高中物理第1章碰撞与动量守恒1.3动量守恒定律的案例分析学案沪科版选修3_5

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1、1.3 动量守恒定律的案例分析学习目标重点难点1.知道碰撞类问题的受力特点,能利用动量守恒定律分析碰撞类问题。2.知道微观粒子的碰撞可以用动量守恒定律分析。3.知道什么是反冲现象,能够利用动量守恒定律分析解决反冲问题。重点:利用动量守恒定律分析解决碰撞、反冲类问题。难点:动量守恒定律在反冲运动中的应用。一、碰撞问题1.碰撞问题的受力特点:碰撞过程中内力远远大于系统受到的合外力,此时合外力可以忽略不计。2.研究方法:研究碰撞问题的理论依据是动量守恒定律。预习交流1碰撞是很常见的现象,如打保龄球、打台球等,你能结合类似的碰撞实例,说出碰撞的1~2个特点吗?答案:碰撞的特点:(1)碰撞时间很短;

2、(2)碰撞时相互作用力很大。二、反冲现象1.反冲:物体系统的一部分向某方向运动,而其余部分向相反方向运动的现象。2.受力特点:物体的不同部分在内力作用下向相反的方向运动,且内力很大。3.研究方法:研究反冲运动的理论依据是动量守恒定律。4.应用:喷气式飞机和火箭飞行是反冲运动的两个重要实例。预习交流2做一做:试通过火箭升空一例说明:在反冲现象中,相关的物体开始是静止的,但后来它们都有了一定的速度,有了一定的能量,这些能量是哪里来的?答案:火箭升空,是火箭内部的燃料燃烧,向后喷出燃气,燃料的化学能转化为火箭的机械能。一、碰撞及类碰撞过程的特点保龄球运动中,10个保龄球摆放在一个三角形区域内,有

3、经验的运动员可以一次用保龄球击倒全部保龄瓶,这其中除了运用好掷球技巧外,对碰撞规律的深刻理解也很关键。那么保龄球与保龄瓶之间的碰撞遵守什么规律?答案:保龄球与保龄瓶之间的碰撞遵守动量守恒定律。质量为3kg的小球A在光滑水平面上以6m/s的速度向右运动,恰遇上质量为5kg的小球B以4m/s的速度向左运动,碰撞后B球恰好静止,求碰撞后A球的速度。答案:碰后A球速度大小为0.67m/s,方向向左。解析:两球都在光滑水平面上运动,碰撞过程中系统所受合外力为零,因此系统动量守恒。碰撞前两球动量已知,碰撞后B球静止,取A球初速度方向为正,由动量守恒定律有:mAvA+mBvB=mAvA′vA′==m/s

4、=-0.67m/s。1.碰撞及类碰撞过程,相互作用时间很短,相互作用力很大,一般远远大于物体受到的外力,故可以忽略掉外力,碰撞过程动量守恒。2.碰撞过程的能量特点是,碰撞前的总动能Ek大于或等于碰撞后的总动能Ek′,即Ek≥Ek′。3.爆炸过程因为有火药的化学能转化为动能,故爆炸过程,动能会增加。二、反冲现象春节期间儿童都喜欢燃放一种叫“钻天猴”的焰火,它在一根细细的竹竿上捆绑一个塑料壳,壳里面装有火药,上端封闭,下端有引线,当点燃下端的引线时,火药产生的烟火向下喷出,“钻天猴”就直钻青天。你知道其中的道理吗?答案:“钻天猴”钻天,利用了反冲原理。课外科技小组制作一支“水火箭”,用压缩空气

5、压出水流使火箭运动。假如喷出的水流流量保持为2×10-4m3/s,喷出速度保持为对地10m/s,启动前火箭总质量为1.4kg,则启动2s末火箭的速度可以达到多少?(已知火箭沿水平轨道运动,阻力不计,水的密度是103kg/m3)答案:4m/s解析:“水火箭”喷出水流做反冲运动。设火箭原来总质量为M,喷出水流的流量为Q,水的密度为ρ,水流的喷出速度为v,火箭的反冲速度为v′。由动量守恒定律得(M-ρQt)v′=ρQtv,火箭启动后2s末的速度v′==m/s=4m/s。分析火箭类问题注意以下几点:1.火箭在运动过程中,随着燃料的燃烧,火箭本身的质量不断减小,故在应用动量守恒定律时,必须取在同一相

6、互作用时间内的火箭和喷出的气体为研究对象。注意反冲前、后各物体质量的变化。2.明确两部分物体初、末状态的速度的参考系是否是同一参考系,如果不是同一参考系要设法予以调整,一般情况要转换成对地球的速度。3.列方程时要注意初、末状态动量的方向。反冲物体速度的方向与原物体的运动方向是相反的。三、“人船模型”的分析人开始静止站立在船头,当人缓慢地由船头走到船尾时,船也向后移动了一段位移,如图所示。若船的质量为m1,人的质量为m2,忽略水的阻力,那么人、船的质量与人、船的位移有什么关系?答案:m1s1=m2s2解析:人船看做一个系统,忽略水的阻力,受的合力为零,动量守恒,取船运动的方向为正方向,则m1

7、v1-m2v2=0,m1-m2=0,m1s1=m2s2。长为l、质量为M的小船停在静水中,一个质量为m的人站在船头,若不计水的阻力,当人从船头走到船尾的过程中,小船和人对地的位移各是多少?答案: 解析:此类题目中涉及的是总动量为零的系统。相互作用的两个物体原来都处于静止,作用后处于运动状态,而总动量始终为零。利用这一点我们可以解决不少涉及位移的问题,即由m1v1+m2v2=0,可以推出m1s1+m2s2=0。使用此式解题

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