(通用版)2020版高考物理一輪復(fù)習(xí) 第六章 第34課時(shí) 動(dòng)量 沖量 動(dòng)量定理(雙基落實(shí)課)講義(含解析).doc
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動(dòng)量 考 綱 要 求 考 情 分 析 動(dòng)量、動(dòng)量定理 Ⅱ 1.命題規(guī)律 高考對(duì)該部分內(nèi)容既可單獨(dú)考查,又可與動(dòng)力學(xué)、功和能、電磁學(xué)等知識(shí)綜合考查。題型既有選擇題,也有計(jì)算題,難度中等或中等偏上。 2.考查熱點(diǎn) 以生活實(shí)例及經(jīng)典物理學(xué)理論為命題背景,結(jié)合物理知識(shí)在生活中的應(yīng)用的命題趨勢(shì)較強(qiáng),復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)側(cè)重該部分知識(shí)和其他知識(shí)的綜合應(yīng)用。 動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用 Ⅱ 彈性碰撞和非彈性碰撞 Ⅰ 實(shí)驗(yàn)七:驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律 第34課時(shí) 動(dòng)量 沖量 動(dòng)量定理(雙基落實(shí)課) 點(diǎn)點(diǎn)通(一) 動(dòng)量和沖量 1.動(dòng)能、動(dòng)量、動(dòng)量變化量的比較 動(dòng)能 動(dòng)量 動(dòng)量變化量 定義 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量 物體的質(zhì)量和速度的乘積 物體末動(dòng)量與初動(dòng)量的矢量差 定義式 Ek=mv2 p=mv Δp=p′-p 標(biāo)矢性 標(biāo)量 矢量 矢量 特點(diǎn) 狀態(tài)量 狀態(tài)量 過程量 關(guān)聯(lián) 方程 Ek=,Ek=pv,p=,p= 聯(lián)系 (1)都是相對(duì)量,與參考系的選取有關(guān),通常選取地面為參考系 (2)若物體的動(dòng)能發(fā)生變化,則動(dòng)量一定也發(fā)生變化;但動(dòng)量發(fā)生變化時(shí)動(dòng)能不一定發(fā)生變化 2.沖量和功的區(qū)別 (1)沖量和功都是過程量。沖量表示力對(duì)時(shí)間的積累作用,功表示力對(duì)位移的積累作用。 (2)沖量是矢量,功是標(biāo)量。 (3)力作用的沖量不為零時(shí),力做的功可能為零;力做的功不為零時(shí),力作用的沖量一定不為零。 3.沖量的計(jì)算 (1)恒力的沖量:直接用定義式I=F(t′-t)計(jì)算。 (2)變力的沖量 ①方向不變的變力的沖量,若力的大小隨時(shí)間均勻變化,即力為時(shí)間的一次函數(shù),則力F在某段時(shí)間t內(nèi)的沖量I=t(F1、F2為該段時(shí)間內(nèi)初、末兩時(shí)刻力的大小)。 ②作出Ft變化圖線,圖線與t軸所圍的面積即為變力的沖量。如圖所示。 ③對(duì)于易確定始、末時(shí)刻動(dòng)量的情況,可用動(dòng)量定理求解,即通過求Δp間接求出沖量。 [小題練通] 1.下列說法正確的是( ) A.動(dòng)量為零時(shí),物體一定處于平衡狀態(tài) B.動(dòng)能不變,物體的動(dòng)量一定不變 C.物體所受合外力不變時(shí),其動(dòng)量一定不變 D.物體受到恒力的作用也可能做曲線運(yùn)動(dòng) 解析:選D 動(dòng)量為零時(shí),物體的速度為零,但物體并不一定處于平衡狀態(tài),如汽車的啟動(dòng)瞬時(shí)速度為零,故A錯(cuò)誤;動(dòng)能不變,說明物體速度的大小不變,但速度的方向可能變化,故動(dòng)量是可能發(fā)生變化的,故B錯(cuò)誤;物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí),物體的合外力大小不變,但速度大小會(huì)變化,故動(dòng)量的大小也會(huì)發(fā)生變化,故C錯(cuò)誤;物體受到恒力作用時(shí)有可能做曲線運(yùn)動(dòng),如平拋運(yùn)動(dòng),故D正確。 2.(多選)如圖所示,一個(gè)物體在拉力F的作用下勻速前進(jìn)了時(shí)間t,且拉力F與水平方向成θ角。則( ) A.拉力F對(duì)物體的沖量大小為Ft B.拉力F對(duì)物體的沖量大小為Ftsin θ C.摩擦力對(duì)物體的沖量大小為Ftsin θ D.合外力對(duì)物體的沖量大小為零 解析:選AD 拉力F對(duì)物體的沖量大小等于Ft,A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;物體受到的摩擦力大小Ff=Fcos θ,所以摩擦力對(duì)物體的沖量大小為Fft=Ftcos θ,C項(xiàng)錯(cuò)誤;物體勻速運(yùn)動(dòng),合外力為零,所以合外力對(duì)物體的沖量大小為零,D項(xiàng)正確。 3.(多選)(2017全國(guó)卷Ⅲ)一質(zhì)量為 2 kg 的物塊在合外力F的作用下從靜止開始沿直線運(yùn)動(dòng)。F隨時(shí)間t變化的圖線如圖所示,則( ) A.t=1 s時(shí)物塊的速率為1 m/s B.t=2 s時(shí)物塊的動(dòng)量大小為4 kgm/s C.t=3 s時(shí)物塊的動(dòng)量大小為5 kgm/s D.t=4 s時(shí)物塊的速度為零 解析:選AB 前2 s內(nèi)物塊做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度a1== m/s2=1 m/s2,t=1 s時(shí)物塊的速率v1=a1t1=1 m/s,A正確;t=2 s時(shí)物塊的速率v2=a1t2=2 m/s,動(dòng)量大小為p2=mv2=4 kgm/s,B正確;物塊在2~4 s內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng),加速度的大小為a2==0.5 m/s2,t=3 s時(shí)物塊的速率v3=v2-a2t3=(2-0.51)m/s=1.5 m/s,動(dòng)量大小為p3=mv3=3 kgm/s,C錯(cuò)誤;t=4 s時(shí)物塊的速度v4=v2-a2t4=(2-0.52)m/s=1 m/s,D錯(cuò)誤。 點(diǎn)點(diǎn)通(二) 動(dòng)量定理 1.內(nèi)容:物體在一個(gè)過程始末的動(dòng)量變化量等于它在這個(gè)過程中所受力的沖量。 2.公式:p′-p=I。 (1)公式是矢量式,左邊是動(dòng)量的變化量,只有當(dāng)初、末動(dòng)量在一條直線上時(shí),才可以直接進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算,但必須注意正負(fù)值。 (2)公式右邊是物體受到的所有力的合沖量,而不是某一個(gè)力的沖量。 (3)公式說明了兩邊的因果關(guān)系,即合力的沖量是動(dòng)量變化的原因。 3.用動(dòng)量定理解釋生活現(xiàn)象 由F= 知,物體的動(dòng)量變化一定時(shí),力的作用時(shí)間越短,力就越大;時(shí)間越長(zhǎng),力就越小。分析問題時(shí),要明確哪個(gè)量一定,哪個(gè)量變化。 [小題練通] 1.(2018全國(guó)卷Ⅱ)高空墜物極易對(duì)行人造成傷害。若一個(gè)50 g的雞蛋從一居民樓的25層墜下,與地面的碰撞時(shí)間約為2 ms,則該雞蛋對(duì)地面產(chǎn)生的沖擊力約為( ) A.10 N B.102 N C.103 N D.104 N 解析:選C 設(shè)每層樓高約為3 m,則雞蛋下落高度約為h=325 m=75 m,雞蛋下落到地面時(shí)的速度滿足v2=2gh,根據(jù)動(dòng)量定理(F-mg)t=0-(-mv),解得雞蛋受到地面的沖擊力F=+mg≈103 N,由牛頓第三定律知,C正確。 2.(2018北京高考)2022年將在我國(guó)舉辦第二十四屆冬奧會(huì),跳臺(tái)滑雪是其中最具觀賞性的項(xiàng)目之一。某滑道示意圖如圖所示,長(zhǎng)直助滑道AB與彎曲滑道BC平滑銜接,滑道BC高h(yuǎn)=10 m,C是半徑R=20 m圓弧的最低點(diǎn)。質(zhì)量m=60 kg 的運(yùn)動(dòng)員從A處由靜止開始勻加速下滑,加速度a=4.5 m/s2,到達(dá)B點(diǎn)時(shí)速度vB=30 m/s。取重力加速度g=10 m/s2。 (1)求長(zhǎng)直助滑道AB的長(zhǎng)度L; (2)求運(yùn)動(dòng)員在AB段所受合外力的沖量I的大?。? (3)若不計(jì)BC段的阻力,畫出運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)的受力圖,并求其所受支持力FN的大小。 解析:(1)根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)公式vB2-vA2=2aL, 解得L==100 m。 (2)根據(jù)動(dòng)量定理,有I=mvB-mvA=1 800 Ns。 (3)運(yùn)動(dòng)員經(jīng)過C點(diǎn)時(shí)的受力如圖所示。 根據(jù)牛頓第二定律,有 FN-mg=m 運(yùn)動(dòng)員在BC段運(yùn)動(dòng)的過程中,根據(jù)動(dòng)能定理,有 mgh=mvC2-mvB2 解得FN=3 900 N。 答案:(1)100 m (2)1 800 Ns (3)見解析圖 3 900 N [融會(huì)貫通] 應(yīng)用動(dòng)量定理解題的步驟 (1)確定研究對(duì)象。中學(xué)階段的動(dòng)量定理問題,其研究對(duì)象一般僅限于單個(gè)物體。 (2)對(duì)物體進(jìn)行受力分析??梢韵惹竺總€(gè)力的沖量,再求各力沖量的矢量和;或先求合力,再求其沖量。 (3)抓住過程的初、末狀態(tài),選好正方向,確定各動(dòng)量和沖量的正、負(fù)號(hào)。 (4)根據(jù)動(dòng)量定理列方程,如有必要還需要其他補(bǔ)充方程,最后代入數(shù)據(jù)求解。對(duì)過程較復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),可分段用動(dòng)量定理,也可整個(gè)過程用動(dòng)量定理。 點(diǎn)點(diǎn)通(三) 動(dòng)量定理與微元法的綜合應(yīng)用 1.流體類問題 流體及 其特點(diǎn) 通常液體流、氣體流等被廣義地視為“流體”,質(zhì)量具有連續(xù)性,通常給出流體密度ρ 分析 步驟 (1)建立“柱體”模型,沿流速v的方向選取一段柱形流體,其橫截面積為S (2)微元研究,作用時(shí)間Δt內(nèi)的一段柱形流體的長(zhǎng)度為Δl,對(duì)應(yīng)的質(zhì)量為Δm=ρSvΔt (3)建立方程,應(yīng)用動(dòng)量定理研究這段柱形流體 2.微粒類問題 微粒及 其特點(diǎn) 通常電子流、光子流、塵埃等被廣義地視為“微粒”,質(zhì)量具有獨(dú)立性,通常給出單位體積內(nèi)的粒子數(shù)n 分析 步驟 (1)建立“柱體”模型,沿速度v0的方向選取一段微元,其橫截面積為S (2)微元研究,作用時(shí)間Δt內(nèi)一段微元的長(zhǎng)度為Δl,對(duì)應(yīng)的體積為ΔV=Sv0Δt,則微元內(nèi)的粒子數(shù)N=nv0SΔt (3)先應(yīng)用動(dòng)量定理研究單個(gè)粒子,建立方程,再乘以N求解 [小題練通] 1.為估算池中睡蓮葉面承受雨滴撞擊產(chǎn)生的平均壓強(qiáng),小明在雨天將一圓柱形水杯置于露臺(tái),測(cè)得1 h內(nèi)杯中水面上升了45 mm。當(dāng)時(shí)雨滴豎直下落速度約為12 m/s。據(jù)此估算該壓強(qiáng)為(雨滴撞擊睡蓮后無(wú)反彈,不計(jì)雨滴重力,雨水的密度為1103 kg/m3)( ) A.0.15 Pa B.0.54 Pa C.1.5 Pa D.5.4 Pa 解析:選A 設(shè)圓柱形水杯的橫截面積為S,則水杯中水的質(zhì)量為m=ρV=11034510-3S=45S,由動(dòng)量定理可得:Ft=mv,而p=,所以p== Pa=0.15 Pa,A正確。 2.如圖所示為噴泉中噴出的水柱,把一個(gè)質(zhì)量為M的垃圾桶倒立在空中,水以速率v0、恒定的質(zhì)量增率(即單位時(shí)間噴出的質(zhì)量)從地下射向垃圾桶。求垃圾桶可停留的最大高度(水柱噴到桶底后以相同的速率反彈)。 解析:設(shè)垃圾桶可停留的最大高度為h,水柱到達(dá)高處h的速度為vt,則 vt2-v02=-2gh 得vt2=v02-2gh 由動(dòng)量定理得,在極短時(shí)間Δt內(nèi),水受到的沖量為 FΔt=2vt 解得F=2vt=2 據(jù)題意有F=Mg 聯(lián)立解得h=-2。 答案:-2 3.根據(jù)量子理論,光子的能量E與動(dòng)量p之間的關(guān)系式為E=pc,其中c表示光速,由于光子有動(dòng)量,照到物體表面的光子被物體吸收或反射時(shí)都會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生壓強(qiáng),這就是“光壓”,用I表示。 (1)一臺(tái)二氧化碳?xì)怏w激光器發(fā)出的激光,功率為P0,射出的光束的橫截面積為S,當(dāng)它垂直照射到一物體表面并被物體全部反射時(shí),激光對(duì)物體表面的壓力F=2pN,其中p表示光子的動(dòng)量,N表示單位時(shí)間內(nèi)激光器射出的光子數(shù),試用P0和S表示該束激光對(duì)物體產(chǎn)生的光壓; (2)有人設(shè)想在宇宙探測(cè)中用光為動(dòng)力推動(dòng)探測(cè)器加速,探測(cè)器上安裝有面積極大、反射率極高的薄膜,并讓它正對(duì)太陽(yáng),已知太陽(yáng)光照射薄膜時(shí)每平方米面積上的輻射功率為1.35103 W,探測(cè)器和薄膜的總質(zhì)量為m=100 kg,薄膜面積為4104 m2,c=3108 m/s,求此時(shí)探測(cè)器的加速度大小。 解析:(1)在單位時(shí)間內(nèi),功率為P0的激光的總能量為 P01 s=NE=Npc 所以p= 由題意可知,激光對(duì)物體表面的壓力F=2pN 故激光對(duì)物體產(chǎn)生的光壓I==。 (2)由(1)可知I== Pa=910-6 Pa 所以探測(cè)器受到的光的總壓力FN=IS膜 對(duì)探測(cè)器應(yīng)用牛頓第二定律有FN=ma 故此時(shí)探測(cè)器的加速度a== m/s2=3.610-3 m/s2。 答案:(1) (2)3.610-3 m/s2 [融會(huì)貫通] 兩類流體運(yùn)動(dòng)模型 “吸收模型” “反彈模型” 流體與被碰物質(zhì)接觸后速度為零 流體與被碰物質(zhì)接觸后以原速率反彈 設(shè)時(shí)間t內(nèi)流體與被碰物質(zhì)相碰的“粒子”數(shù)為n,每個(gè)“粒子”的動(dòng)量為p,被碰物質(zhì)對(duì)“粒子”的作用力為F,以作用力的方向?yàn)檎?,則“吸收模型”滿足Ft=0-n(-p),“反彈模型”滿足Ft=np-n(-p)?!胺磸椖P汀钡膭?dòng)量變化量為“吸收模型”的動(dòng)量變化量的2倍,解題時(shí)一定要明確模型,避免錯(cuò)誤 1.動(dòng)量是矢量,其方向與物體的速度方向相同,動(dòng)量變化量也是矢量,其方向與物體速度變化量的方向相同。 2.力與物體運(yùn)動(dòng)方向垂直時(shí),該力不做功,但該力的沖量不為零。 3.動(dòng)量定理中物體動(dòng)量的改變量等于合外力的沖量,包括物體重力的沖量。 4.動(dòng)量定理是矢量方程,列方程時(shí)應(yīng)選取正方向,且力和速度必須選同一正方向。 [課堂綜合訓(xùn)練] 1.在一光滑的水平面上,有一輕質(zhì)彈簧,彈簧一端固定在豎直墻壁上,另一端緊靠著一物體A,已知物體A的質(zhì)量mA=4 kg,如圖所示?,F(xiàn)用一水平力F作用在物體A上,并向左壓縮彈簧,力F做功50 J后(彈簧仍處在彈性限度內(nèi)),突然撤去力F,物體A從靜止開始運(yùn)動(dòng)。則當(dāng)撤去力F后,彈簧彈力對(duì)物體A的沖量大小為( ) A.20 Ns B.50 Ns C.25 Ns D.40 Ns 解析:選A 根據(jù)題意知,撤去力F時(shí),彈簧具有的彈性勢(shì)能為Ep=50 J,根據(jù)機(jī)械能守恒定律得Ep=mv2,解得物體A離開彈簧的速度為v=5 m/s,根據(jù)動(dòng)量定理得I=mv-0=45 Ns=20 Ns,A正確,B、C、D錯(cuò)誤。 2.高空作業(yè)須系安全帶,如果質(zhì)量為m的高空作業(yè)人員不慎跌落,從開始跌落到安全帶對(duì)人剛產(chǎn)生作用力前人下落的距離為h(可視為自由落體運(yùn)動(dòng)),此后經(jīng)歷時(shí)間t安全帶達(dá)到最大伸長(zhǎng),若在此過程中該作用力始終豎直向上,則該段時(shí)間安全帶對(duì)人的平均作用力大小為( ) A.+mg B.-mg C.+mg D.-mg 解析:選A 設(shè)高空作業(yè)人員自由下落h時(shí)的速度為v,則v2=2gh,得v=。方法一:設(shè)安全帶對(duì)人的平均作用力為F,由牛頓第二定律得F-mg=ma,又v=at,解得F=+mg。方法二:由動(dòng)量定理得(mg-F)t=0-mv,解得F=+mg。選項(xiàng)A正確。 3.(2019西峰調(diào)研)如圖所示,豎直面內(nèi)有一個(gè)固定圓環(huán),MN是圓環(huán)在豎直方向上的直徑。兩根光滑滑軌MP、QN的端點(diǎn)都在圓周上,MP>QN。將兩個(gè)完全相同的小滑塊a、b分別從M、Q點(diǎn)無(wú)初速度釋放,在它們各自沿滑軌MP、QN運(yùn)動(dòng)到圓環(huán)上的過程中,下列說法中正確的是( ) A.合力對(duì)兩滑塊的沖量大小相同 B.重力對(duì)a滑塊的沖量較大 C.彈力對(duì)a滑塊的沖量較小 D.兩滑塊的動(dòng)量變化大小相同 解析:選C 題圖所示是“等時(shí)圓”模型,即兩滑塊同時(shí)到達(dá)圓環(huán)上。合力F=mgsin θ(θ為滑軌在水平方向的傾角),由題圖可得,F(xiàn)a>Fb,因此合力對(duì)a滑塊的沖量較大,a滑塊的動(dòng)量變化也大;重力對(duì)兩滑塊的沖量大小、方向都相同;彈力FN=mgcos θ,F(xiàn)Na<FNb,因此彈力對(duì)a滑塊的沖量較小。故選項(xiàng)C正確。 4.(多選)在光滑水平面上有兩個(gè)質(zhì)量均為2 kg的質(zhì)點(diǎn),質(zhì)點(diǎn)a在水平恒力Fa=4 N作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)4 s,質(zhì)點(diǎn)b在水平恒力Fb=4 N作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)4 m,比較a、b兩質(zhì)點(diǎn)所經(jīng)歷的過程,下列說法正確的是( ) A.質(zhì)點(diǎn)a的位移比質(zhì)點(diǎn)b的位移大 B.質(zhì)點(diǎn)a的末速度比質(zhì)點(diǎn)b的末速度小 C.力Fa做的功比力Fb做的功多 D.力Fa的沖量比力Fb的沖量小 解析:選AC 質(zhì)點(diǎn)a的位移xa=at2=ta2=16 m,A正確;由動(dòng)量定理得Fata=mva,va ==8 m/s,由動(dòng)能定理得Fbxb=mvb2,解得vb=4 m/s,B錯(cuò)誤;力Fa做的功Wa=Faxa=64 J,力Fb做的功Wb=Fbxb=16 J,C正確;力Fa的沖量Ia=Fata=16 Ns,力Fb的沖量Ib=Δpb=m(vb-0)=8 Ns,D錯(cuò)誤。 5.一輛轎車強(qiáng)行超車時(shí),與另一輛迎面駛來(lái)的轎車相撞,兩車相撞后,兩車車身因相互擠壓,皆縮短了0.5 m,據(jù)測(cè)算兩車相撞前速率約為30 m/s。 (1)求相撞中車內(nèi)質(zhì)量約60 kg的人受到的平均沖力; (2)若此人系有安全帶,安全帶在車禍過程中與人的作用時(shí)間是1 s,求這時(shí)人受到的平均沖力。 解析:(1)兩車相撞時(shí)認(rèn)為人與車一起做勻減速運(yùn)動(dòng)直到停止,位移為0.5 m 設(shè)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t,根據(jù)x=t,得t== s 根據(jù)動(dòng)量定理Ft=Δp=mv0 得F== N=5.4104 N。 (2)若人系有安全帶,根據(jù)動(dòng)量定理F′t′=mv0 得F′== N=1.8103 N。 答案:(1)5.4104 N (2)1.8103 N- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問題本站不予受理。
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