2024版高考物理一輪總復(fù)習(xí)專題六動量第3講碰撞與反沖課件

第3講碰撞與反沖一、碰撞1.特點：作用時間極短，內(nèi)力(相互碰撞力)遠(yuǎn)________外力，總動量守恒.

2.分類.(1)彈性碰撞：碰撞后系統(tǒng)的機(jī)械能______損失.

(2)非彈性碰撞：碰撞后系統(tǒng)的機(jī)械能有損失.(3)完全非彈性碰撞：碰撞后合為一體，機(jī)械能損失________.

大于

沒有

最大

二、反沖1.定義：當(dāng)物體的一部分以一定的速度離開物體時，剩余部分將獲得一個反向________，如發(fā)射炮彈、火箭等.

2.特點：系統(tǒng)內(nèi)各物體間的相互作用的內(nèi)力遠(yuǎn)大于系統(tǒng)受到的外力，動量守恒.沖量

(1)外力的沖量在相互作用的時間內(nèi)忽略不計.(2)彈性碰撞是一種理想化的物理模型，在宏觀世界中不存在.(3)反沖運動問題中，系統(tǒng)的機(jī)械能可以增大，這與碰撞問題是不同的.1.[彈性碰撞]如圖所示，B、C、D、E、F5個小球并排放置在光滑的水平面上，B、C、D、E4個小球質(zhì)量相等，而F的質(zhì)量小于B的質(zhì)量，A的質(zhì)量等于F的質(zhì)量.A以速度v0向右運動，所發(fā)生的碰撞均為彈性碰撞，則碰撞之后(

)A.3個小球靜止，3個小球運動B.4個小球靜止，2個小球運動C.5個小球靜止，1個小球運動D.6個小球都運動【答案】A

【解析】因MA＜MB，A、B相碰后，A向左運動，B向右運動.B、C、D、E質(zhì)量相等，彈性碰撞后，不斷交換速度，最終E有向右的速度，B、C、D靜止.因ME＞MF，則E、F都向右運動，即3個小球靜止，3個小球運動，故A正確，B、C、D錯誤.

考點1碰撞問題[能力考點]1.碰撞現(xiàn)象滿足的三個規(guī)律2.碰撞三種形式

彈性碰撞完全非彈性碰撞非彈性碰撞例1如圖所示，固定的粗糙斜面，傾角θ＝30°，斜面底端O處固定一個垂直斜面的彈性擋板.在斜面上P、Q兩點有材質(zhì)相同、質(zhì)量均為m的滑塊A和B，A和B恰好能靜止，且均可視為質(zhì)點，Q到O的距離是L，Q到P的距離是kL(k＞0).現(xiàn)始終給A施加一個大小為F＝mg、方向沿斜面向下的力，A開始運動，g為重力加速度.設(shè)A、B之間以及B與擋板之間的碰撞時間極短，且無機(jī)械能損失，滑塊與斜面間的最大靜摩擦力等于滑動摩擦力.求：(1)A、B第一次碰撞后瞬間它們的速率分別為多少；(2)A、B第一次碰撞與第二次碰撞之間的時間.

1.(多選)質(zhì)量為3m、速度為v的A球與質(zhì)量為m的靜止B球發(fā)生正碰.在兩球碰撞后的瞬間，以下說法正確的是(

)A.A球速度可能反向B.A球速度可能為0.6vC.B球速度可能為vD.B球速度可能為1.4v【答案】BCD

2.(2022年湛江模擬)如圖甲所示，“打彈珠”是一種常見的兒童游戲，該游戲的規(guī)則為：將手中一彈珠以一定的初速度瞬間彈出，并與另一靜止的彈珠發(fā)生碰撞，被碰彈珠若能進(jìn)入小坑中即為勝出.現(xiàn)將此游戲進(jìn)行簡化，如圖乙所示，粗糙程度相同的水平地面上，彈珠A和彈珠B與坑在同一直線上，兩彈珠間距x1＝2m，彈珠B與坑的間距x2＝1m.某同學(xué)將彈珠A以v0＝6m/s的初速度水平向右瞬間彈出，經(jīng)過時間t1＝0.4s與彈珠B正碰(碰撞時間極短)，碰后彈珠A又向前運動Δx＝0.1m后停下.已知兩彈珠的質(zhì)量均為2.5g，重力加速度g取10m/s2，若彈珠A、B與地面間的動摩擦因數(shù)均相同，并將彈珠的運動視為滑動，求：(1)碰撞前瞬間彈珠A的速度大小以及彈珠與地面間的動摩擦因數(shù)μ；(2)兩彈珠碰撞瞬間的機(jī)械能損失，并判斷該同學(xué)能否勝出.

考點2反沖運動[能力考點]1.反沖運動的三點說明作用原理反沖運動是系統(tǒng)內(nèi)物體之間的作用力和反作用力產(chǎn)生的效果動量守恒反沖運動中，系統(tǒng)不受外力或內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，所以反沖運動遵循動量守恒定律機(jī)械能增加反沖運動中，由于有其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以系統(tǒng)的總機(jī)械能增加

1.一輛小車靜置于光滑水平面上.車的左端站著一名警察進(jìn)行實戰(zhàn)射擊訓(xùn)練，車的右端有一個靶.若從警察手槍中每次發(fā)射出的子彈都鑲在靶里，最終發(fā)射了10顆子彈，則關(guān)于小車的運動情況，下列說法中錯誤的是(

)A.小車先向左運動，后向右運動，最后保持向右勻速運動子B.小車先向左運動又向右運動，最后回到原位置停下C.小車一直向左運動下去D.每發(fā)射一顆子彈，小車要向左運動一段距離然后停下【答案】D

【解析】車槍人與子彈組成的系統(tǒng)動量守恒，開始系統(tǒng)靜止，總動量為零，發(fā)射子彈后，子彈動量向右，由動量守恒定律可知，車的動量向左，車向左運動，從發(fā)射子彈到子彈鑲在靶里過程，系統(tǒng)動量守恒，由于初動量為零，則子彈鑲在靶中后，系統(tǒng)總動量為零，車停下，故D正確.2.三輪高壓清洗車是一種輕便的環(huán)保清潔設(shè)備，它主要用于人行道、輔道、路沿石、背街小巷、垃圾分類投放點等小型道路地面，也可以用來清理小廣告“牛皮癬”.如圖所示，一高壓清洗設(shè)備噴口的出水速度為100m/s，噴口直徑為1mm，已知ρ水＝1.0g/cm3，則此設(shè)備噴口的出水壓強(qiáng)p壓和人給噴槍的力F人約為(

)A.2.0×105Pa，1NB.1.0×107Pa，8NC.2.0×103Pa，1600ND.1.0×103Pa，800N【答案】B

考點3動量與能量的綜合問題[能力考點]1.三大觀點對比物理方法意義規(guī)律表達(dá)式應(yīng)用條件動力學(xué)觀點力的瞬時作用效應(yīng)牛頓運動定律F合＝ma宏觀低速環(huán)境能量觀點力對空間的累積動能定理W合＝ΔEk都適用機(jī)械能守恒定律Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2或E1＝E2只有重力或彈力做功動量觀點力對時間的累積動量定理I＝Δp都適用動量守恒定律p1＋p2＝p1'＋p2'或p1＝p2系統(tǒng)所受的合外力為零2.求解力學(xué)綜合題的技巧(1)題目中如果要求的是始、末狀態(tài)的量，而它們又滿足守恒條件，這時應(yīng)優(yōu)先運用守恒定律解題.(2)如問題涉及的除始、末狀態(tài)外，還有力和它的作用時間，可優(yōu)先選用動量定理.(3)如問題涉及的除始、末狀態(tài)外，還有力和受力者的位移，可優(yōu)先選用動能定理.(4)若題目要求加速度或要列出各物理量在某一時刻的關(guān)系式，則只能用牛頓第二定律進(jìn)行求解.(5)若過程中的力是變力(不能用牛頓第二定律了)，而且始末動量不同(又不能用動量定理)，則唯一的解題途徑就是應(yīng)用動能定理，此時變力的功可用W＝Pt求得.例3

(2022年廣東卷)某同學(xué)受自動雨傘開傘過程的啟發(fā)，設(shè)計了如圖所示的物理模型.豎直放置在水平桌面上的滑桿上套有一個滑塊，初始時它們處于靜止?fàn)顟B(tài).當(dāng)滑塊從A處以初速度v0＝10m/s向上滑動時，受到滑桿的摩擦力f＝1N，滑塊滑到B處與滑桿發(fā)生完全非彈性碰撞，帶動滑桿離開桌面一起豎直向上運動.已知滑塊的質(zhì)量m＝0.2kg，滑桿的質(zhì)量M＝0.6kg，A、B間的距離l＝1.2m，重力加速度g取10m/s2，不計空氣阻力.求：(1)滑塊在靜止時和向上滑動的過程中，桌面對滑桿支持力的大小N1和N2；(2)滑塊碰撞前瞬間的速度大小v1；(3)滑桿向上運動的最大高度h.

【答案】B

(1)求C的質(zhì)量；(2)若D在運動過程中受到的阻力F可視為恒力，求F的大??；(3)撤掉樁D，將C再次拉到圖中實線位置，然后由靜止釋放，求A、B、C的總動能最大時C的動能.

動量和能量的綜合應(yīng)用的幾種物理模型模型一

“彈簧—物塊”模型1.首先判斷彈簧的初始狀態(tài)是處于原長、伸長還是壓縮狀態(tài).2.分析碰撞前后彈簧和物體的運動狀態(tài)，依據(jù)動量守恒定律和機(jī)械能守恒定律列出方程.3.判斷解出的結(jié)果是否滿足“物理情境可行性原則”，如果不滿足，則要舍掉該結(jié)果.4.由于彈簧的彈力是變力，所以彈簧的彈性勢能通常利用機(jī)械能守恒定律或能量守恒定律求解.5.要特別注意彈簧的三個狀態(tài)：①原長——此時彈簧的彈性勢能為零；②壓縮到最短或伸長到最長——此時彈簧與連接的物體具有共同的速度，彈簧具有最大的彈性勢能，這往往是解決此類問題的突破點.例4

(2022年全國卷)如圖甲，一質(zhì)量為m的物塊A與輕質(zhì)彈簧連接，靜止在光滑水平面上.物塊B向A運動，t＝0時與彈簧接觸，到t＝2t0時與彈簧分離，第一次碰撞結(jié)束，A、B的v－t圖像如圖乙所示.已知從t＝0到t＝t0時間內(nèi)，物塊A運動的距離為0.36v0t0.A、B分離后，A滑上粗糙斜面，然后滑下，與一直在水平面上運動的B再次碰撞，之后A再次滑上斜面，達(dá)到的最高點與前一次相同.斜面傾角為θ(sinθ＝0.6)，與水平面光滑連接.碰撞過程中彈簧始終處于彈性限度內(nèi).求：(1)第一次碰撞過程中，彈簧彈性勢能的最大值；(2)第一次碰撞過程中，彈簧壓縮量的最大值；(3)物塊A與斜面間的動摩擦因數(shù).

模型二

“滑塊—滑板”模型“滑塊—滑板”模型是滑塊與長木板通過滑動摩擦力相互作用，實現(xiàn)系統(tǒng)機(jī)械能部分單向轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，弄清物理過程后，由動量守恒p1＝p2和能量守恒fs相＝ΔE列式解決.例5

(2022年河北卷)如圖，光滑水平面上有兩個等高的滑板A和B，質(zhì)量分別為1kg和2kg，A右端和B左端分別放置物塊C、D，物塊C、D的質(zhì)量均為1kg，A和C以相同速度v0＝10m/s向右運動，B和D以相同速度kv0向左運動，在某時刻發(fā)生碰撞，作用時間極短，碰撞后C與D粘在一起形成一個新滑塊，A與B粘在一起形成一個新滑板，物塊與滑板之間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.1.重力加速度大小g取10m/s2.(1)若0＜k＜0.5，求碰撞后滑塊C、D形成的新滑塊的速度的大小和方向；(2)若k＝0.5，從碰撞后到新滑塊與新滑板相對靜止，新滑塊相對新滑板的位移的大小.

變式2如圖所示，靜止在光滑水平面上的木板，右端有一輕質(zhì)彈簧沿水平方向與木板相連，木板質(zhì)量M＝3kg.質(zhì)量m＝1kg的鐵塊以水平速度v0＝4m/s從木板的左端沿板面向右滑行，壓縮彈簧后又被彈回，最后恰好停在木板的左端.在上述過程中彈簧具有的最大彈性勢能為(

)A.3J B.4J C.6J D.20J【答案】A

模型三

“子彈打木塊”模型子彈打木塊模型是兩個物體相互作用，從實質(zhì)上看，子彈打木塊模型就是“碰撞模型”，當(dāng)子彈不穿出時，類似完全非彈性碰撞；子彈穿出后，類似一般碰撞；所以主要從動量與能量兩個角度列式求解.由于系統(tǒng)不受外力作用，故而遵從動量守恒定律；由于相互作用力做功，故系統(tǒng)或每個物體動能均發(fā)生變化：力對“子彈”做的功量度“子彈”動能的變化；力對“木塊”做的功量度“木塊”動能的變化；一對恒力做的總功量度系統(tǒng)動能的變化，并且這一對恒力做功的大小可用一個恒力的大小與兩物體相對位移大小的乘積來計算，即阻力和相對位移的乘積等于摩擦生的熱