1、(山東專用)2020版高考物理二輪復習專題二5第5講動量與能量的綜合應用課件(山東專用)2020版高考物理二輪復習專題二5第5講動量與能總綱目錄考點一 動量定理考點二 動量守恒定律素養引領情境命題考點三 碰撞、爆炸與反沖總綱目錄考點一 動量定理考點二 動量守恒定律素養引領情考點一動量定理1.(2018課標,15,6分)高空墜物極易對行人造成傷害。若一個50 g的雞蛋從一居民樓的25層墜下,與地面的碰撞時間約為2 ms,則該雞蛋對地面產生的沖擊力約為( C ) A.10 NB.102 NC.103 ND.104 N考點一動量定理1.(2018課標,15,6分)高空墜物極答案C本題考查機械能守恒定

2、律、動量定理。由機械能守恒定律可得mgh=mv2,可知雞蛋落地時速度大小v=,雞蛋與地面作用過程中,設豎直向上為正方向,由動量定理得(F-mg)t=0-(-mv),可知雞蛋對地面產生的沖擊力大小為F=F=+mg,每層樓高度約為3 m,則h=243 m=72 m,得F949 N,接近103 N,故選項C正確。答案C本題考查機械能守恒定律、動量定理。由機械能守2.(2019課標,16,6分)最近,我國為“長征九號”研制的大推力新型火箭發動機聯試成功,這標志著我國重型運載火箭的研發取得突破性進展。若某次實驗中該發動機向后噴射的氣體速度約為3 km/s,產生的推力約為4.8106 N,則它在1 s時間

3、內噴射的氣體質量約為( B )A.1.6102 kgB.1.6103 kgC.1.6105 kgD.1.6106 kg2.(2019課標,16,6分)最近,我國為“長征九號”研答案B本題考查了考生對動量定理的理解能力,體現了物理模型建構的核心素養,同時也增強了考生的國人自豪感。設火箭發動機在1 s內噴射出氣體的質量為m。以這部分氣體為研究對象,應用動量定理,Ft=mv-0,解得m=1.6103 kg。答案B本題考查了考生對動量定理的理解能力,體現了物3.2016課標,35(2),10分某游樂園入口旁有一噴泉,噴出的水柱將一質量為M的卡通玩具穩定地懸停在空中。為計算方便起見,假設水柱從橫截面積為

4、S的噴口持續以速度v0豎直向上噴出;玩具底部為平板(面積略大于S);水柱沖擊到玩具底板后,在豎直方向水的速度變為零,在水平方向朝四周均勻散開。忽略空氣阻力。已知水的密度為,重力加速度大小為g。求()噴泉單位時間內噴出的水的質量;()玩具在空中懸停時,其底面相對于噴口的高度。答案()v0S()- 3.2016課標,35(2),10分某游樂園入口旁有一解析()設t時間內,從噴口噴出的水的體積為V,質量為m,則m=VV=v0St由式得,單位時間內從噴口噴出的水的質量為=v0S()設玩具懸停時其底面相對于噴口的高度為h,水從噴口噴出后到達玩具底面時的速度大小為v。對于t時間內噴出的水,由能量守恒得(m

5、)v2+(m)gh=(m)解析()設t時間內,從噴口噴出的水的體積為V,質量為在h高度處,t時間內噴射到玩具底面的水沿豎直方向的動量變化量的大小為p=(m)v設水對玩具的作用力的大小為F,根據動量定理有Ft=p由于玩具在空中懸停,由力的平衡條件得F=Mg聯立式得h=-在h高度處,t時間內噴射到玩具底面的水沿豎直方向的動量變化1.動量定理的兩個重要應用(1)應用I=p求變力的沖量如果物體受到大小或方向改變的力的作用,則不能直接用I=Ft求變力的沖量,可以求出變力作用下物體動量的變化p,等效代換變力的沖量I。(2)應用p=Ft求動量的變化例如,在曲線運動中,速度方向時刻在變化,求動量變化(p=p2

6、-p1)需要應用矢量運算方法,計算比較復雜,如果作用力是恒力,可以求恒力的沖量,等效代換動量的變化。1.動量定理的兩個重要應用2.用動量定理解題的基本思路(1)確定研究對象:一般為單個物體。(2)進行受力分析:求每個力的沖量,再求合沖量或先求合力,再求其沖量。(3)分析過程找初、末狀態:選取正方向,確定初、末狀態的動量和各沖量的正負。(4)列方程:根據動量定理列方程求解。3.對過程較復雜的運動,可分段用動量定理,也可整個過程用動量定理。2.用動量定理解題的基本思路3.對過程較復雜的運動,可分段用1.(2019山東青島一模)雨打芭蕉是我國古代文學中重要的抒情意象。為估算雨天院中芭蕉葉面上單位面積

7、所承受的力,小玲同學將一圓柱形水杯置于院中,測得10分鐘內杯中雨水上升了15 mm,查詢得知,當時雨滴落地速度約為10 m/s,設雨滴撞擊芭蕉后無反彈,不計雨滴重力,雨水的密度為1103 kg/m3,據此估算芭蕉葉面單位面積上的平均受力約為( A )A.0.25 NB.0.5 NC.1.5 N D.2.5 N1.(2019山東青島一模)雨打芭蕉是我國古代文學中重要的抒答案A設雨滴受到芭蕉葉面對它的平均作用力為F,設在t時間內有質量為m的雨水的速度由v=10 m/s減為零。以向上為正方向,對這部分雨水應用動量定理:Ft=0-(-mv),得:F=。設水杯橫截面積為S,對水杯里的雨水,在t時間內水面

8、上升h,則有:m=Sh,可得F=Sv,由牛頓第三定律可知,芭蕉葉面受到的平均作用力F=F,壓強為P=v=110310 N/m2=0.25 N/m2,即芭蕉葉面單位面積上的平均受力約為0.25 N,故選項A正確,B、C、D均錯誤。答案A設雨滴受到芭蕉葉面對它的平均作用力為F2.(2019山東煙臺一模)如圖所示,光滑細桿BC和AC構成直角三角形ABC,其中AC桿豎直,BC桿和AC桿間的夾角=37,兩根細桿上分別套有可視為質點的小球P、Q,P、Q的質量之比為12。現將P、Q兩個小球分別從桿AC和BC的頂點由靜止釋放,不計空氣阻力,sin 37=0.6。則P、Q兩個小球由靜止釋放后到運動至C點的過程中

9、,下列說法正確的是( C )A.重力的沖量之比為11 B.重力的沖量之比為56C.合力的沖量之比為58 D.合力的沖量之比為522.(2019山東煙臺一模)如圖所示,光滑細桿BC和AC構成答案C設AC為5l,BC為4l,P球沿AC桿做自由落體運動,設下落的時間為tP,則5l=g;Q球沿BC桿做勻加速直線運動,加速度為a=g cos 37=0.8g,設下落的時間為tQ,則4l=a,解得:=。由沖量的定義I=Ft可得兩球重力的沖量比為:=,故A、B錯誤。由速度公式v=at可得,兩球的速度比:=;由動量定理I合=P=mv可知,兩球的合力的沖量比:=,故C正確,D錯誤。答案C設AC為5l,BC為4l,

10、P球沿AC桿做自由3.(2019山東泰安模擬)如圖所示,豎直平面內有一半圓槽,A、C等高,B為圓槽最低點,小球從A點正上方O點靜止釋放,從A點切入圓槽,剛好能運動至C點。設球在AB段和BC段運動過程中,運動時間分別為t1、t2,合外力的沖量大小為I1、I2,則( C )A.t1t2B.t1=t2C.I1I2D.I1=I2 3.(2019山東泰安模擬)如圖所示,豎直平面內有一半圓槽,答案C小球從A點正上方O點靜止釋放,剛好能運動至C點,說明在圓槽內要克服摩擦力做功,因此小球在AB段平均速率大于BC段平均速率,兩段路程相等,所以t1I2,C正確,D錯誤。 答案C小球從A點正上方O點靜止釋放,剛好能

11、運動至C4.(2019山東濰坊三模)如圖所示,一消防車空載時的質量為2 000 kg,儲水容積為10 m3,儲滿水后靜止在傾角為37的斜坡上,水槍出水口距水平地面高度為3.2 m,打開水槍,水流持續向坡底水平射出,水落到水平面上的著火點,著火點到射出點的水平距離為48 m,已知水槍出水口的面積為210-3 m2,水的密度為1.0103 kg/m3,取g=10 m/s2,sin 37=0.6,cos 37=0.8。求:(1)水射出槍口時的速度大小;(2)從打開水槍開始計時,水噴完前消防車受到的摩擦力隨時間變化的關系式。4.(2019山東濰坊三模)如圖所示,一消防車空載時的質量為答案(1)60 m

12、/s(2)f=6.624104-720t解析(1)設水射出槍口時速度為v,由平拋運動規律有h=gt2水平方向x=vt解得v=60 m/s(2)取t時間噴出的水為研究對象,m=svt由動量定理Ft=mv解得F=sv2由牛頓第三定律得水對車的作用力F=F答案(1)60 m/s(2)f=6.624104-72取消防車為研究對象,以沿斜面向上為正方向,其受力平衡(M+V0-svt)g sin 37=F cos 37+f解得f=6.624104-720t(N)取消防車為研究對象,以沿斜面向上為正方向,其受力平衡考點二動量守恒定律1.2019江蘇單科,12(1)質量為M的小孩站在質量為m的滑板上,小孩和滑

13、板均處于靜止狀態,忽略滑板與地面間的摩擦。小孩沿水平方向躍離滑板,離開滑板時的速度大小為v,此時滑板的速度大小為( B )A.vB.vC.vD.v考點二動量守恒定律1.2019江蘇單科,12(1)質量答案B本題考查了動量守恒定律,考查的是學生對動量守恒定律適用條件的理解能力,體現了科學思維中的科學推理要素及物理觀念中的運動與相互作用觀念要素。忽略滑板與地面間摩擦時,小孩與滑板在水平方向上動量守恒:0=Mv+mv,解得v=-v,其中“-”表示v與v方向相反,故B正確。答案B本題考查了動量守恒定律,考查的是學生對2.(2017課標,14,6分)將質量為1.00 kg的模型火箭點火升空,50 g燃燒

14、的燃氣以大小為600 m/s的速度從火箭噴口在很短時間內噴出。在燃氣噴出后的瞬間,火箭的動量大小為(噴出過程中重力和空氣阻力可忽略)( A )A.30 kgm/s B.5.7102 kgm/sC.6.0102 kgm/sD.6.3102 kgm/s2.(2017課標,14,6分)將質量為1.00 kg的模答案A由于燃氣噴出過程中重力和空氣阻力可忽略,則模型火箭與燃氣組成的系統動量守恒。燃氣噴出前系統靜止,總動量為零,故噴出后瞬間火箭的動量與噴出燃氣的動量等值反向,可得火箭的動量大小等于燃氣的動量大小,則|p火|=|p氣|=m氣v氣=0.05 kg600 m/s=30 kgm/s,A正確。答案A

15、由于燃氣噴出過程中重力和空氣阻力可忽略,則模3.2013山東理綜,38(2),5分如圖所示,光滑水平軌道上放置長板A(上表面粗糙)和滑塊C,滑塊B置于A的左端,三者質量分別為mA=2 kg、mB=1 kg、mC=2 kg。開始時C靜止,A、B一起以v0=5 m/s的速度勻速向右運動,A與C發生碰撞(時間極短)后C向右運動,經過一段時間,A、B再次達到共同速度一起向右運動,且恰好不再與C碰撞。求A與C發生碰撞后瞬間A的速度大小。 答案2 m/s3.2013山東理綜,38(2),5分如圖所示,光滑水平解析因碰撞時間極短,A與C碰撞過程動量守恒,設碰后瞬間A的速度為vA,C的速度為vC,以向右為正方

16、向,由動量守恒定律得mAv0=mAvA+mCvCA與B在摩擦力作用下達到共同速度,設共同速度為vAB,由動量守恒定律得mAvA+mBv0=(mA+mB)vABA與B達到共同速度后恰好不再與C碰撞,應滿足vAB=vC聯立式,代入數據得vA=2 m/s解析因碰撞時間極短,A與C碰撞過程動量守恒,設碰后瞬間A的1.動量守恒條件的理解(1)理想守恒:不受外力或所受外力的矢量和為零。(2)近似守恒:系統內各物體間相互作用的內力遠大于它所受到的外力。(3)某一方向守恒:如果系統在某一方向上所受外力的矢量和為零,則系統在這方向上動量守恒。1.動量守恒條件的理解2.動量守恒定律解題的基本步驟(1)明確研究對象

17、,確定系統的組成(系統包括哪幾個物體)及研究的過程;(2)進行受力分析,判斷系統動量是否守恒(或某一方向上動量是否守恒);(3)規定正方向,確定初、末狀態動量;(4)由動量守恒定律列出方程;(5)代入數據,求出結果,必要時討論說明。2.動量守恒定律解題的基本步驟1.(多選)在冰壺比賽中,某隊員利用紅壺去碰撞對方的藍壺,兩者在大本營中心發生對心碰撞,如圖(a)所示,碰后運動員用冰壺刷摩擦藍壺前進方向的冰面來減小阻力,碰撞前后兩壺運動的v-t圖像如圖(b)中實線所示,其中紅壺碰撞前后的圖線平行,兩冰壺質量均為19 kg,則() 1.(多選)在冰壺比賽中,某隊員利用紅壺去碰撞對方的藍壺,兩A.碰后藍

18、壺的速度為0.8 m/sB.碰后藍壺移動的距離為2.4 mC.碰撞過程兩壺損失的動能為7.22 JD.碰后紅、藍兩壺所受摩擦力之比為54A.碰后藍壺的速度為0.8 m/s答案AD由題圖可知碰撞前、后紅壺的速度為v0=1 m/s和v2=0.2 m/s,碰撞過程中,根據動量守恒定律有:mv0=mv1+mv2,解的v1=0.8 m/s,故選項A正確;由題圖(b)可知,藍壺運動時間為t= s=5 s,碰后藍壺移動的距離為x=0.85 m=2 m,故選項B錯誤;碰撞過程兩壺損失的動能為Ek=m-=3.04 J,故選項C錯誤;紅壺所受的摩擦力f1=ma1=19 N=3.8 N,藍壺所受的摩擦力f2=ma2

19、=19 N=3.04 N,碰后紅、藍兩壺所受摩擦力之比為f1f2=54,故選項D正確。答案AD由題圖可知碰撞前、后紅壺的速度為v0=1 2.(多選)(2019山東臨沂質檢)如圖所示,一質量為M、兩側有擋板的盒子靜止在光滑水平面上,兩擋板之間的距離為L。質量為m的物塊(視為質點)放在盒內正中間,與盒子之間的動摩擦因數為。從某一時刻起,給物塊一個水平向右的初速度v,物塊在與盒子前后壁多次完全彈性碰撞后又停在盒子正中間,并與盒子保持相對靜止,重力加速度為g。則( AC )A.盒子的最終速度為,方向向右B.該過程產生的熱能為mv2C.碰撞次數為 D.碰撞次數為 -12.(多選)(2019山東臨沂質檢)

20、如圖所示,一質量為M、兩答案AC根據動量守恒條件可知,物塊與盒子組成的系統水平方向動量守恒,設物塊與盒子運動的共同速度為v,則有:mv=(M+m)v,可得系統共同速度為:v=v,方向向右,選項A正確。根據能量守恒定律有:mv2=(M+m)v2+Q,解得該過程產生的熱能為Q=mv2,選項B錯誤。物塊與盒子發生N次碰撞恰好又回到盒子正中間,由此可知,物塊相對于盒子滑動的距離x=NL;物塊受到摩擦力為f=mg,則由Q=mgx解得N=,選項C正確,D錯誤。答案AC根據動量守恒條件可知,物塊與盒子組成的系統考點三碰撞、爆炸與反沖2014山東理綜,39(2)如圖,光滑水平直軌道上兩滑塊A、B用橡皮筋連接,

21、A的質量為m。開始時橡皮筋松弛,B靜止,給A向左的初速度v0。一段時間后,B與A同向運動發生碰撞并粘在一起。碰撞后的共同速度是碰撞前瞬間A的速度的兩倍,也是碰撞前瞬間B的速度的一半。求:()B的質量;()碰撞過程中A、B系統機械能的損失。考點三碰撞、爆炸與反沖2014山東理綜,39(2)如圖答案()()m 解析()以初速度v0的方向為正方向,設B的質量為mB,A、B碰撞后的共同速度為v,由題意知:碰撞前瞬間A的速度為,碰撞前瞬間B的速度為2v,由動量守恒定律得m+2mBv=(m+mB)v由式得mB=()從開始到碰后的全過程,由動量守恒定律得mv0=(m+mB)v答案()()m 解析()以初速度

22、v0的方向設碰撞過程A、B系統機械能的損失為E,則E=m+mB(2v)2-(m+mB)v2聯立式得E=m設碰撞過程A、B系統機械能的損失為E,則1.碰撞過程遵循的“三原則”動量守恒碰撞時間極短,內力遠大于外力,可看做動量守恒,有m1v1+m2v2=m1v1+m2v2動能不增加碰撞后系統的總能量不大于碰撞前系統的總能量。系統動能滿足關系式:m1+m2m1v12+m2v22物理情境可行性按碰撞情境可分為追趕碰撞和相向碰撞,兩物體碰撞前后的物理情境應與實際相一致1.碰撞過程遵循的“三原則”動量守恒碰撞時間極短,內力遠大于2.碰撞問題解題策略(1)抓住碰撞的特點和不同種類碰撞滿足的條件,列出相應方程求解。(2)可熟記一些公式,例如“一動一靜”模型中,兩物體發生彈性正碰后的速度滿足:v1=v0、v