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第2課時碰撞反沖和火箭 基礎(chǔ)回顧 核心探究 演練提升 基礎(chǔ)回顧自主梳理 融會貫通 知識梳理 一 碰撞及特點(diǎn)1 碰撞做相對運(yùn)動的兩個 或幾個 物體相遇而發(fā)生相互作用 在時間內(nèi) 它們的運(yùn)動狀態(tài)會發(fā)生變化 2 特點(diǎn)在碰撞現(xiàn)象中 一般都滿足內(nèi)力外力 可認(rèn)為相互碰撞的系統(tǒng)動量守恒 很短 顯著 遠(yuǎn)大于 注 在同一水平面上發(fā)生彈性正碰 機(jī)械能守恒 討論 1 當(dāng)m1 m2時 v1 v2 2 當(dāng)m1 m2時 v1 v2 0 v0 v0 0 3 當(dāng)m1 m2時 v1 0 v2 0 4 當(dāng)m10 5 當(dāng)m1 m2時 v1 v0 v2 2v0 三 爆炸和反沖運(yùn)動1 爆炸爆炸過程中的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力 爆炸的各部分組成的系統(tǒng)總動量 2 反沖運(yùn)動 1 物體在內(nèi)力作用下分裂為兩個不同部分并且這兩部分向方向運(yùn)動的現(xiàn)象 2 反沖運(yùn)動中 相互作用力一般較大 通?？梢杂枚蓙硖幚?守恒 相反 動量守恒 自主檢測 1 思考判斷 1 質(zhì)量相等的兩個物體發(fā)生碰撞時 一定交換速度 2 發(fā)生碰撞的兩個物體 機(jī)械能是守恒的 3 運(yùn)送人造地球衛(wèi)星的火箭開始工作后 火箭做加速運(yùn)動的原因是燃料燃燒推動空氣 空氣反作用力推動火箭 4 在沒有空氣的宇宙空間 火箭仍可加速前行 答案 1 2 3 4 2 一小型爆炸裝置在光滑 堅硬的水平鋼板上發(fā)生爆炸 所有碎片均沿鋼板上方的倒圓錐面 圓錐的頂點(diǎn)在爆炸裝置處 飛開 在爆炸過程中 下列關(guān)于爆炸裝置的說法中正確的是 A 總動量守恒B 機(jī)械能守恒C 水平方向動量守恒D 豎直方向動量守恒 C 解析 爆炸裝置在光滑 堅硬的水平鋼板上發(fā)生爆炸 與鋼板間產(chǎn)生巨大的相互作用力 這個作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它所受到的重力 但由于鋼板對爆炸裝置的作用力是豎直向上的 因此爆炸裝置在豎直方向動量不守恒 所以爆炸裝置的總動量是不守恒的 而水平方向合力為零 動量守恒 選項(xiàng)A D錯誤 C正確 爆炸時 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 因此 機(jī)械能增加 選項(xiàng)B錯誤 3 2018 黑龍江大慶質(zhì)檢 多選 采取下列哪些措施有利于增加火箭的飛行速度 A 使噴出的氣體速度增大B 使噴出的氣體溫度更高C 使噴出的氣體質(zhì)量更大D 使噴出的氣體密度更小 AC 4 2018 河北石家莊模擬 多選 在一條直線上相向運(yùn)動的甲 乙兩個小球 它們的動能相等 已知甲球的質(zhì)量大于乙球的質(zhì)量 它們正碰后可以發(fā)生的情況是 A 甲球停下 乙球反向運(yùn)動B 甲球反向運(yùn)動 乙球停下C 甲 乙兩球都反向運(yùn)動D 甲 乙兩球都反向運(yùn)動 且動能仍相等 AC 核心探究分類探究 各個擊破 考點(diǎn)一彈性碰撞與非彈性碰撞 1 對碰撞的理解 1 發(fā)生碰撞的物體間一般作用力很大 作用時間很短 各物體作用前后各自動量變化顯著 物體在作用時間內(nèi)位移可忽略 2 即使碰撞過程中系統(tǒng)所受合外力不等于零 由于內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力 作用時間又很短 故外力的作用可忽略 認(rèn)為系統(tǒng)的動量是守恒的 3 若碰撞過程中沒有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 則系統(tǒng)碰撞后的總機(jī)械能不可能大于碰撞前系統(tǒng)的總機(jī)械能 2 物體的碰撞是否為彈性碰撞的判斷彈性碰撞是碰撞過程中無機(jī)械能損失的碰撞 遵循的規(guī)律是動量守恒定律和機(jī)械能守恒定律 確切地說是碰撞前后系統(tǒng)動量守恒 動能不變 1 題目中明確告訴物體間的碰撞是彈性碰撞 2 題目中明確告訴是彈性小球 光滑鋼球或分子 原子等微觀粒子 碰撞的 都是彈性碰撞 答案 2 針對訓(xùn)練 2015 全國 卷 35 兩滑塊a b沿水平面上同一條直線運(yùn)動 并發(fā)生碰撞 碰撞后兩者粘在一起運(yùn)動 經(jīng)過一段時間后 從光滑路段進(jìn)入粗糙路段 兩者的位置x隨時間t變化的圖像如圖所示 求 1 滑塊a b的質(zhì)量之比 答案 1 1 8 2 整個運(yùn)動過程中 兩滑塊克服摩擦力做的功與因碰撞而損失的機(jī)械能之比 答案 2 1 2 考點(diǎn)二多物體碰撞問題 對多個物體參與作用 作用過程又比較復(fù)雜的多物體問題 有時讓人覺得眼花繚亂 無從下手 解決這類問題 要善于弄清每一個子過程和在各個子過程中參與作用的物體 對各個子過程的作用特點(diǎn)及物體的運(yùn)動特征進(jìn)行深入地分析 歸納和總結(jié) 從中探究相應(yīng)的規(guī)律 找到解題的突破口 典例2 2015 全國 卷 35 如圖 在足夠長的光滑水平面上 物體A B C位于同一直線上 A位于B C之間 A的質(zhì)量為m B C的質(zhì)量都為M 三者均處于靜止?fàn)顟B(tài) 現(xiàn)使A以某一速度向右運(yùn)動 求m和M之間應(yīng)滿足什么條件 才能使A只與B C各發(fā)生一次碰撞 設(shè)物體間的碰撞都是彈性的 1 子彈射入木塊前的速度 2 若每當(dāng)小木塊返回到O點(diǎn)或停止在O點(diǎn)時 立即有相同的子彈射入小木塊 并留在其中 則當(dāng)?shù)?顆子彈射入小木塊后 小木塊沿圓弧軌道能上升的最大高度為多少 考點(diǎn)三爆炸及反沖運(yùn)動 1 爆炸 1 動量守恒 由于爆炸是在極短的時間內(nèi)完成的 爆炸物體間的相互作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受到的外力 所以在爆炸過程中 系統(tǒng)的總動量可看做守恒 2 動能增加 在爆炸過程中 由于有其他形式的能量 如化學(xué)能 轉(zhuǎn)化為動能 所以爆炸前后系統(tǒng)的總動能增加 2 反沖運(yùn)動是相互作用的物體之間的作用力與反作用力產(chǎn)生的效果 如發(fā)射炮彈時炮身后退 火箭因噴氣而發(fā)射 噴氣式飛機(jī)等 1 系統(tǒng)內(nèi)的不同部分在強(qiáng)大的內(nèi)力作用下向相反方向運(yùn)動 通常用動量守恒定律來處理 2 反沖運(yùn)動中 由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 所以系統(tǒng)的總機(jī)械能增加 3 反沖運(yùn)動中系統(tǒng)的平均動量也守恒 核心點(diǎn)撥 1 爆炸瞬間動量守恒 機(jī)械能增加 能量守恒 2 A B一起滑動 可用動能定理列式 3 第二次滑動 因求時間 可結(jié)合牛頓第二定律 運(yùn)動學(xué)公式分析求解 反思總結(jié)爆炸 反沖問題的處理方法 1 由于爆炸過程時間極短 內(nèi)力極大 故爆炸瞬間 即使有外力作用 也可用系統(tǒng)動量守恒定律處理 但爆炸過程中 系統(tǒng)的動能是增加的 2 反沖運(yùn)動中 一般內(nèi)力較大 而物體又在內(nèi)力作用下反向運(yùn)動 故在反沖運(yùn)動中 通常用動量守恒定律來處理 但此過程中系統(tǒng)動能也是增加的 針對訓(xùn)練 導(dǎo)學(xué)號58826134 2017 云南昆明二模 課外科技小組制作一只 水火箭 用壓縮空氣壓出水流使火箭運(yùn)動 假如噴出的水流流量保持為2 10 4m3 s 噴出速度保持為對地10m s 啟動前火箭總質(zhì)量為1 4kg 則啟動2s末火箭的速度可以達(dá)到多少 已知火箭沿水平軌道運(yùn)動阻力不計 水的密度是103kg m3 答案 4m s 考點(diǎn)四 人船模型 問題 1 人船模型 是動量守恒定律的拓展應(yīng)用 它把速度和質(zhì)量關(guān)系推廣到質(zhì)量和位移關(guān)系 即由m1v1 m2v2推廣為m1x1 m2x2 2 此結(jié)論與人在船上行走的速度大小無關(guān) 因此不論是勻速行走還是變速行走 甚至走走停停 往返行走 只要人最終到達(dá)船的另一端 那么結(jié)論都是一樣的 3 人船模型的適用條件是 總動量 或某一方向上的總動量 為零 典例4 在靜水上浮著一只長為L 3m 質(zhì)量為M 300kg的小船 船尾站著一質(zhì)量m1 60kg的人 船尾站著一質(zhì)量為m2 40kg的小朋友 開始時人和船都靜止 若兩人互換位置 不計水的阻力 則下列說法正確的是 A 后退0 15mB 前進(jìn)0 3mC 不確定 船的位移與他們運(yùn)動的速度有關(guān)D 不確定 船的位移與他們運(yùn)動的先后有關(guān) 核心點(diǎn)撥 1 兩人的質(zhì)量大小 決定了船的運(yùn)動方向 船的運(yùn)動方向與質(zhì)量大的人的運(yùn)動方向相反 2 畫出運(yùn)動草圖 設(shè)出船的位移 表示出兩人的位移 進(jìn)行求解 A 解析 由于m1的質(zhì)量大 因此船將后退 設(shè)船的位移為x 則m1的位移為L x m2的位移為L x 如圖所示 由平均動量守恒得Mx m2 L x m1 L x 解得x 0 15m 選項(xiàng)A正確 B錯誤 船的運(yùn)動方向只與質(zhì)量大的人的運(yùn)動方向相反 其位移大小與運(yùn)動快慢和運(yùn)動先后均無關(guān) 選項(xiàng)C D錯誤 針對訓(xùn)練 導(dǎo)學(xué)號58826135 2018 安徽合肥模擬 如圖所示 質(zhì)量為M 半徑為R的圓環(huán) 靜止在光滑水平面上 有一質(zhì)量為m的滑塊從與環(huán)心O等高處開始無初速度下滑到達(dá)最低點(diǎn)時 關(guān)于圓環(huán)的位移 下列說法中正確的是 B 演練提升真題體驗(yàn) 強(qiáng)化提升 高考模擬 1 反沖問題 2017 全國 卷 14 將質(zhì)量為1 00kg的模型火箭點(diǎn)火升空 50g燃燒的燃?xì)庖源笮?00m s的速度從火箭噴口在很短時間內(nèi)噴出 在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g 火箭的動量大小為 噴出過程中重力和空氣阻力可忽略 A 30kg m sB 5 7 102kg m sC 6 0 102kg m sD 6 3 102kg m s A 解析 火箭和燃?xì)饨M成的系統(tǒng)動量守恒 點(diǎn)火升空前系統(tǒng)總動量為零 在燃?xì)鈬姵龊蟮乃查g 火箭的動量大小等于燃?xì)獾膭恿看笮?所以火箭的動量大小p mv 0 05 600kg m s 30kg m s 選項(xiàng)A正確 2 碰撞問題 2016 天津卷 9 如圖所示 方盒A靜止在光滑的水平面上 盒內(nèi)有一小滑塊B 盒的質(zhì)量是滑塊的2倍 滑塊與盒內(nèi)水平面間的動摩擦因數(shù)為 若滑塊以速度v開始向左運(yùn)動 與盒的左 右壁發(fā)生無機(jī)械能損失的碰撞 滑塊在盒中來回運(yùn)動多次 最終相對于盒靜止 則此時盒的速度大小為 滑塊相對于盒運(yùn)動的路程為 3 彈性碰撞規(guī)律結(jié)合運(yùn)動學(xué)規(guī)律的應(yīng)用 2014 全國 卷 35 如圖 質(zhì)量分別為mA mB的兩個彈性小球A B靜止在地面上方 B球距地面的高度h 0 8m A球在B球的正上方 先將B球釋放 經(jīng)過一段時間后再將A球釋放 當(dāng)A球下落t 0 3s時 剛好與B球在地面上方的P點(diǎn)處相碰 碰撞時間極短 碰后瞬間A球的速度恰為零 已知mB 3mA 重力加速度大小g 10m s2 忽略空氣阻力及碰撞中的動能損失 求 1 B球第一次到達(dá)地面時的速度 答案 1 4m s 2 P點(diǎn)距離地面的高度 答案 2 0 75m 4 非彈性碰撞問題 2017 天津卷 10 如圖所示 物塊A和B通過一根輕質(zhì)不可伸長的細(xì)繩相連 跨放在質(zhì)量不計的光滑定滑輪兩側(cè) 質(zhì)量分別為mA 2kg mB 1kg 初始時A靜止于水平地面上 B懸于空中 現(xiàn)將B豎直向上再舉高h(yuǎn) 1 8m 未觸及滑輪 然后由靜止釋放 一段時間后細(xì)繩繃直 A B以大小相等的速度一起運(yùn)動 之后B恰好可以和地面接觸 取g 10m s2 空氣阻力不計 求 1 B從釋放到細(xì)繩剛繃直時的運(yùn)動時間t 答案 1 0 6s 2 A的最大速度v的大小 3 初始時B離地面的高度H 拓展增分 彈簧類的慢碰撞問題慢碰撞問題指的是物體在相互作用的過程中 有彈簧 光滑斜面或光滑曲面等 使得作用不像碰撞那樣瞬間完成 并存在明顯的中間狀態(tài) 在研究此類問題時 可以將作用過程分段研究 也可以全過程研究 示例 2018 四川南充模擬 如圖所示 質(zhì)量為M的滑塊靜止在光滑的水平桌面上 滑塊的光滑弧面底部與桌面相切 一質(zhì)量為m的小球以速度v0向滑塊滾來 設(shè)小球不能越過滑塊 求 1 小球到達(dá)最高點(diǎn)時小球和滑塊的速度分別為多少 2 小球上升的最大高度