新人教版高中物理选修3-5全部学案［16-19章］

第十四章动量守恒定律162动量和动量定理【教学目标】1理解动量的概念，知道动量的含义，知道动量是矢量。2知道动量的变化也是矢量，会正确计算一维动量变化。3理解动量定理的内容，会用动量定理进行定量计算与定性分析有关现象。重点动量的概念难点一维动量变化。【自主预习】一、动量1动量的定义物体的质量和运动速度的乘积叫做物体的动量，记作PMV。动量是动力学中反映物体运动状态的物理量，是状态量。在谈及动量时，必须明确是物体在哪个时刻或哪个状态所具有的动量。在中学阶段，动量表达式中的速度一般是以地球为参考系的。2动量的矢量性动量是矢量，它的方向与物体的速度方向相同，服从矢量运算法则。3动量的单位动量的单位由质量和速度的单位决定。在国际单位制中，动量的单位是千克米/秒，符号为KGM/S。4动量的变化P动量是矢量，它的大小PMV，方向与速度的方向相同。因此，速度发生变化时，物体的动量也发生变化。设物体的初动量PMV，末动量PMV，则物体动量的变化PPPMVMV。由于动量是矢量，因此，上式是矢量式。二、冲量1定义力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量。2冲量是描述力在某段时间内累积效果的物理量。其大小由力和作用时间共同决定，是过程量，它与物体的运动状态没有关系，在计算时必须明确是哪一个力在哪一段时间上的冲量。3关于IFT公式中T是力作用的时间，F必须是恒力。非恒力除随时间均匀变化的力可取平均值以外，一般不能用此式表达。三、动量定理1内容物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量。2表达式PPI或MVMVFTT3理解它反映了物体所受冲量与其动量变化量两个矢量间的关系，式子中的“”包括大小相等和方向相同注意I合与初末动量无必然联系。式子中的FT应是总冲量，它可以是合力的冲量，也可以是各力冲量的矢量和，还可以是外力在不同阶段冲量的矢量和。动量定理具有普遍性，即不论物体的运动轨迹是直线还是曲线，作用力不论是恒力还是变力，几个力作用的时间不论是相同还是不同都适用。动量定理反映了动量变化量与合外力冲量的因果关系冲量是因，动量变化是果。4应用动量定理定性分析有关现象选修35由F可知PTP一定时，T越小，F越大；T越大，F越小。P越大，而T越小，F越大。P越小，而T越大，F越小。【典型例题】一、动量【例1】一质量M02KG的皮球从高H08M处自由落下，与地面相碰后反弹的最大高度H045M。试求球与地面相互作用前、后时刻的动量以及球与地面相互作用过程中的动量变化。【例2】关于物体的动量，下列说法中正确的是A物体的动量越大，其惯性越大B物体的动量越大，其速度越大C物体的动量越大，其动能越大D物体的动量发生变化，其动能可能不变二、动量定理【例3】质量为05KG的弹性小球，从125M高处自由下落，与地板碰撞后回跳高度为08M，设碰撞时间为01S，取G10M/S2，求小球对地板的平均冲力。【例4】一个物体在运动的一段时间内，动能的变化量为零，则A物体做匀速直线运动B物体动量变化量为零C物体的初末动量大小相等D物体的初末动量可能不同【课后练习】1关于动量的概念，下列说法正确的是A动量大的物体惯性一定大B动量大的物体运动一定快C动量相同的物体运动方向一定相同D动量相同的物体速度小的惯性大2关于动量的大小，下列叙述中正确的是A质量小的物体动量一定小B质量小的物体动量不一定小C速度大的物体动量一定大D速度大的物体动量不一定大3关于动量变化量的方向，下列说法中正确的是A与速度方向相同B与速度变化的方向相同C与物体受力方向相同D与物体受到的总冲量的方向相同4对于任何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物体的动能不变，其动量一定不变D物体的动能发生变化，其动量不一定变化5对于力的冲量的说法，正确的是A力越大，力的冲量就越大B作用在物体上的力大，力的冲量也不一定大CF1与其作用时间T1的乘积F1T1等于F2与其作用时间T2的乘积F2T2，则这两个冲量相同D静置于地面的物体受到水平推力F的作用，经时间T物体仍静止，则此推力的冲量为零6从同一高度落下的玻璃杯掉在水泥地上比掉在泥土上易碎，是因为掉在水泥地上时，杯子A受到的冲量大B受到的作用力大C动量的变化量大D动量大7汽车从静止开始沿平直轨道做匀加速运动，所受的阻力始终不变，在此过程中，下列说法正确的是A汽车输出功率逐渐增大B汽车输出功率不变C在任意两相等的时间内，汽车动能变化相等D在任意两相等的时间内，汽车动量变化的大小相等8一个质量是01KG的钢球，以6M/S的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6M/S的速度水平向左运动。求碰撞前后钢球的动量有没有变化变化了多少9、一质量为05KG的木块以10M/S速度沿倾角为300的光滑斜面向上滑动（设斜面足够长）,求木块在1S末的动量和3S内的动量变化量的大小（G10M/S2）例题答案1【答案】P108KGM/S，方向向下P206KGM/S，方向向上P14KGM/S，方向向上【解析】以向下的方向为正，则由MGHMV2得12V0300与地面接触时的速度V14M/S2GH此时的动量大小P1MV108KGM/S，方向向下，为正。球刚离开地面时的速度V23M/S2GH此时的动量大小P2MV206KGM/S，方向向上，为负。所以PP2P106KGM/S08KGM/S14KGM/S，负号表示方向向上。2答案D3【答案】50N方向竖直向下【解析】解法一分段处理取小球为研究对象。根据物体做自由落体和竖直上抛运动，可知碰撞前的速度V15M/S方向向下；2GH1碰撞后的速度V24M/S方向向上。碰撞时小球受力情况如图1622所示，2GH2取竖直向上为正方向，根据动量定理NMGTMV2MV1则NMGMV2MV1TN0510N50N054501由牛顿第三定律可知，小球对地板的平均冲力大小为50N，方向竖直向下。4【答案】CD【解析】根据EKMV2，物体动能的变化量为零，因动能是标量，则初末速度的大小相12等，但方向可能不同，故A错误，C、D正确；若物体的初末速度方向不同，则动量变化不为零，B错误。课后练习答案1解析物体的动量是由速度和质量两个因素决定的。动量大的物体质量不一定大，惯性也不一定大，A错；同样，动量大的物体速度也不一定大，B也错；动量相同指动量的大小和方向均相同，而动量的方向就是物体运动的方向，故动量相同的物体运动方向一定相同，C对；动量相同的物体，速度小的质量大，惯性大，D也对。答案C、D2解析物体的动量PMV是由物体的质量M和速度V共同决定的，仅知物体的质量M或速度V的大小并不能唯一确定动量P的大小，所以B、D选项正确。答案B、D3解析动量变化量PPPMVMVMV，故知P的方向与V的方向相同，与V的方向不一定相同，A错误，B正确；由动量定理IP知，P的方向与I的方向相同，D正确；若物体受恒力作用，P的方向与F方向相同，若是变力，则二者方向不一定相同，C错误。答案B、D4解析动量PMV，是矢量，速度V的大小或方向之一发生变化，动量就变化；而动能只在速率改变时才发生变化，故选项B正确，A、C、D均错。答案B5解析力的冲量IFT与力和时间两个因素有关，力大而作用时间短，冲量不一定大，A错B对，冲量是矢量，有大小也有方向，冲量相同是指大小和方向都相同，C错，冲量的大小与物体的运动状态无关，D错，因此选B。答案B6解析由同一高度落下的玻璃杯掉在水泥地上和泥土上时，速度相同，动量相同，D错，最后速度减为零，动量变化量相同，C错，由动量定理可知冲量相同，A错，落在水泥地上作用时间短，受到的作用力大，B对。答案B7解析由FMA可知，A、F不变时，V增大，P增大，故A对B错。汽车做匀加速PV运动，在任意两相等时间内速度变化相等，即VAT。而汽车动能变化量EKMVV12221MVV2V1不等，C错。动量变化量PMV相等，D对。12答案A、D8解析动量是矢量，题中钢球速度反向，说明速度发生变化，因此动量必发生变化，计算变化量时应规定正方向。取向左的方向为正方向物体原来的动量P1MV1016KGM/S06KGM/S弹回后物体的动量P2MV2016KGM/S06KGM/S动量变化PP2P10606KGM/S12KGM/S。动量变化量为正值，表示动量变化量的方向向左。答案有变化，变化量方向向左，大小为12KGM/S9答案25KGM/S75KGM/S第十三章光163动量守恒定律【教学目标】1理解内力和外力的概念。2理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件。3掌握应用动量守恒定律解决问题的一般步骤。重点动量守恒定律难点应用动量守恒定律解决问题【自主预习】1系统内力和外力在物理学中，把几个有相互作用的物体合称为，系统内物体间的作用力叫做，系统以外的物体对系统的作用力叫做。2动量守恒定律1定律的推导过程2内容。3表达式PP对两个物体组成的系统，可写为M1V1M2V2M1V1M2V2。式中M1、M2分别为两物体的质量，V1、V2为相互作用前两物体的速度，V1、V2为相互作用后两物体的速度。该表达式还可写作P1P2P1P2。若物体1的动量变化为P1，物体2的动量变化为P2，则动量守恒定律表达式可写为P1P2。4动量守恒的条件系统内的任何物体都不受外力作用，这是一种理想化的情形，如天空中两星球的碰撞，微观粒子间的碰撞都可视为这种情形。系统虽然受到了外力作用，但所受外力之和为零。像光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形，两物体所受的重力和支持力的合力为零。系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时，系统的总动量近似守恒。抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间，火药的内力远大于其重力，重力完全可以忽略不计，动量近似守恒。两节火车车厢在铁轨上相碰时，在碰撞瞬间，车厢间的作用力远大于铁轨给车厢的摩擦力，动量近似守恒。系统所受的合外力不为零，即F外0，但在某一方向上合外力为零FX0或FY0，则系统在该方向上动量守恒。【典型例题】一、系统内力和外力【例1】如图1631所示，斜面体C固定在水平地面上，物块A、B叠放在斜面上，且保持静止状态，下列说法中正确的是A在A、B、C三者组成的系统中，A所受的重力是内力B在A、B组成的系统中，A、B之间的静摩擦力是内力CA、C之间的静摩擦力是外力选修35D物块B对物块A的压力是内力二、系统动量守恒【例2】如图1633所示，A、B两物体的质量MAMB，中间用一段细绳相连并有一被压缩的弹簧，放在平板小车C上后，A、B、C均处于静止状态。若地面光滑，则在细绳被剪断后，A、B从C上未滑离之前，A、B在C上沿相反方向滑动过程中A若A、B与C之间的摩擦力大小相同，则A、B组成的系统动量守恒，A、B、C组成的系统动量也守恒B若A、B与C之间的摩擦力大小不相同，则A、B组成的系统动量不守恒，A、B、C组成的系统动量也不守恒C若A、B与C之间的摩擦力大小不相同，则A、B组成的系统动量不守恒，但A、B、C组成的系统动量守恒D以上说法均不对【例3】如图1634所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的。子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象系统，则此系统在子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的过程中A动量守恒，机械能守恒B动量不守恒，机械能不守恒C动量守恒，机械能不守恒D动量不守恒，机械能守恒【例4】如图1635所示，一带有半径为R的1/4光滑圆弧的小车其质量为M，置于光滑水平面上，一质量为M的小球从圆弧的最顶端由静止释放，则球离开小车时，球和车的速度分别是多少【课后练习】1在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧，如图31所示，用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看做一个系统，下面说法正确的是A两手同时放开后，系统总动量始终为零B先放开左手，再放开右手后，动量不守恒C先放开左手，后放开右手，总动量向左D无论何时放手，两手放开后，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零2一辆平板车停止在光滑水平面上，车上一人原来也静止用大锤敲打车的左端，如图32所示，在锤的连续敲打下，这辆平板车将A左右来回运动B向左运动C向右运动D静止不动3在光滑水平面上停着一辆平板车，车左端站着一个大人，右端站着一个小孩，此时平板车静止。在大人和小孩相向运动而交换位置的过程中，平板车的运动情况应该是A向右运动B向左运动C静止D上述三种情况都有可能4如图33所示，三个小球的质量均为M，B、C两球用轻弹簧连接后放在光滑的水平面上，A球以速度V0沿B、C两球球心的连线向B球运动，碰后A、B两球粘在一起。对A、B、C及弹簧组成的系统，下列说法正确的是A机械能守恒，动量守恒B机械能不守恒，动量守恒C三球速度相等后，将一起做匀速运动D三球速度相等后，速度仍将变化5甲、乙两人站在光滑的水平冰面上，他们的质量都是M，甲手持一个质量为M的球，现甲把球以对地为V的速度传给乙，乙接球后又以对地为2V的速度把球传回甲，甲接到球后，甲、乙两人的速度大小之比为AB2MMMMMMCD2MM3MMMM6如图34所示，小车在光滑的水平面上向左运动，木块水平向右在小车的水平车板上运动，且未滑出小车，下列说法中正确的是A若小车的动量大于木块的动量，则木块先减速再加速后匀速B若小车的动量大于木块的动量，则小车先减速再加速后匀速C若小车的动量小于木块的动量，则木块先减速后匀速D若小车的动量小于木块的动量，则小车先减速后匀速7质量为10G的子弹，以300M/S的速度射入质量为240G、静止在光滑水平桌面上的木块，并留在木块中。此后木块运动的速度是多大如果子弹把木块打穿，子弹穿过后的速度为100M/S，这时木块的速度又是多大8如图37所示，质量为M21KG的滑块静止于光滑的水平面上，一质量为M150G的小球以1000M/S的速率碰到滑块后又以800M/S的速率被弹回，试求滑块获得的速度。9质量为M110的小球在光滑的水平桌面上以V130CM/S的速率向右运动，恰遇上质量为M250G的小球以V210CM/S的速率向左运动，碰撞后，小球M2恰好静止，则碰后小球M1的速度大小、方向如何例题答案1【答案】B【解析】判断某个力是内力还是外力，首先应确定系统，然后按照内力和外力的概念去判断，没有系统这个大前提而作的判断是没有意义的。所以只有B选项正确。2【答案】AC【解析】当A、B两物体组成一个系统时，弹簧的弹力为内力，而A、B与C之间的摩擦力为外力。当A、B与C之间的摩擦力等大反向时，A、B组成的系统所受外力之和为零，动量守恒；当A、B与C之间的摩擦力大小不相等时，A、B组成的系统所受外力之和不为零，动量不守恒。而对于A、B、C组成的系统，由于弹簧的弹力，A、B与C之间的摩擦力均为内力，故不论A、B与C之间的摩擦力的大小是否相等，A、B、C组成的系统所受的外力之和均为零，故系统的动量守恒。3解析系统受到墙壁对弹簧的作用力，系统动量不守恒。子弹射入木块的过程中要摩擦生热，系统机械能不守恒。答案B4解析球和车组成的系统虽然总动量不守恒，但在水平方向动量守恒，且全过程满足机械能守恒，设球车分离时，球的速度为V1，方向向左，车的速度V2，方向向右。则MV1MV20MGRMVMV1221122由得V1，V22MGRMM2M2GRMMM课后练习答案1解析在两手同时放开后，水平方向无外力作用，只有弹簧的弹力内力，故动量守恒，即系统的总动量始终为零，A对；先放开左手，再放开右手后，是指两手对系统都无作用力之后的那一段时间，系统所受合外力也为零，即动量是守恒的，B错误；先放开左手，系统在右手作用下，产生向左的冲量，故有向左的动量，再放开右手后，系统的动量仍守恒，即此后的总动量向左，C正确；其实，无论何时放开手，只要是两手都放开就满足动量守恒的条件，即系统的总动量保持不变。若同时放开，那么作用后系统的总动量就等于放手前的总动量，即为零；若两手先后放开，那么两手都放开后的总动量就与放开最后一只手后系统所具有的总动量相等，即不为零，D正确。答案A、C、D2解析系统水平方向总动量为零，车左右运动方向与锤头左右运动方向相反，锤头运动，车就运动，锤头不动，车就停下。答案A3解析以大人、小孩和平板车三者作为研究对象，系统水平方向所受的合外力为零，根据动量守恒定律，可得在大人和小孩相互交换位置时，系统的重心位置保持不变。在大人和小孩相互交换位置时，可假定平板车不动，则在大人和小孩相互交换位置后，系统的重心将右移因大人的质量要大于小孩的质量。因此为使系统的重心位置保持不变，平板车必须左移，故B项正确。答案B4解析因水平面光滑，故系统的动量守恒，A、B两球碰撞过程中机械能有损失，A错误，B正确；三球速度相等时，弹簧形变量最大，弹力最大，故三球速度仍将发生变化，C错误，D正确。答案B、D5解析甲乙之间传递球的过程中，不必考虑过程中的细节，只考虑初状态和末状态的情况。研究对象是由甲、乙二人和球组成的系统，开始时的总动量为零，在任意时刻系统的总动量总为零。设甲的速度为V甲，乙的速度为V乙，二者方向相反，根据动量守恒MMV甲MV乙，则。V甲V乙MMM答案D6解析小车和木块组成的系统动量守恒。若小车动量大于木块的动量，则最后相对静止时整体向左运动，故木块先向右减速，再向左加速，最后与车同速。答案A、C7【答案】12M/S833M/S【解析】设子弹质量为M，初速度为V1，木块的质量为M，速度为V2，由动量守恒定律得MV1MMV2MV1MV1MV2解得V2M/S12M/SMV1MM1010330010240103V2MV1MV1MM/S833M/10103300101031002401038解析对小球和滑块组成的系统，在水平方向上不受外力，竖直方向上所受合力为零，系统动量守恒，以小球初速度方向为正方向，则有V11000M/S，V1800M/S，V20又M150G50102KG，M21KG由动量守恒定律有M1V10M1V1M2V2代入数据解得V290M/S，方向与小球初速度方向一致。答案90M/S方向与小球初速度方向一致9解析取向右为正方向，则两球的速度分别为V130CM/S，V210CM/S，V20光滑水平方向不受力，故由两球组成的系统，竖直方向重力与支持力平衡，桌面满足动量守恒定律条件。由动量守恒定律列方程M1V1M2V2M1V1M2V2，代入数据得V120CM/S，故M1碰后速度的大小为20CM/S，方向向左。答案20CM/S方向向左第十六章动量守恒定律164碰撞【教学目标】1会用动量守恒定律处理碰撞问题。2掌握弹性碰撞和非弹性碰撞的区别。3知道对心碰撞和非对心碰撞的区别。4知道什么是散射。重点难点【自主预习】1如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做_。2如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做_。3一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在_，碰撞之后两球的速度_会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰，也叫_碰撞。4一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度都会_原来两球心的连线。这种碰撞称为_碰撞。5微观粒子相互接近时并不发生直接接触，因此微观粒子的碰撞又叫做_。6弹性碰撞和非弹性碰撞从能量是否变化的角度，碰撞可分为两类1弹性碰撞碰撞过程中机械能守恒。2非弹性碰撞碰撞过程中机械能不守恒。说明碰撞后，若两物体以相同的速度运动，此时损失的机械能最大。7弹性碰撞的规律质量为M1的物体，以速度V1与原来静止的物体M2发生完全弹性碰撞，设碰撞后它们的速度分别为V1和V2，碰撞前后的速度方向均在同一直线上。由动量守恒定律得M1V1M1V1M2V2由机械能守恒定律得M1VM1VM2V12211221122联立两方程解得选修35V1V1，V2V1。M1M2M1M22M1M1M22推论若M1M2，则V10，V2V1，即质量相等的两物体发生弹性碰撞将交换速度。惠更斯早年的实验研究的就是这种情况。若M1M2，则V1V1，V22V1，即质量极大的物体与质量极小的静止物体发生弹性碰撞，前者速度不变，后者以前者速度的2倍被撞出去。若M1M2，则V1V1，V20，即质量极小的物体与质量极大的静止物体发生弹性碰撞，前者以原速度大小被反弹回去，后者仍静止。乒乓球落地反弹、台球碰到桌壁后反弹、篮球飞向篮板后弹回，都近似为这种情况。【典型例题】【例1】在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们成一条直线，2、3小球静止，并靠在一起，1球以速度V0射向它们，如图1642所示。设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是AV1V2V3V013BV10，V2V3V012CV10，V2V3V012DV1V20，V3V0【例2】一个物体静置于光滑水平面上，外面扣一质量为M的盒子，如图1643所示。现给盒子一初速度V0，此后，盒子运动的VT图象呈周期性变化，如图1644所示。请据此求盒内物体的质量。【例3】甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动，已知它们的动量分别是P甲5KGM/S，P乙7KGM/S，甲追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为P乙10KGM/S，则两球质量M甲、M乙的关系可能是AM乙M甲BM乙2M甲CM乙4M甲DM乙6M甲【例4】长度1M的轻绳下端挂着一质量为999KG的沙袋，一颗质量为10G的子弹以500M/S的速度水平射入沙袋，求在子弹射入沙袋后的瞬间，悬绳的拉力是多大（设子弹与沙袋的接触时间很短，G取10M/S2）【课后练习】1、光滑水平面上的两个物体发生碰撞，下列情形可能成立的是A碰撞后系统的总动能比碰撞前小，但系统的总动量守恒B碰撞前后系统的总动量均为零，但系统的总动能守恒C碰撞前后系统的总动能均为零，但系统的总动量不为零D碰撞前后系统的总动量、总动能均守恒2、在光滑水平面上有A、B两小球。A球动量是10KGM/S，B球的动量是12KGM/S，在A球追上B球时发生正碰，碰撞后A球的动量变为8KGM/S，方向和原来相同，则AB两球的质量之比可能为A05B06C065D0753、两个质量相等的小球在光滑水平面上沿同一直线同方向运动，A球的动量是7KGM/S，B球的动量是5KGM/S，A球追上B球时发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是APA6KGM/S，PB6KGM/SBPA3KGM/S，PB9KGM/SCPA2KGM/S，PB14KGM/SDPA5KGM/S，PB15KGM/S4、在光滑水平面上相向运动的A、B两小球发生正碰后一起沿A原来的速度方向运动，这说明原来AA球的质量一定大于B球的质量BA球的速度一定大于B球的速度CA球的动量一定大于B球的动量DA球的动能一定大于B球的动能5、在一条直线上相向运动的甲、乙两个小球，它们的动能相等，已知甲球的质量大于乙球的质量，它们发生正碰后可能发生的情况是A甲球停下，乙球反向运动B甲球反向运动，乙球停下C甲球、乙球都停下D甲球、乙球都反向运动6、在光滑水平面上，动能为E0、动量大小为P0的小球A与静止的小球B发生正碰，碰撞前后A球的运动方向与原来相反，将碰撞后A球的动能和动量大小分别记为E1、P1，B球的动能和动量大小分别记为E2、P2，则必有AE0E1BE0E2CP0P1DP0P27、质量为M的小球A，在光滑的水平面上以速度V与静止在光滑水平面上的质量为2M的小球B发生正碰，碰撞后，A球的动能变为原来的1/9，则碰撞后B球的速度大小可能是A1/3VB2/3VC4/9VD8/9V8、在光滑水平面上有一质量为02KG的球以5M/S的速度向前运动，与质量为3KG的静止木块发生碰撞，设碰撞后木块的速度V242M/S，则A碰撞后球的速度V113M/SBV242M/S这一假设不合理，因而这种情况不可能发生CV242M/S这一假设是合理，碰撞后小球被弹回DV242M/S这一假设是可能发生的，但由于题目条件不足，因而碰后球的速度不能确定9三个相同的木块A、B、C从同一高度处自由下落，其中木块A刚开始下落的瞬间被水平飞来的子弹击中，木块B在下落到一定高度时，才被水平飞来的子弹击中，木块C未受到子弹打击。若子弹均留在木块中，则三木块下落的时间TA、TB、TC的关系是ATATBTCCTATCV乙，所以，即M乙14M甲；P甲M甲P乙M乙碰后P甲、P乙均大于零，表示仍同向运动，考虑实际情况，有V乙V甲，即，即M乙5M甲P甲M甲P乙M乙碰撞过程中，动能不可能增加，即，解得M乙M甲P2甲2M甲P2乙2M乙P2甲2M甲P2乙2M乙177由以上结论得，M甲M乙5M甲，故C正确。177课后练习答案1AD2BC3A4C5AD6ACD7AB8B9解析木块C做自由落体运动，木块A被子弹击中做平抛运动，木块B在子弹击中瞬间竖直方向动量守恒MVMMV，即VV，木块B竖直方向速度减小，所以TATCTB。答案C10解析P物体接触弹簧后，在弹簧弹力的作用下，P做减速运动，Q做加速运动，P、Q间的距离减小，当P、Q两物体速度相等时，弹簧被压缩到最短，所以B正确，A、C错误。由于作用过程中动量守恒，设速度相同时速度为V，则MVMMV，所以弹簧被压缩至最短时，P、Q的速度V，故D错误。V2答案B11第十六章动量守恒定律165反冲火箭【教学目标】1知道反冲运动的含义和反冲运动在技术上的应用。2知道火箭的飞行原理和主要用途。重点反冲运动在技术上的应用。难点反冲运动在技术上的应用。【自主预习】选修351根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向_的方向运动。这个现象叫做_。章鱼的运动利用了_的原理。2喷气式飞机和火箭的飞行应用了_的原理，它们都是靠_的反冲作用而获得巨大速度的。3火箭起飞时的质量与火箭除燃料外的箭体质量之比叫做火箭的_。这个参数一般小于_，否则火箭结构的强度就有问题。4反冲1反冲根据动量守恒定律，如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲。2反冲运动的特点反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果。反冲运动过程中，一般满足系统的合外力为零或内力远大于外力的条件，因此可以运用动量守恒定律进行分析。若系统的初始动量为零，由动量守恒定律可得0M1V1M2V2。此式表明，做反冲运动的两部分的动量大小相等、方向相反，而它们的速率则与质量成反比。3应用反冲运动有利也有害，有利的一面我们可以应用，比如农田、园林的喷灌装置、旋转反击式水轮发电机、喷气式飞机、火箭、宇航员在太空行走等等。反冲运动不利的一面则需要尽力去排除，比如开枪或开炮时反冲运动对射击准确性的影响等。5火箭1火箭现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得反作用力向前推进的飞行器。2火箭的工作原理动量守恒定律。3现代火箭的主要用途利用火箭作为运载工具，例如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船。6“人船模型”的处理方法1“人船模型”问题的特征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。这样的问题归为“人船模型”问题。2处理“人船模型”问题的关键1利用动量守恒，确定两物体速度关系，再确定两物体通过的位移的关系。2解题时要画出各物体的位移关系草图，找出各长度间的关系。【典型例题】【例1】一炮艇总质量为M，以速度V0匀速行驶，从艇上以相对海岸的水平速度V沿前进方向射出一质量为M的炮弹，发射炮弹后艇的速度为V，若不计水的阻力，则下列各关系式中正确的是AMV0MMVMVBMV0MMVMVV0CMV0MMVMVVDMV0MVMV【例2】质量为M的气球上有一质量为M的人，共同静止在距地面高为H的空中，现在从气球中放下一根不计质量的软绳，人沿着软绳下滑到地面，软绳至少为多长，人才能安全到达地面【例3】如图1653所示，长为L、质量为M的小船停在静水中，一个质量为M的人立在船头。若不计水的黏滞阻力，在人从船头走到船尾的过程中，船和人的对地位移各是多少【课后练习】1运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是A燃料燃烧推动空气，空气反作用力推动火箭B火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后排出，气体的反作用力推动火箭C火箭吸入空气，然后向后排出，空气对火箭的反作用力推动火箭D火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭2静止的实验火箭，总质量为M，当它以对地速度为V0喷出质量为M的高温气体后，火箭的速度为AMV0MMBMV0MMCMV0MDMV0M3一个运动员在地面上跳远，最远可跳L，如果他立在船头，船头离河岸距离为L，船面与河岸表面平齐，他若从船头向岸上跳，下面说法正确的是A他不可能跳到岸上B他有可能跳到岸上C他先从船头跑到船尾，再返身跑回船头起跳，就可以跳到岸上D采用C中的方法也无法跳到岸上4一小型火箭在高空绕地球做匀速圆周运动，若其沿运动方向的相反方向射出一物体P，不计空气阻力，则A火箭一定离开原来轨道运动BP一定离开原来轨道运动C火箭运动半径可能不变DP运动半径一定减小5一装有柴油的船静止于水平面上，船前舱进水，堵住漏洞后用一水泵把前舱的油抽往后舱，如图51所示。不计水的阻力，船的运动情况是A向前运动B向后运动C静止D无法判断6一个质量为M的平板车静止在光滑的水平面上，在平板车的车头与车尾站着甲、乙两人，质量分别为M1和M2，当两人相向而行时A当M1M2时，车子与甲运动方向一致B当V1V2时，车子与甲运动方向一致C当M1V1M2V2时，车子静止不动D当M1V1M2V2时，车子运动方向与乙运动方向一致7气球质量为200KG，载有质量为50KG的人，静止在空气中距地面20M高的地方，气球下方悬一根质量可忽略不计的绳子，此人想从气球上沿绳慢慢下滑至地面，为了安全到达地面，则这绳长至少应为多长不计人的高度8如图53所示，质量为M的小车静止在光滑的水平地面上，车上装有半径为R的半圆形光滑轨道，现将质量为M的小球在轨道的边缘由静止释放，当小球滑至半圆轨道的最低位置时，小车移动的距离为多少小球的速度大小为多少例题答案1解析根据动量守恒定律，可得MV0MMVMV。答案A2【解析】人和气球原来静止，说明人和气球组成的系统所受外力的合力为零，在人沿软绳下滑的过程中，它们所受的重力和浮力都未改变，故系统的合外力仍为零，动量守恒。设人下滑过程中某一时刻速度大小为V，此时气球上升的速度大小为V，取向上方向为正，由动量守恒定律得MVMV0，即MVMV。由于下滑过程中的任一时刻，人和气球的速度都满足上述关系，故它们在这一过程中的平均速度也满足这一关系，即MM。VV同乘以人下滑的时间T，得MTMT，即MHMHVV气球上升的高度为HHMM人要安全到达地面，绳长至少为LHHHHH。MMMMM3【解析】选人和船组成的系统为研究对象，由于人从船头走到船尾的过程中，不计水的阻力，系统在水平方向上不受外力作用，动量守恒，设某一时刻人对地的速度为V2，船对地的速度为V1，规定人前进的方向为正方向，有MV2MV10，即V2V1MM在人从船头走向船尾的过程中，人和船的平均速度也跟它们的质量成反比，即对应的平均动量MM，V1V2而位移XTV所以有MX1MX2，即X2X1MM由图1654可知X1X2L，解得X1L，X2L。MMMMMM课后练习答案1解析火箭工作的原理是利用反冲运动，是火箭燃料燃烧产生的高温高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得的反冲速度，故正确答案为选项B。答案B2解析取火箭及气体为系统，则气流在向外喷气过程中满足动量守恒定律，由动量守恒定律得0MV0MMV解得VV0，所以B选项正确。MMM答案B3解析立定跳远相当于斜抛运动，在地面上跳时，能跳L的距离，水平分速度为VX，在船上跳时，设人相对船的水平速度为VX，船对地的速度为V2，则人相对于地的速度为V1VXV2。由于人和船系统动量守恒，因此MV1MV2，所以人在船上跳时，人相对于船的水平速度也为VX，但人相对于地的水平速度为V1VXV2W0时才发生光电效应，故B正确；光强越大，N越多，而不变，EKHW0也不变，故C错误；截止频率C，W0不同，C也不同，故D正确。W0H答案B、D5【答案】原来光子的频率大【解析】由于光子与电子在碰撞过程中满足动量守恒定律，故在电子获得动量的同时，散射光子的动量将减小，由P和知，故原来光子的频率大。HCPCH课后练习答案1解析用紫外线照射锌板，发生光电效应，锌板发射光电子，故锌板带正电，锌板上的正电荷将验电器上的负电荷吸引过来，验电器带正电，A错误，B正确；若改用红外线照射，红外线的频率低于锌的截止频率，不会发生光电效应，C错误，D正确。答案B、D2解析由爱因斯坦光电效应方程EKMV2HW0知，从同一金属逸出的光电子的12最大初动能仅与入射光的频率有关，故仅A选项正确。答案A3解析光照射金属时能否产生光电效应，取决于入射光的频率是否大于金属的极限频率，与入射光的强度和照射时间无关，故A、B、D选项均错误；又因，所以C选项正C确。答案C4解析由爱因斯坦光电效应方程EKMV2HW0知，光电子的最大初动能仅与入12射光的频率有关，故仅D选项正确。答案D5解析由光电效应方程EKHW得WHEK，而WH0，则0，故A正确。WHHEKHEKH答案A6解析在光电管中若发生了光电效应，单位时间内发射光电子的数目只与入射光的强度有关，光电流的饱和值只与单位时间内发射光电子的数目有关。据此可判断A、D错误；波长05M的光子的频率HZ61014HZ451014HZ，可发生光电C310805106效应。所以，选项B、C正确。答案B、C7解析逸出功指使电子脱离某种金属所做功的最小值，它等于金属表面的电子脱离金属所做的功，故A错误，B正确；钙中的电子至少吸收320EV的能量才可能逸出，C错误；由光电效应发生的条件知，D正确。答案B、D8解析依据光电效应方程EKHW可知，当EK0时，0，即图象中横坐标的截距在数值上等于金属的极限频率。图线的斜率KTAN。可见图线的斜率在数值上等于普朗克常量。据图象，假设EK0图线的延长线与EK轴的交点为C，其截距为W，有TANW/0，而TANH，所以WH0。即图象中纵坐标轴的截距在数值上等于金属的逸出功。答案A、B、C9解析由于光子能量公式EHH，根据题意，A、B、C三束单色光对应光子的能量C大小分别为EAEBEC，若EB恰能使某金属发生光电效应，则A光束一定不能使该金属发生光电效应，而C光束一定能使该金属发生光电效应，故A对，B错，C错；根据光电效应方程EKHW，可以看出，C光束照射该金属释放出的光电子的最大初动能比B光束产生的大，故D错。答案A10解析据光子说可知，波长为400NM的单色光子的能量为EHH6631034J501019J。C30108400109据光电效应方程EKHW可知，当入射光子的能量EH大于金属的逸出功W时，光电子最大初动能EK0，即能发生光电效应。由题中表格可知，入射光子的能量大于铯和钙的逸出功，而小于镁、铍、钛的逸出功。故发生光电效应的金属只有铯和钙两种。答案B11解析根据爱因斯坦光电效应方程EKHW0知，当入射光的频率为时，可计算出该金属的逸出功W0HEK，当入射光的频率为2时，光电子的最大初动能为EK2HW0EKH。答案EKH12解析WH0，0HZ531014HZ，WH2211610196631034由光电效应方程EKMHWHW6631034221161019J441019J。C3010825107答案531014HZ441019J第十七章波粒二象性173粒子的波动性174概率波。【教学目标】1知道光具有波粒二象性。2知道物质波的概念。3知道微观粒子的波动性。4知道经典粒子与经典波的特点。5知道光和物质波是一种概率波。重点知道光具有波粒二象性。难点物质波是一种概率波【自主预习】1光既具有波动性，又具有粒子性，即光具有_。1大量光子产生的效果往往显示出波动性，个别光子产生的效果往往显示粒子性。比如，干涉、衍射现象中，如果用强光照射，在光屏上立刻就出现了干涉、衍射条纹，波动性体现了出来；如果用很微弱的光照射，在感光屏上就只能观察到一些分布毫无规律的光点，体现出了粒子性。但是如果在微弱的光照射时间加大的情况下，感光底片上光点的分布又会出现一定的规律性，倾向于干涉、衍射的分布规律。这些实验为人们认识光的波粒二象性提供了良好的证据。选修352频率低的光波动性明显，频率高的光粒子性明显。3光在传播时容易表现出波动性，在与其他物质相互作用时，容易表现出明显的粒子性。4光子说不排斥波动性，光子的能量的计算公式中就包含着波动的因素频率。2光子的能量和动量P可以表示为_和P_，它们是描述光的性质的基本关系式，其中_是架起了粒子性与波动性之间的桥梁。3实物粒子也具有波动性，即每一个运动的粒子都与一个对应的_相联系，而且粒子的能量和动量P跟它所对应的波的频率和波长之间，也像光子跟光波一样，遵从如下关系_和_，这种与实物粒子相联系的波后来称为_，也叫做物质波。41927年戴维孙和GP汤姆孙分别利用_做了电子束衍射的实验，得到了衍射图样，从而证实了电子的_。5任意时刻的确定的_和_以及时空中的确定的轨道，是经典物理学中粒子运动的基本特征。与经典的粒子不同，经典的波在空间是_的，其特征是具有_和_，也就是具有时间的周期性。6光子在空间出现的概率可以通过_的规律确定。所以，从光子的概念上看，光波是一种_波。7对于电子和其他微观粒子，由于同样具有_，所以与它们相联系的物质波也是_波。【典型例题】一、光的波粒二象性【例1】对光的认识，以下说法中正确的是A个别光子的行为表现为粒子性，大量光子的行为表现为波动性B光的波动性是光子本身的一种属性，不是光子之间的相互作用引起的C光表现出波动性时，就不具有粒子性了，光表现出粒子性时，就不具有波动性了D光的波粒二象性应理解为在某种情境下光的波动性表现明显，在另外某种情境下，光的粒子性表现明显【例2】关于对光的认识，下列说法正确的是A频率高的光是粒子，频率低的光是波B光有时是波，有时是粒子C光有时候表现出波动性，有时候表现出粒子性D光既是宏观概念中的波，也是宏观概念中的粒子二、物质波的实验验证【例3】关于物质波，下列认识中错误的是A任何运动的物体质点都伴随一种波，这种波叫物质波BX射线的衍射实验，证实了物质波假设是正确的C电子的衍射实验，证实了物质波假设是正确的D宏观物体尽管可以看做物质波，但它们不具有干涉、衍射等现象【例4】为了观察晶体的原子排列，可以采用下列方法1用分辨率比光学显微镜更高的电子显微镜成像由于电子的物质波波长很短，能防止发生明显衍射现象，因此电子显微镜的分辨率高；2利用X射线或中子束得到晶体的衍射图样，进而分析出晶体的原子排列。则下列分析中正确的是A电子显微镜所利用的是电子的物质波的波长比原子尺寸小得多B电子显微镜中电子束运动的速度应很小C要获得晶体的X射线衍射图样，X射线波长要远小于原子的尺寸D中子的物质波的波长可以与原子尺寸相当三、光波是概率波【例5】对于光的波粒二象性的说法中，正确的是A在一束传播的光束中，有的光是波，有的光是粒子B光子与电子同样是一种粒子，光波与机械波同样是一种波C光的波动性是由于光子间的相互作用而形成的D光是一种波，同时也是一种粒子，光子说并未否定电磁说，在光子的能量EH中，频率仍表示的是波的特征【课后练习】1人类对光的本性的认识经历了曲折的过程。下列关于光的本性的陈述符合科学规律或历史事实的是A牛顿的“微粒说”与爱因斯坦的“光子说”本质上是一样的B光的双缝干涉实验显示了光具有波动性C麦克斯韦预言了光是一种电磁波D光具有波粒二象性2能说明光具有波粒二象性的实验是A光的干涉和衍射B光的干涉和光电效应C光的衍射和康普顿效应D光电效应和康普顿效应3关于光的本性，下列说法中正确的是A光子说并没有否定光的电磁说B光电效应现象反映了光的粒子性C光的波粒二象性是综合了牛顿的微粒说和惠更斯的波动说提出来的D大量光子产生的效果往往显示出粒子性，个别光子产生的效果往往显示出波动性4下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是A有的光是波，有的光是粒子B光子与电子是同样的一种粒子C光的波长越长，其波动性越明显；波长越短，其粒子性越显著D大量光子的行为往往显示出粒子性5关于物质波，下列说法中正确的是A速度相等的电子和质子，电子的波长大B动能相等的电子和质子，电子的波长小C动量相等的电子和中子，中子的波长小D甲电子速度是乙电子的3倍，甲电子的波长也是乙电子的3倍6已知粒子的质量M6641027KG，速度V3107M/S，要观察到粒子明显的衍射现象，障碍物的尺寸约为A331010MB331012MC331015MD331018M7下列关于光的波粒二象性的说法中，正确的是A光显示粒子性时是分立而不连续的，无波动性；光显示波动性时是连续而不分立的，无粒子性B光的频率越高，其粒子性越明显；光的频率越低，其波动性越明显C光的波动性可以看作是大量光子运动的规律D伦琴射线比可见光更容易发生光电效应，而更不容易产生干涉、衍射等物理现象8显微镜观看细微结