸的特点(1)动量守恒:由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸时物体间的相互作用力远远大于受到的外力,所以在爆炸过程中,系统的总动量守恒.(2)动能增加:在爆炸过程中,由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸后系统的总动能增加.(3)位移不变:爆炸的时间极短,因而作用过程中物体运动的位移很小,一般可忽略不计,可以认为爆炸后仍然从爆炸时的位置以新的动量开始运动.2.反冲(1)现象:物体的不同部分在内力的作用下向相反方向运动.(2)特点:一般情况下,物体间的相互作用力(内力)较大,因此系统动量往往有以下几种情况:①动量守恒;②动量近似守恒;③某一方向动量守恒.反冲运动中机械能往往不守恒.注意:反冲运动中平均动量守恒.(3)实例:喷气式飞机、火箭、人船模型等.3.人船模型若人船系统在全过程中动量守恒,则这一系统在全过程中的平均动量也守恒.如果系统由两个物体组成,且相互作用前均静止,相互作用后均发生运动,则由m1v1=-m2v2得m1x1=-m2x2.该式的适用条件是:(1)系统的总动量守恒或某一方向上的动量守恒.(2)构成系统的两物体原来静止,因相互作用而反向运动.(3)x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移.考点五实验:验证动量守恒定律1.实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v′,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v′1+m2v′2,看碰撞前后动量是否守恒.2.实验方案方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出滑块质量.(2)安装:正确安装好气垫导轨.(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量.②改变滑块的初速度大小和方向).(4)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2.(2)安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.(3)实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰.(4)测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度.(5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验.(6)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小车的质量.(2)安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.(3)实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动.(4)测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=ΔxΔt算出速度.(5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验.(6)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案四:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球.(2)按照如图所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平.(3)白纸在下,复写纸在上,在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O.(4)不放被撞小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次.用步骤(4)的方法,标出碰后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.如图所示.(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1OP=m1OM+m2ON,看在误差允许的范围内是否成立.(7)整理好实验器材放回原处.(8)实验结论:在实验误差范围内,碰撞系统的动量守恒.【思想方法与技巧】动量守恒中的临界问题1.滑块与小车的临界问题滑块与小车是一种常见的相互作用模型.如图所示,滑块冲上小车后,在滑块与小车之间的摩擦力作用下,滑块做减速运动,小车做加速运动.滑块刚好不滑出小车的临界条件是滑块到达小车末端时,滑块与小车的速度相同.2.两物体不相碰的临界问题两个在光滑水平面上做匀速运动的物体,甲物体追上乙物体的条件是甲物体的速度v甲大于乙物体的速度v乙,即v甲>v乙,而甲物体与乙物体不相碰的临界条件是v甲=v乙.3.涉及弹簧的临界问题对于由弹簧组成的系统,在物体间发生相互作用的过程中,当弹簧被压缩到最短时,弹簧两端的两个物体的速度相等.4.涉及最大高度的临界问题在物体滑上斜面(斜面放在光滑水平面上)的过程中,由于弹力的作用,斜面在水平方向将做加速运动.物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平方向具有共同的速度,物体在竖直方向的分速度等于零.5.正确把握以下两点是求解动量守恒定律中的临界问题的关键:(1)寻找临界状态看题设情景中是否有相互作用的两物体相距最近,避免相碰和物体开始反向运动等临界状态.(2)挖掘临界条件在与动量相关的临界问题中,临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系,即速度相等或位移相等.最新高考物理一轮复习知识考点专题二《静电场》第一节电场力的性质【基本概念、规律】一、电荷和电荷守恒定律1.点电荷:形状和大小对研究问题的影响可忽略不计的带电体称为点电荷.2.电荷守恒定律(1)电荷既不会创生,也不会消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分;在转移过程中,电荷的总量保持不变.(2)起电方式:摩擦起电、接触起电、感应起电.二、库仑定律1.内容:真空中两个静止点电荷之间的相互作用力,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们的距离的二次方成反比,作用力的方向在它们的连线上.2.公式:F=k q1q2r2,式中的k=9.0×109 N·m2/C2,叫做静电力常量.3.适用条件:(1)点电荷;(2)真空.三、电场强度1.意义:描述电场强弱和方向的物理量.2.公式(1)定义式:E=Fq,是矢量,单位:N/C或V/m.(2)点电荷的场强:E=k Qr2,Q为场源电荷,r为某点到Q的距离.(3)匀强电场的场强:E=U d.3.方向:规定为正电荷在电场中某点所受电场力的方向.四、电场线及特点1.电场线:电场线是画在电场中的一条条有方向的曲线,曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度方向.2.电场线的特点(1)电场线从正电荷或无限远处出发,终止于负电荷或无限远处.(2)电场线不相交.(3)在同一电场里,电场线越密的地方场强越大.(4)沿电场线方向电势降低.(5)电场线和等势面在相交处互相垂直.3.几种典型电场的电场线(如图所示)【重要考点归纳】考点一对库仑定律的理解和应用1.对库仑定律的理解(1)F=k q1q2r2,r指两点电荷间的距离.对可视为点电荷的两个均匀带电球,r为两球心间距.(2)当两个电荷间的距离r→0时,电荷不能视为点电荷,它们之间的静电力不能认为趋于无限大.2.电荷的分配规律(1)两个带同种电荷的相同金属球接触,则其电荷量平分.(2)两个带异种电荷的相同金属球接触,则其电荷量先中和再平分.考点二电场线与带电粒子的运动轨迹分析1.电荷运动的轨迹与电场线一般不重合.若电荷只受电场力的作用,在以下条件均满足的情况下两者重合:(1)电场线是直线.(2)电荷由静止释放或有初速度,且初速度方向与电场线方向平行.2.由粒子运动轨迹判断粒子运动情况:(1)粒子受力方向指向曲线的内侧,且与电场线相切.(2)由电场线的疏密判断加速度大小.(3)由电场力做功的正负判断粒子动能的变化.3.求解这类问题的方法:(1)“运动与力两线法”——画出“速度线”(运动轨迹在初始位置的切线)与“力线”(在初始位置电场线的切线方向),从二者的夹角情况来分析曲线运动的情景.(2)“三不知时要假设”——电荷的正负、场强的方向(或等势面电势的高低)、电荷运动的方向,是题意中相互制约的三个方面.若已知其中的任一个,可顺次向下分析判定各待求量;若三个都不知(三不知),则要用“假设法”分别讨论各种情况.考点三静电力作用下的平衡问题1.解决这类问题与解决力学中的平衡问题的方法步骤相同,只不过是多了静电力而已.2.(1)解决静电力作用下的平衡问题,首先应确定研究对象,如果有几个物体相互作用时,要依据题意,适当选取“整体法”或“隔离法”.(2)电荷在匀强电场中所受电场力与位置无关;库仑力大小随距离变化而变化.考点四带电体的力电综合问题解决该类问题的一般思路【思想方法与技巧】用对称法处理场强叠加问题对称现象普遍存在于各种物理现象和物理规律中,应用对称性不仅能帮助我们认识和探索某些基本规律,而且也能帮助我们去求解某些具体的物理问题.利用对称法分析解决物理问题,可以避免复杂的数学演算和推导,直接抓住问题的特点,出奇制胜,快速简便地求解问题.第二节电场能的性质【基本概念、规律】一、电场力做功和电势能1.电场力做功(1)特点:静电力做功与实际路径无关,只与初末位置有关.(2)计算方法①W=qEd,只适用于匀强电场,其中d为沿电场方向的距离.②W AB=qU AB,适用于任何电场.2.电势能(1)定义:电荷在电场中具有的势能,数值上等于将电荷从该点移到零势能位置时静电力所做的功.(2)静电力做功与电势能变化的关系:静电力做的功等于电势能的减少量,即W AB=E p A-E p B=-ΔE p.(3)电势能具有相对性.二、电势、等势面1.电势(1)定义:电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量的比值.(2)定义式:φ=E p q.(3)相对性:电势具有相对性,同一点的电势因零电势点的选取不同而不同.2.等势面(1)定义:电场中电势相同的各点构成的面.(2)特点①在等势面上移动电荷,电场力不做功.②等势面一定与电场线垂直,即与场强方向垂直.③电场线总是由电势高的等势面指向电势低的等势面.④等差等势面的疏密表示电场的强弱(等差等势面越密的地方,电场线越密).三、电势差1.定义:电荷在电场中,由一点A移到另一点B时,电场力所做的功W AB与移动的电荷的电量q的比值.2.定义式:U AB=W AB q.3.电势差与电势的关系:U AB=φA-φB,U AB=-U BA.4.电势差与电场强度的关系匀强电场中两点间的电势差等于电场强度与这两点沿电场方向的距离的乘积,即U AB=Ed.特别提示:电势和电势差都是由电场本身决定的,与检验电荷无关,但电场中各点的电势与零电势点的选取有关,而电势差与零电势点的选取无关.【重要考点归纳】考点一电势高低及电势能大小的比较1.比较电势高低的方法(1)根据电场线方向:沿电场线方向电势越来越低.(2)根据U AB=φA-φB:若U AB>0,则φA>φB,若U AB<0,则φA<φB.(3)根据场源电荷:取无穷远处电势为零,则正电荷周围电势为正值,负电荷周围电势为负值;靠近正电荷处电势高,靠近负电荷处电势低.2.电势能大小的比较方法(1)做功判断法电场力做正功,电势能减小;电场力做负功,电势能增加(与其他力做功无关).(2)电荷电势法正电荷在电势高处电势能大,负电荷在电势低处电势能大.考点二等势面与粒子运动轨迹的分析1.几种常见的典型电场的等势面比较电场等势面(实线)图样重要描述匀强电场垂直于电场线的一簇平面点电荷的电场以点电荷为球心的一簇球面等量异种点电荷的电场连线的中垂线上的电势为零等量同种正点电荷的电场连线上,中点电势最低,而在中垂线上,中点电势最高2.带电粒子在电场中运动轨迹问题的分析方法(1)从轨迹的弯曲方向判断受力方向(轨迹向合外力方向弯曲),从而分析电场方向或电荷的正负;(2)结合轨迹、速度方向与静电力的方向,确定静电力做功的正负,从而确定电势能、电势和电势差的变化等;(3)根据动能定理或能量守恒定律判断动能的变化情况.考点三公式U=Ed的拓展应用1.在匀强电场中U=Ed,即在沿电场线方向上,U∝d.推论如下:(1)如图甲,C点为线段AB的中点,则有φC=φA+φB2.(2)如图乙,AB∥CD,且AB=CD,则U AB=U CD.2.在非匀强电场中U=Ed虽不能直接应用,但可以用作定性判断.考点四电场中的功能关系1.求电场力做功的几种方法(1)由公式W=Fl cos α计算,此公式只适用于匀强电场,可变形为W=Eql cos α.(2)由W AB=qU AB计算,此公式适用于任何电场.(3)由电势能的变化计算:W AB=E p A-E p B.(4)由动能定理计算:W电场力+W其他力=ΔE k.注意:电荷沿等势面移动电场力不做功.2.电场中的功能关系(1)若只有电场力做功,电势能与动能之和保持不变.(2)若只有电场力和重力做功,电势能、重力势能、动能之和保持不变.(3)除重力、弹簧弹力之外,其他各力对物体做的功等于物体机械能的变化.(4)所有外力对物体所做的功等于物体动能的变化.3.在解决电场中的能量问题时常用到的基本规律有动能定理、能量守恒定律和功能关系.(1)应用动能定理解决问题需研究合外力的功(或总功).(2)应用能量守恒定律解决问题需注意电势能和其他形式能之间的转化.(3)应用功能关系解决该类问题需明确电场力做功与电势能改变之间的对应关系.(4)有电场力做功的过程机械能不守恒,但机械能与电势能的总和可以守恒.【思想方法与技巧】E-x和φ-x图象的处理方法1.E-x图象(1)反映了电场强度随位移变化的规律.(2)E>0表示场强沿x轴正方向;E<0表示场强沿x轴负方向.(3)图线与x轴围成的“面积”表示电势差,“面积”大小表示电势差大小,两点的电势高低根据电场方向判定.2.φ-x图象(1)描述了电势随位移变化的规律.(2)根据电势的高低可以判断电场强度的方向是沿x轴正方向还是负方向.(3)斜率的大小表示场强的大小,斜率为零处场强为零.3.看懂图象是解题的前提,解答此题的关键是明确图象的斜率、面积的物理意义.第三节电容器与电容带电粒子在电场中的运动【基本概念、规律】一、电容器、电容1.电容器(1)组成:由两个彼此绝缘又相互靠近的导体组成.(2)带电量:一个极板所带电量的绝对值.(3)电容器的充、放电充电:使电容器带电的过程,充电后电容器两板带上等量的异种电荷,电容器中储存电场能.放电:使充电后的电容器失去电荷的过程,放电过程中电场能转化为其他形式的能.2.电容(1)定义式:C=Q U.(2)单位:法拉(F),1 F=106μF=1012pF.3.平行板电容器(1)影响因素:平行板电容器的电容与正对面积成正比,与介质的介电常数成正比,与两极板间距离成反比.(2)决定式:C=εr S4πkd,k为静电力常量.特别提醒:C=QU⎝⎛⎭⎫或C=ΔQΔU适用于任何电容器,但C=εr S4πkd仅适用于平行板电容器.二、带电粒子在电场中的运动1.加速问题(1)在匀强电场中:W=qEd=qU=12mv2-12mv2;(2)在非匀强电场中:W=qU=12mv2-12mv2.2.偏转问题(1)条件分析:不计重力的带电粒子以速度v0垂直于电场线方向飞入匀强电场.(2)运动性质:匀变速曲线运动.(3)处理方法:利用运动的合成与分解.①沿初速度方向:做匀速运动.②沿电场方向:做初速度为零的匀加速运动.特别提示:带电粒子在电场中的重力问题(1)基本粒子:如电子、质子、α粒子、离子等除有说明或有明确的暗示以外,一般都不考虑重力(但并不忽略质量).(2)带电颗粒:如液滴、油滴、尘埃、小球等,除有说明或有明确的暗示以外,一般都不能忽略重力.【重要考点归纳】考点一平行板电容器的动态分析运用电容的定义式和决定式分析电容器相关量变化的思路1.确定不变量,分析是电压不变还是所带电荷量不变.(1)保持两极板与电源相连,则电容器两极板间电压不变.(2)充电后断开电源,则电容器所带的电荷量不变.2.用决定式C =εr S 4πkd 分析平行板电容器电容的变化. 3.用定义式C =Q U分析电容器所带电荷量或两极板间电压的变化. 4.用E =U d分析电容器两极板间电场强度的变化. 5.在分析平行板电容器的动态变化问题时,必须抓住两个关键点:(1)确定不变量:首先要明确动态变化过程中的哪些量不变,一般情况下是保持电量不变或板间电压不变.(2)恰当选择公式:要灵活选取电容的两个公式分析电容的变化,还要应用E =U d,分析板间电场强度的变化情况.考点二 带电粒子在电场中的直线运动1.运动类型(1)带电粒子在匀强电场中做匀变速直线运动.(2)带电粒子在不同的匀强电场或交变电场中做匀加速、匀减速的往返运动.2.分析思路(1)根据带电粒子受到的电场力,用牛顿第二定律求出加速度,结合运动学公式确定带电粒子的运动情况.(2)根据电场力对带电粒子所做的功等于带电粒子动能的变化求解.此方法既适用于匀强电场,也适用于非匀强电场.(3)对带电粒子的往返运动,可采取分段处理.考点三 带电粒子在电场中的偏转1.基本规律设粒子带电荷量为q ,质量为m ,两平行金属板间的电压为U ,板长为l ,板间距离为d (忽略重力影响),则有(1)加速度:a =F m =qE m =qU md. (2)在电场中的运动时间:t =l v 0. (3)位移⎩⎪⎨⎪⎧ v x t =v 0t =l 12at 2=y , y =12at 2=qUl 22mv 20d. (4)速度⎩⎪⎨⎪⎧v x =v 0v y =at ,v y =qUt md , v =v 2x +v 2y ,tan θ=v y v x =qUl mv 20d.2.两个结论(1)不同的带电粒子从静止开始经过同一电场加速后再从同一偏转电场射出时的偏转角度总是相同的.证明:由qU 0=12mv 20及tan θ=qUl mdv 20得tan θ=Ul 2U 0d. (2)粒子经电场偏转后,合速度的反向延长线与初速度延长线的交点O 为粒子水平位移的中点,即O 到电场边缘的距离为l 2. 3.带电粒子在匀强电场中偏转的功能关系:当讨论带电粒子的末速度v 时也可以从能量的角度进行求解:qU y =12mv 2-12mv 20,其中U y =U dy ,指初、末位置间的电势差. 【思想方法与技巧】带电粒子在交变电场中的偏转1.注重全面分析(分析受力特点和运动特点),找到满足题目要求所需要的条件.2.比较通过电场的时间t 与交变电场的周期T 的关系:(1)若t ≪T ,可认为粒子通过电场的时间内电场强度不变,等于刚进入电场时刻的场强.(2)若不满足上述关系,应注意分析粒子在电场方向上运动的周期性.对称思想、等效思想在电场问题中的应用一、割补法求解电场强度由于带电体不规则,直接求解产生的电场强度较困难,若采取割或补的方法,使之具有某种对称性,从而使问题得到简化.二、等效法求解电场中的圆周运动1.带电粒子在匀强电场和重力场组成的复合场中做圆周运动的问题是一类重要而典型的题型.对于这类问题,若采用常规方法求解,过程复杂,运算量大.若采用“等效法”求解,则过程往往比较简捷.2.等效法求解电场中圆周运动问题的解题思路:(1)求出重力与电场力的合力F 合,将这个合力视为一个“等效重力”.(2)将a =F 合m视为“等效重力加速度”. (3)将物体在重力场中做圆周运动的规律迁移到等效重力场中分析求解.。
高考第一轮复习----动量第四章动量一.动量和冲量1.动量按定义,物体的质量和速度的乘积叫做动量:⑴冲量是描述力的时间积累效应的物理量,是过程量,它与时间相对应。
⑵冲量是矢量,它的方向由力的方向打算(不能说和力的方向相同)。
假如力的方向在作用时间内保持不变,那么冲量的方向就和力的方向相同。
⑶高中阶段只要求会用1.动量定理物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。
既例2. 以初速度1.动量守恒定律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:2.动量守恒定律成立的条件⑴系统不受外力或者所受外力之和为零;⑵系统受外力,但外力远小于内力,可以忽视不计;⑶系统在某一个方向上所受的合外力为零,则该方向上动量守恒。
⑷全过程的某一阶段系统受的合外力为零,则该阶段系统动量守恒。
3.动量守恒定律的表达形式除了,即4.动量守恒定律的重要意义从现代物理学的理论高度来熟悉,动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。
(另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。
)从科学实践的角度来看,迄今为止,人们尚未发觉动量守恒定律有任何例外。
相反,每当在试验中观看到好像是违反动量守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最终总是以有新的发觉而成功告终。
例如静止的原子核发生β衰变放出电子时,按动量守恒,反冲核应当沿电子的反方向运动。
但云室照片显示,两者径迹不在一条直线上。
为解释这一反常现象,1930年泡利提出了中微子假说。
由于中微子既不带电又几乎无质量,在试验中极难测量,直到1956年人们才首次证明白中微子的存在。
(2000年高考综合题23 ②就是依据这一历史事实设计的)。
又如人们发觉,两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量好像也是不守恒的。
这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场,把电磁场的动量也考虑进去,总动量就又守恒了。
四、动量守恒定律的应用1.碰撞Ⅰ Ⅱ Ⅲ⑶弹簧完全没有弹性。
Ⅰ→Ⅱ系统动能削减全部转化为内能,Ⅱ状态系统动能仍和⑴相同,但没有弹性势能;由于没有弹性,此类碰撞问题要考虑三个因素:①碰撞中系统动量守恒;②碰撞过程中系统动能不增加;③碰前、碰后两个物体的位置关系(不穿越)和速度大小应保证其挨次合理。
高三物理一轮复习资料【动量守恒定律】
[考点分析]
1.命题特点:动量守恒定律是高中物理的基本知识.考查频率较大,单独考查时以选择题为主,难度中等偏下.多数情况和能量、电场、磁场知识综合考查,难度较高.
2.思想方法:守恒思想、图象法、全过程法和分段法等.
[知能必备]
1.动量守恒条件的理解
(1)理想守恒:不受外力或所受外力的矢量和为零.
(2)近似守恒:系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力.
(3)某一方向守恒:如果系统在某一方向上所受外力的矢量和为零,则系统在这方向上动量守恒.
2.动量守恒定律的表达式
p =p ′
Δp =0
m 1v 1+m 2v 2=m 1v 1′+m 2v 2′
[真题再练]
1. (多选)水平冰面上有一固定的竖直挡板,一滑冰运动员面对挡板静止在冰面上,他把一质量为4.0 kg 的静止物块以大小为5.0 m/s 的速度沿与挡板垂直的方向推向挡板,运动员获得退行速度;物块与挡板弹性碰撞,速度反向,追上运动员时,运动员又把物块推向挡板,使其再一次以大小为5.0 m/s 的速度与挡板弹性碰撞.总共经过8次这样推物块后,运动员退行速度的大小大于5.0 m/s ,反弹的物块不能再追上运动员.不计冰面的摩擦力,该运动员的质量可能为( )
A .48 kg
B .53 kg
C .58 kg
D .63 kg
解析:BC 设运动员和物块的质量分别为m 、m 0,规定运动员运动的方向为正方向,运动员开始时静止,第一次将物块推出后,运动员和物块的速度大小分别为v 1、v 0,则根
据动量守恒定律0=m v 1-m 0v 0,解得v 1=m 0m
v 0,物块与弹性挡板撞击后,运动方向与运动员同向,当运动员再次推出物块m v 1+m 0v 0=m v 2-m 0v 0,解得v 2=3m 0m v 0
,第3次推出后m v 2+m 0v 0=m v 3-m 0v 0, 解得v 3=5m 0m v 0
,依次类推,第8次推出后,运动员的速度v 8=15m 0m v 0, 根据题意可知v 8=15m 0m v 0
>5 m/s, 解得m <60 kg ,第7次运动员的速度一定小于5
m/s ,则v 7=13m 0m v 0
<5 m/s, 解得m >52 kg ,综上所述,运动员的质量满足52 kg<m <60 kg ,AD 错误,BC 正确.
2.(经典高考题)如图,光滑冰面上静止放置一表面光滑的斜面体,斜面体右侧一蹲在滑板上的小孩和其面前的冰块均静止于冰面上.某时刻小孩将冰块以相对冰面 3 m/s 的速度向斜面体推出,冰块平滑地滑上斜面体,在斜面体上上升的最大高度为h =0.3 m(h 小于斜面体的高度).已知小孩与滑板的总质量为m 1=30 kg ,冰块的质量为m 2=10 kg ,小孩与滑板始终无相对运动.取重力加速度的大小g =10 m/s 2.
(1)求斜面体的质量;
(2)通过计算判断,冰块与斜面体分离后能否追上小孩?
解析:(1)规定向右为速度正方向.冰块在斜面体上运动到最大高度时两者达到共同速度,设此共同速度为v, 斜面体的质量为m 3.由水平方向动量守恒和机械能守恒定律得
m 2v 20=(m 2+m 3)v ①
12m 2v 220=12(m 2
+m 3)v 2+m 2gh ② 式中v 20=-3 m/s 为冰块推出时的速度.联立①②式并代入题给数据得
m 3=20 kg ③
(2)设小孩推出冰块后的速度为v 1,由动量守恒定律有
m 1v 1+m 2v 20=0④
代入数据得v 1=1 m/s ⑤
设冰块与斜面体分离后的速度分别为v 2和v 3,由动量守恒和机械能守恒定律有
m 2v 20=m 2v 2+m 3v 3⑥
12m 2v 220=12m 2v 22+12
m 3v 23⑦ 联立③⑥⑦式并代入数据得v 2=1 m/s ⑧
由于冰块与斜面体分离后的速度与小孩推出冰块后的速度相同且处在后方,故冰块不能追上小孩.
答案:(1)20 kg (2)不能
动量守恒定律解题的基本步骤
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(或某一方向上动量是否守恒).
3.规定正方向,确定初、末状态动量.
4.由动量守恒定律列出方程.
5.代入数据,求出结果,必要时讨论说明.
[精选模拟]
视角1:动量守恒的判断
1.关于下列四幅图所反映的物理过程的说法正确的是()
A.甲图中子弹射入木块的过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒,能量不守恒B.乙图中M、N两木块放在光滑的水平面上,剪断束缚M、N两木块之间的细线,在弹簧恢复原长的过程中,M、N与弹簧组成的系统动量守恒,机械能增加C.丙图中细线断裂后,木球和铁球在水中运动的过程,两球组成的系统动量守恒,机械能不守恒
D.丁图中木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑,木块和斜面组成的系统在水平方向上动量守恒,机械能守恒
解析:C甲图中,在光滑水平面上,子弹射入木块的过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒,机械能有损失,但是损失的机械能转化为内能,能量仍守恒,A错误;乙图中,剪断束缚M、N两木块之间的细线,在弹簧恢复原长的过程中,M、N与弹簧组成的系统动量守恒,弹簧的弹性势能转化为木块的动能,系统机械能守恒,B错误;丙图中,木球和铁球组成的系统匀速下降,说明两球所受水的浮力等于两球自身的重力,细线断裂后两球在水中运动的过程中,所受合外力为零,两球组成的系统动量守恒,由于水的浮力
对两球做功,两球组成的系统机械能不守恒,C 正确;丁图中,木块沿放在光滑水平面上的斜面下滑,木块和斜面组成的系统在水平方向上不受外力,水平方向上动量守恒,由于斜面可能不光滑,所以机械能可能有损失,D 错误.
视角2:动量守恒定律的理解及应用
2.如图所示,质量为0.5 kg 的小球在距离车底面高20 m 处以一定的初速度向左平抛,落在以7.5 m/s 速度沿光滑水平面向右匀速行驶的敞篷小车中,车底涂有一层油泥,车与油泥的总质量为4 kg ,设小球在落到车底前瞬间速度是25 m/s ,则当小球与小车相对静止时,小车的速度是( )
A .5 m/s
B .4 m/s
C .8.5 m/s
D .9.5 m/s
解析:A 设小球的初速度为v 0,小球抛出后做平抛运动,根据动能定理得mgh =12m v 2-12m v 20
,解得v 0=15 m/s ,小球和车作用过程中,水平方向动量守恒,规定向右为正,则有-m v 0+M v =(M +m )v ′,解得v ′=5 m/s ,A 正确.
视角3:人船模型
3.有一质量为M 的小船静止在水面上,在船头A 到船尾B 的连线上
有一点C ,AC =L 1,BC =L 2,在A 端站一质量为2m 的人,在C 点放有
质量为m 的物体(人和物体都可视为质点),现在人从A 端走到C 点将物体搬到B 端停下,若不计水对船的阻力,此过程中小船对地的位移为( )
A.2mL 1+3mL 2m +M
B .2mL 1+3mL 23m +M C.2mL 1+mL 23m +M D .mL 1+3mL 23m +M
解析:B 人、船和物体视为一系统,人从A 端到C 点过程,规定向右为正方向,系
统动量守恒.结合速度v =s t
得2ms 1-(m +M )s 2=0,人和船的速度方向相反,应用几何关系得s 1+s 2=L 1,解得s 2=2mL 13m +M
,从C 点将物体搬到B 端停下的过程,规定向右为正方向,系统动量守恒.结合速度v =s t
得(2m +m )s 1′-Ms 2′=0,同理应用几何关系得s 1′+
s 2′=L 2,解得s 2′=3mL 23m +M .总位移为s 总=s 2+s 2′=2mL 1+3mL 23m +M
,故B 正确. 视角4:某一方向的动量守恒
4.(多选)如图所示,物体A 、B 的质量分别为m 、2m ,物体B 置于水平面上,B 物体上部半圆形槽的半径为R ,将物体A (可视为质点)从圆槽右侧顶端由静止释放,一切摩擦均不计.则( )
A .A 能到达
B 圆槽的左侧最高点
B .A 运动到圆槽的最低点时A 的速率为
gR 3 C .A 运动到圆槽的最低点时B 的速率为
4gR 3
D .B 向右运动的最大位移大小为2R 3
解析:AD 运动过程不计一切摩擦,故由能量守恒可得:机械能守恒,且两物体水平方向动量守恒,那么A 可以到达B 圆槽的左侧最高点,且A 在B 圆槽的左侧最高点时,A 、B 的速度都为零,故A 正确;A 、B 整体在水平方向上合外力为零,故在水平方向上动量守恒,所以m v A -2m v B =0,即v A =2v B ,A 的水平速度向左,B 的水平速度向右;又有A 在水平方向的最大位移和B 在水平方向上的最大位移之和为2R ,故B 向右运动的最大位移大
小为23
R ,故D 正确;对A 运动到圆槽的最低点的运动过程中,对A 、B 整体应用机械能守恒可得:mgR =12m v 2A +12
·2m v 2B =3m v 2B ;所以A 运动到圆槽的最低点时B 的速率为:v B =13gR ;A 的速率为:v A =2v B = 43gR ,故B 、C 错误.。