2019届二轮复习碰撞与反冲运动课件（38张）（全国通用） 38页

第 35 讲　碰撞与反冲运动 - 2 - - 3 - 考点一 考点二 实验 碰撞 核心知识整合 1 . 碰撞 (1) 碰撞特征 : ① 作用时间 　　　 。 ② 作用力变化 　　　 。 ③ 内力 　　　　　　 外力。 ④ 满足 　　　　　　　　　 。   (2) 碰撞的分类及特点 ① 弹性碰撞 : 动量 　　　　 , 机械能 　　　　 。   ② 非弹性碰撞 : 动量 　　　　 , 机械能 　　　　　　 。   ③ 完全非弹性碰撞 : 动量 　　　　 , 机械能损失 　　　　 。   2 . 爆炸现象 爆炸过程中内力远大于外力 , 爆炸的各部分组成的系统总动量 　　　　 。   短 快 远大 于 动量守恒 守恒 守恒 守恒 不 守恒 守恒 最多 守恒 - 4 - 考点一 考点二 实验 关键能力提升 命题点一 　 弹性碰撞 【例 1 】 如图所示 , 两滑块 A 、 B 在光滑水平面上沿同一直线相向运动 , 滑块 A 的质量为 m, 速度大小为 2v 0 , 方向向右 , 滑块 B 的质量为 2m, 速度大小为 v 0 , 方向向左 , 两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是 ( 　　 ) A.A 和 B 都向左运动 B.A 和 B 都向右运动 C.A 静止 ,B 向右运动 D.A 向左运动 ,B 向右运动 答案 解析 解析 关闭 A 、 B 滑块置于光滑水平面上 , 故 A 、 B 组成的系统动量守恒 , 碰前系统动量为 0, 碰后系统动量也为 0, 故 A 、 B 、 C 错误 ,D 正确。 答案 解析 关闭 D - 5 - 考点一 考点二 实验 命题点二 　 非弹性碰撞 【例 2 】 ( 多选 ) 两个小球 A 、 B 在光滑水平面上相向运动 , 已知它们的质量分别是 m 1 =4 kg,m 2 =2 kg,A 的速度 v 1 =3 m/s( 设为正 ),B 的速度 v 2 =-3 m/s, 则它们发生正碰后 , 其速度可能分别是 ( 　　 ) A. 均为 1 m/s B.-1.5 m/s 和 6 m/s C.+2 m/s 和 -1 m/s D.-1 m/s 和 5 m/s 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 6 - 考点一 考点二 实验 【例 3 】 如图所示 , 质量分别为 1 kg 、 3 kg 的滑块 A 、 B 位于光滑水平面上 , 现使滑块 A 以 4 m/s 的速度向右运动 , 与左侧连有轻弹簧的滑块 B 发生碰撞。求二者在发生碰撞的过程中 : (1) 弹簧压缩到最短时 A 、 B 共同速度是多少 ? (2) 弹簧的最大弹性势能是多少 ? (3) 滑块 B 的最大速度是多少。 易错警示 碰撞问题中涉及到极值问题时 , 一般为两物体具有共同速度的时刻。 答案 : (1)1 m/s 　 (2)6 J 　 (3)2 m/s - 7 - 考点一 考点二 实验 - 8 - 考点一 考点二 实验 方法技巧 三种碰撞问题的 探讨 - 9 - 考点一 考点二 实验 - 10 - 考点一 考点二 实验 反冲运动、火箭 核心知识整合 反冲 1 . 定义 : 静止或运动的物体通过分离出部分物质 , 而使自身在反方向获得加速的现象。 2 . 原理 : 反冲运动是系统内物体之间的作用力和反作用力产生的效果。 3 . 动量 : 反冲运动中系统 　　　 　　 或 　　　　　　　　　 , 所以反冲运动遵循动量守恒定律。   4 . 机械能 : 反冲运动中 , 由于有其他形式的能转化为机械能 , 所以系统的总机械能增加。 不受 外力 　 内力远大于 外力 - 11 - 考点一 考点二 实验 关键能力提升 命题点一 　 人船模型 ( 系统动量守恒 ) 【例 4 】 (2017 浙江余姚中学期中 ) 质量为 m 的人站在质量为 M 、长为 L 的静止小船的右端 , 小船的左端靠在岸边 ( 如图所示 ), 当他向左走到船的左端时 , 船左端离岸的距离是 ( 　　 ) 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 12 - 考点一 考点二 实验 命题点二 　 系统某方向动量守恒 【例 5 】 如图所示 , 质量为 M 的槽体放在光滑水平面上 , 内有半径为 R 的半圆形轨道 , 其左端紧靠一个固定在地面上的挡板。质量为 m 的小球从 A 点由静止释放 , 若槽内光滑 , 求小球上升的最大高度。 - 13 - 考点一 考点二 实验 - 14 - 考点一 考点二 实验 命题点三 　 爆炸模型 【例 6 】 一枚火箭搭载着卫星以速率 v 0 进入太空预定位置 , 由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为 m 1 , 后部分的箭体质量为 m 2 , 分离后箭体以速率 v 2 沿火箭原方向飞行 , 若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化 , 则分离后卫星的速率 v 1 为 ( 　　 ) 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 15 - 考点一 考点二 实验 【例 7 】 由于外太空是真空 , 飞行器在加速过程中一般是使用火箭推进器 , 火箭在工作时利用电场加速带电粒子 , 形成向外发射的粒子流而对飞行器产生反冲力 , 由于阻力极小 , 只需一点点动力即可以达到很高的速度。我国发射的实践 9 号携带的卫星上第一次使用了离子电推力技术 , 从此为我国的航天技术开启了一扇新的大门。此前该种技术一直被美俄等航天强国所垄断。已知飞行器的质量为 M, 发射的是 2 价氧离子 , 发射功率为 P, 加速电压为 U, 每个氧离子的质量为 m, 元电荷为 e, 原来飞行器静止 , 不计发射氧离子后飞行器质量的变化 , 求 : (1) 射出的氧离子速度 ; (2) 每秒钟射出的氧离子数 ; (3) 射出氧离子后飞行器开始运动的加速度。 - 16 - 考点一 考点二 实验 - 17 - 考点一 考点二 实验 探究碰撞中的不变量 核心知识整合 1 . 实验装置图   2 . 实验目的 探究碰撞中的不变量 , 并在探究过程中进一步体验探究的过程和方法。 - 18 - 考点一 考点二 实验 3 . 实验原理 在一维碰撞中 , 测出物体的质量和碰撞前后的速度 , 探究碰撞中的不变量。 质量较大的 A 球从斜槽上滚下 , 与放在斜槽前边小支柱上另一质量较小的 B 球发生碰撞 , 碰撞后各自做平抛运动。由于两球下落的高度相同 , 故它们的运动时间相等 , 用 　　　　　　　　 作时间单位 , 则小球飞出时的水平速度在数值上就 可用 　　　　　　　　 代替。因此 , 只要测出两小球的质量 m 1 、 m 2 和不放被碰小球时入射小球在空中飞行的 　　　　　　　 , 以及入射小球与被碰小球碰撞后在空中飞行的 　　　　　　　　　　　　　　 , 进而探究碰撞中的不变量。   小球飞行 时间 它飞行的 水平距离 水平距离 OP 水平距离 OM 和 O'N - 19 - 考点一 考点二 实验 4 . 实验器材 斜槽 , 重垂线 , 大小相等而质量不等的小球两个 , 白纸 , 复写纸 , 刻度尺 , 圆规 , 三角板 , 天平 , 游标卡尺。 5 . 实验步骤 (1) 测质量与直径 : 用天平测出两个小球的质量 m 1 、 m 2 (m 1 >m 2 ), 用游标卡尺测出小球直径 D, 并选定质量大的小球为 　　　　　　　 。 (2) 安装 : 按实验装置图安装好实验装置 , 将斜槽固定在桌边 , 并 使 水平 , 调节小支柱的高度 , 使入射小球与被碰小球在同一高度。   (3) 铺纸 : 在水平地面上铺上白纸 , 且在白纸上铺放复写纸 , 记下重垂线所指位置 O 。 入射 小球 斜槽末端的 切线 - 20 - 考点一 考点二 实验 (4) 放球找点 : 不放被碰小球 , 让入射小球从斜槽上某固定高度处自由落下 , 重复 10 次 , 用 　　　　　　　　　　　　　 把所有的小球落点圈在里面 , 圆心 P 就是入射小球不碰时的落点。   (5) 碰撞找点 : 把被碰小球放在小支柱上 , 让入射 小球 ___________ 滚 下 , 重复 10 次。用步骤 (4) 方法 , 将碰后两球的落点位置 M 、 N 标出 , 如图所示。     (6) 探究 : 连结 ON, 且取 OO'=2r(r 为小球半径 ) 。测量线段 OP 、 OM 、 O'N 的长度 , 用 m 1 ·OP 与 m 1 ·OM+m 2 ·O'N 比较 , 从而探究结论。 尽可能小的 圆 从同一高度 自由 - 21 - 考点一 考点二 实验 6 . 注意事项 (1) 实验中必须保持斜槽末端切线水平。 (2) 小球每次必须从同一高度 　　　　　　　　　　 , 并且要高度适当 , 使其以适当的水平速度运动 , 从而减小误差。   (3) 入射球应选质量大的 , 被碰球应选质量小的。 (4) 测两球各段水平距离时 , 要明确各自球心的对应点。 (5) 如果装置没有小支柱 , 如下图 , 验证表达式为 m 1 ·OP=m 1 ·OM+m 2 ·ON 。 无初速度滑 下 - 22 - 考点一 考点二 实验 7 . 误差分析 (1) 难以做到准确正碰。 (2) 斜槽末端若不水平 , 得不到准确的平抛运动。 (3)O 、 P 、 M 、 N 各点定位不准确 , 测量和作图有偏差。 - 23 - 考点一 考点二 实验 关键能力提升 命题点一 　 平抛运动模型 【例 8 】 ( 实验原理、操作 ) 如图所示 , 在验证动量守恒定律实验中 ,P 为入射球 A 未与被碰球 B 碰撞时的落点 ,M 为它与 B 球碰后的落点 ,N 为 B 球的落点 。 (1) 这个实验对小球质量 M A 和 M B 的要求是 M A 　　 ( 选填 “>”“=” 或 “<”)M B 。   - 24 - 考点一 考点二 实验 (2)( 多选 ) 在下列选项中 , 哪些是本次实验必须进行的测量 ?( 　　 ) A. 水平槽上未放 B 球时 , 测量 A 球落点位置到 O 点的距离 B.A 球与 B 球碰撞后 , 测量 A 球落点位置到 O 点的距离 C. 测量 A 球或 B 球直径 D. 测量 A 球或 B 球的质量 ( 或两球质量之比 ) E. 测量 G 点相对于水平槽面的高度 (3) 用图中标出的符号和测出的数据列出验证动量守恒的表达式为 　　　　　　　　　 。   答案 : (1)> 　 (2)ABD 　 (3)M A ·OP=M A ·OM+M B ·ON - 25 - 考点一 考点二 实验 - 26 - 考点一 考点二 实验 命题点二 　 气垫导轨模型 【例 9 】 (2018 浙江十校联盟 ) 物理小组利用频闪照相和气垫导轨做 “ 探究碰撞中的不变量 ” 的试验。步骤如下 : ① 用天平测出滑块 A 、 B 的质量分别为 200 g 和 300 g; ② 安装好气垫导轨 , 调节气垫导轨的调节旋钮 , 使导轨水平 ; ③ 向气垫导轨通入压缩空气 ; ④ 把 A 、 B 两滑块放到导轨上 , 并给它们一个初速度 , 同时开始闪光照相 , 闪光的时间间隔设定为 Δt=0.2 s 。照片如图 : 该组同学结合实验过程和图象分析知 : 该图象是闪光 4 次摄得的照片 , 在这 4 次闪光的瞬间 ,A 、 B 两滑块均在 0~80 cm 刻度范围内 ; 第一次闪光时 , 滑块 A 恰好通过 x=55 cm 处 , 滑块 B 恰好通过 x=70 cm 处 ; 碰撞后有一个物体处于静止状态。请问 : - 27 - 考点一 考点二 实验 (1) 以上情况说明碰后 　　　 ( 选填 “A” 或 “B”) 物体静止 , 滑块碰撞位置发生在 　　　 cm 处 ;   (2) 滑块碰撞时间发生在第一次闪光后 　　　 s;   (3) 设向右为正方向 , 试分析碰撞前两滑块的质量与速度乘积之和是 　　 kg·m/s, 碰撞后两滑块的质量与速度乘积之和 是 　　 kg·m/s, 以上实验结果说明在碰撞过程中保持不变的物理量是 　　　　　 。 答案 : (1)B 　 60 　 ( 2)0.1 　 (3)-0.2 　 -0.2 　 碰撞前后两物体的质量与速度的乘积之和 - 28 - 考点一 考点二 实验 - 29 - 考点一 考点二 实验 命题点三 　 单摆模型 【例 10 】 如图所示装置来验证动量守恒定律 , 质量为 m A 的钢球 A 用细线悬挂于 O 点 , 质量为 m B 的钢球 B 放在离地面高度为 H 的小支柱 N 上 ,O 点到 A 球球心的距离为 L, 使悬线在 A 球释放前伸直 , 且线与竖直线夹角为 α ,A 球释放后摆到最低点时恰与 B 球正碰 , 碰撞后 A 球把轻质指示针 OC 推移到与竖直线夹角 β 处 ,B 球落到地面上 , 地面上铺有一张盖有复写纸的白纸 D, 保持 α 角度不变 , 多次重复上述实验 , 白纸上记录到多个 B 球的落点 。 (1) 图中 s 应是 B 球初始位置到 　　　　　 的水平距离。   (2) 为了验证两球碰撞过程动量守恒 , 应测得的物理量有 : 　　　 。 答案 : (1) 落地点 　 ( 2)m A ,m B , α , β ,L,H,s - 30 - 考点一 考点二 实验 - 31 - 1 2 3 4 5 1 . 如图所示 , 两个大小相等、质量均为 1 kg 的小球 A 、 B 静止在光滑水平面上 , 现给小球 A 水平向右的瞬时冲量 I=2 N·s, 小球 A 向右运动并与小球 B 发生对心碰撞 , 两小球碰撞过程中系统的机械能损失可能为 ( 　　 ) A.0.8 J B.1.2 J C.1.6 J D.2 J 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 32 - 1 2 3 4 5 2 . 如图所示 , 在光滑水平面上 , 有质量分别为 3m 和 m 的 A 、 B 两滑块 , 它们中间夹着 ( 不相连 ) 一根处于压缩状态的轻质弹簧 , 由于被一根细绳拉着而处于静止状态。则下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 剪断细绳 , 在两滑块脱离弹簧后 ,A 、 B 两滑块的动量大小之比 p A ∶ p B =3 ∶ 1 B. 剪断细绳 , 在两滑块脱离弹簧后 ,A 、 B 两滑块的速度大小之比 v A ∶ v B =3 ∶ 1 C. 剪断细绳 , 在两滑块脱离弹簧后 ,A 、 B 两滑块的动能之比 E kA ∶ E kB =1 ∶ 3 D. 剪断细绳到两滑块脱离弹簧过程中 , 弹簧对 A 、 B 两滑块做功之比 W A ∶ W B =1 ∶ 1 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 33 - 1 2 3 4 5 3 .( 多选 )A 、 B 两船的质量均为 m, 都静止在平静的湖面上 , 现 A 船上质量为 的人 , 以对地水平速度 v 从 A 船跳到 B 船 , 再从 B 船跳到 A 船 , 经 n 次跳跃后 , 人停在 B 船上 , 不计水的阻力 , 则 ( 　　 ) A.A 、 B 两船速度大小之比为 2 ∶ 3 B.A 、 B( 包括人 ) 两船动量大小之比为 1 ∶ 1 C.A 、 B( 包括人 ) 两船动能之比为 3 ∶ 2 D.A 、 B( 包括人 ) 两船动能之比为 1 ∶ 1 答案 解析 解析 关闭 答案 解析 关闭 - 34 - 1 2 3 4 5 4 .(2018 浙江 11 月选考 )   图 1 小明做 “ 探究碰撞中的不变量 ” 实验的装置如图 1 所示 , 悬挂在 O 点的单摆由长为 l 的细线和直径为 d 的小球 A 组成 , 小球 A 与放置在光滑支撑杆上的直径相同的小球 B 发生对心碰撞 , 碰撞后小球 A 继续摆动 , 小球 B 做平抛运动。 - 35 - 1 2 3 4 5 (1) 小明用游标卡尺测小球 A 直径如图 2 所示 , 则 d= 　　　　 mm 。又测得了小球 A 质量 m 1 , 细线长度 l, 碰撞前小球 A 拉起的角度 α 和碰撞后小球 B 做平抛运动的水平位移 x 、竖直下落高度 h 。为完成实验 , 还需要测量的物理量有 : 　   　　　　　　　　　 。     图 2 (2) 若 A 、 B 两球碰后粘在一起形成新单摆 , 其周期 　　　　 ( 选填 “ 小于 ”“ 等于 ” 或 “ 大于 ”) 粘合前单摆的周期 ( 摆角小于 5°) 。   答案 : (1)14.40 　 小球 B 的质量 m 2 ,A 球碰撞后摆角的大小 　 (2) 大于 - 36 - 1 2 3 4 5 - 37 - 1 2 3 4 5 5 . 如图所示 , 质量为 M=980 g 的木块 ( 视为质点 ), 用长为 L=10 m 的轻绳悬挂在天花板上。现有一质量为 m=20 g 的子弹 ( 视为质点 ), 以 v 0 =500 m/s 的水平速度击中木块 , 并留在其中。 g 取 10 m/s 2 , 求 : ( 1) 碰撞结束时 , 木块获得的速度 v 。 (2) 木块刚要摆动时 , 对轻绳的拉力大小。 答案 : (1)10 m/s 　 (2)20 N - 38 - 1 2 3 4 5