高考物理总复习第2节碰撞反冲和火箭课件

第2节碰撞反冲和火箭根底过关考点研析素养提升根底过关紧扣教材·自主落实一、碰撞及特点1.碰撞做相对运动的两个(或几个)物体相遇而发生相互作用,在

时间内,它们的运动状态会发生

变化.2.特点在碰撞现象中,一般都满足内力

外力,可认为相互碰撞的系统动量守恒.根底知识很短显著远大于二、碰撞类型1.弹性碰撞(1)动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′.(3)推论:弹性碰撞中,质量相等、发生对心碰撞的两物体碰后

.即v1′=v2,v2′=v1.交换速度2.非弹性碰撞(1)动量守恒:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′.(2)机械能减少,损失的机械能转化为内能|ΔEk|=Ek初-Ek末=Q.3.完全非弹性碰撞(1)动量守恒:m1v1+m2v2=(m1+m2)v共.(2)碰撞中机械能损失最多|ΔEk|=

.三、爆炸和反冲运动爆炸过程中的内力远大于外力,爆炸的各局部组成的系统总动量,而机械能增加.(1)物体在内力作用下分为两个不同局部并且这两局部向方向运动的现象.(2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用定律来处理.守恒相反动量守恒过关巧练1.思考判断

(1)质量相等的两个物体发生碰撞时,一定交换速度.(

)×(2)碰撞问题中,两物体一定是接触的.(

)(3)运送人造卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是燃料燃烧的燃气推动空气,空气反作用力推动火箭.(

)(4)在空间站外执行任务的宇航员通过向背离空间站方向喷出气体,可回到空间站.(

)××√2.(2021·黑龙江大庆质检)(多项选择)采取以下哪些措施有利于增加火箭的飞行速度()A.使喷出的气体速度增大 B.使喷出的气体温度更高C.使喷出的气体质量更大 D.使喷出的气体密度更小AC3.[人教版选修3-5·P21·T2]质量为m、速度为v的A球跟质量为3m的静止B球发生正碰.碰撞可能是弹性的,也可能是非弹性的,因此,碰撞后B球的速度可能有不同的值.请你论证:碰撞后B球的速度可能是以下值吗(1)0.6v;(2)0.4v;(3)0.2v.答案:(2)可能考点研析核心探究·重难突破考点一弹性碰撞与非弹性碰撞1.碰撞现象的特点(1)时间:过程持续时间即相互作用时间极短.(2)作用力:在相互作用的过程中,相互作用力先是急剧增大,然后再急剧减小,平均作用力很大.(3)动量守恒条件:系统的内力远远大于外力,所以,系统即使所受外力之和不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒.(4)位移:碰撞过程是在一瞬间发生的,时间极短,所以,在物体发生碰撞的瞬间,可忽略物体的位移,可以认为物体在碰撞前后仍在同一位置.(5)能量:在碰撞过程中,一般伴随着机械能的损失,碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能.(1)动量守恒定律.(2)机械能不增加.(3)速度要合理.①假设碰前两物体同向运动,那么应有v后>v前,碰后原来在前面的物体速度一定增大,假设碰后两物体同向运动,那么应有v前′≥v后′.②碰前两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.【典例1】(2021·广东揭阳模拟)如图,水平面上相距为L=5m的P,Q两点分别固定一竖直挡板,一质量为M=2kg的小物块B静止在O点,OP段光滑,OQ段粗糙且长度为d=3m.一质量为m=1kg的小物块A以v0=6m/s的初速度从OP段的某点向右运动,并与B发生弹性碰撞.两物块与OQ段的动摩擦因数均为μ=0.2,两物块与挡板的碰撞时间极短且均不损失机械能.重力加速度g=10m/s2,求:(1)A与B在O点碰后瞬间各自的速度;答案:(1)2m/s,方向向左4m/s,方向向右(2)两物块各自停止运动时的时间间隔.答案:(2)1s(1)此过程中子弹和木块产生的热量Q;(2)木块从C点飞出后落地点距B点的距离s.考点二多体碰撞问题〚审题指导〛题干关键获取信息足够长的光滑水平面物体A,B,C运动过程中不受摩擦力物体间碰撞都是弹性碰撞A与C、A与B间碰撞过程中动量守恒,机械能守恒A以某一速度向右运动,使A只与B,C各发生一次碰撞A与C碰撞,A反弹后与B碰撞,又反弹,此时速度等于或小于C的速度1.[小球间的碰撞问题](2021·内蒙古杭锦后旗检测)如下图,在水平光滑直导轨上,静止放着三个质量均为m=1kg的相同小球A,B,C.现让A球以v0=2m/s的速度向着B球运动,A,B两球碰撞后粘在一起,两球继续向右运动并跟C球碰撞,C球的最终速度vC=1m/s.求:题组训练(1)A,B两球跟C球相碰前的共同速度为多大(2)两次碰撞过程中一共损失了多少动能解析:(1)A,B相碰过程系统动量守恒,以向右为正方向,由动量守恒定律得mv0=2mv1,解得v1=1m/s.答案:(1)1m/s

(2)1.25J2.[木块和木板间的碰撞问题](2021·山西晋城一模)如下图,在光滑桌面上静止放置着长木板B和物块C,长木板B上外表的右端有一物块A,物块A与长木板B之间的动摩擦因数为0.2,长木板足够长.现让物块C以4m/s的初速度向右运动,与木板B发生碰撞,碰撞后黏在一起.物块A的质量为2kg,长木板B的质量为1kg,物块C的质量为3kg,重力加速度g取10m/s2,试求:(1)C与B碰撞过程中,损失的机械能;答案:(1)6J(2)最终A,B,C的速度大小以及A相对于B运动的距离.答案:(2)2m/s

1.5m考点三反冲与爆炸类问题1.爆炸特点(1)由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸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,系统的总动量可看做守恒.(2)在爆炸过程中,由于有其他形式的能量转化为动能,所以爆炸前后系统的总动能增加.2.反冲运动由于物体之间的作用力与反作用力的作用,而使两物体的相对运动方向相反,如发射炮弹时炮身后退、火箭因喷气而发射、喷气式飞机等.(1)系统内的不同局部在强大的内力作用下向相反方向运动,可认为动量守恒.(2)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.(3)反冲运动中系统的平均动量也守恒.【典例3】如图,A,B质量分别为m1=1kg,m2=2kg,置于小车C上,小车的质量为m3=1kg,A,B与小车的动摩擦因数为0.5,小车静止在光滑的水平面上.某时刻炸药爆炸,假设A,B间炸药爆炸的能量有12J转化为A,B的机械能,其余能量转化为内能.A,B始终在小车外表水平运动,小车足够长,求:(1)炸开后A,B获得的速度大小;(2)A,B在小车上滑行的时间各是多少〚思路探究〛(1)A,B间炸药爆炸时满足什么规律答案:动量守恒,能量守恒.(2)爆炸后A,B都在C上滑动,谁会与C先相对静止答案:爆炸后质量较大的物体与C先相对静止.(3)最后,A,B和小车C的速度各是多少答案:最终速度均为零.答案:(1)4m/s

2m/s

(2)0.8s

0.2s(2)爆炸后A,B都在C上滑动,由于B速度较小,和A加速度大小相等,可知B与C先相对静止,设此时A的速度为v3,B,C的速度为v4,在该过程中,ABC组成的系统动量守恒.设该过程的时间为t1.根据动量定理,对A有-μm1gt1=m1v3-m1v1;对B有-μm2gt1=m2v4-m2v2;对C有(μm2g-μm1g)t1=m3v4;代入数据解得v3=3m/s,v4=1m/s,t1=0.2s.之后,A在C上滑动直到相对静止,且三者速度都为0,设A滑动的总时间为t,对A应用动量定理,那么-μm1gt=0-m1v1,解得t=0.8s.规律总结爆炸、反冲问题的注意点(1)由于爆炸过程时间极短,因而作用过程中,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爆炸前的位置以新的动量开始运动.B题组训练BD考点四人船模型1.“人船模型〞问题两个原来静止的物体,一个物体在另一个物体上,通过其间相互作用力,使两个物体向相反方向运动.假设所受外力的矢量和为零,那么动量守恒,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.该类情况称为“人船模型〞问题.2.“人船模型〞的特点(1)两物体满足动量守恒定律,即m1v1-m2v2=0.B【针对训练】如下图,气球的质量为M,下面拖一条质量不计的软梯,质量为m的人站在软梯上端距地面为H,气球保持静止状态,求:(1)人平安到地面软梯的最小长度;(2)假设软梯的长为H,那么人从软梯上端到下端时,人距地面的高度.素养提升学科素养·演练提升核心素养【物理方法】系统含弹簧类问题的处理方法对两个(或两个以上)物体与弹簧组成的系统在相互作用的过程中系统所受外力为零.1.由于弹簧的形变具有弹性势能,系统的总动能将发生变化,假设系统所受的外力和除弹簧弹力以外的内力不做功,系统机械能守恒.2.系统动量守恒.3.弹簧处于最长(最短)状态时两物体速度相等,弹性势能最大.4.弹簧处于原长时,弹性势能为零.【例如】(2021·山东烟台模拟)如下图,光滑水平直轨道上有三个质量均为m的物块的左侧固定一轻弹簧(弹簧左侧的挡板质量不计).设A以速度v0朝B运动,压缩弹簧;当A,B速度相等时,B与C恰好相碰并粘连在一起,然后继续运动.假设B和C碰撞过程时间极短.求从A开始压缩弹簧直至与弹簧别离的过程中.(1)整个系统损失的机械能;(2)弹簧被压缩到最短时的弹性势能.【即学即练】(2021·河北衡水模拟)如图,水平面上有一质量m=1kg的小车,其右端固定一水平轻质弹簧,弹簧左端连接一质量m0=1kg的小物块,小物块与小车一起以v0=6m/s的速度向右运动,与静止在水平面上质量M=4kg的小球发生正碰,碰后小球的速度变为v=2m/s,碰撞时间极短,弹簧始终在弹性限度内,忽略一切摩擦阻力.求:(1)小车与小球碰撞后瞬间小车的速度v1;(2)从碰后瞬间到弹簧被压缩至最短的过程中,弹簧弹力对小车的冲量大小.解析:(1)小车与小球碰撞过程,由于时间极短,滑块速度不变,根据动量守恒定律有mv0=Mv+mv1,代入数值,解得v1=-2m/s,即碰撞后小车向左运动.(2)滑块、小车与弹簧组成的系统动量守恒,设当弹簧被压缩到最短时,小车的速度为v2,根据动量守恒定律有m0v0+mv1=(m0+m)v2,解得v2=2m/s,设从碰撞后瞬间到弹簧被压缩到最短的过程中,弹簧弹力对小车的冲量大小为I,根据动量定理有I=mv2-mv1,解得I=4N·s.答案:(1)2m/s,方向向左(2)4N·s高考模拟1.(2021·全国Ⅰ卷,14)将质量为1.00kg的模型火箭点火升空,50g燃烧的燃气以大小为600m/s的速度从火箭喷口在很短时间内喷出.在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小为(喷出过程中重力和空气阻力可忽略)()A.30kg·m/s B.5.7×102kg·m/sC.6.0×102kg·m/s D.6.3×102kg·m/sA解析:火箭和燃气组成的系统动量守恒,点火升空前系统总动量为零,在燃气喷出后的瞬间,火箭的动量大小等于燃气的动量大小,所以火箭的动量大小p=mv=0.05×600kg·m/s=30kg·m/s,选项A正确.C3.(2021·全国Ⅱ卷,24)汽车A在水平冰雪路面上行驶.驾驶员发现其正前方停有汽车B,立即采取制动措施,但仍然撞上了汽车B.两车碰撞时和两车都完全停止后的位置如下图,碰撞后B车向前滑动了4.5m,A车向前滑动了2.0m.A和B的质量分别为2.0×103kg和1.5×103kg,两车与该冰雪路面间的动摩擦因数均为0.10,两车碰撞时间极短,在碰撞后车轮均没有滚动,重力加速度大小g=10m/s2.求(1)碰撞后的瞬间B车速度的大小;答案:(1)3.