高中物理二轮总复习教案:动量与能量汇总(DOC 11页).doc
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1、命题点3 动量与能量本类考题解答锦囊 解答“动量与能量”一类试题,应了解以下内容: 利用动量知识和机械能知识解决问题的一般思路, 1认真审题明确题目所述的物理情境,确定研究对象 2分析对象受力及运动状态和运动状态变化的过程,作出草图 生根据运动状态变化的规律确定哪一个过程动量守恒,哪一个过程机械能守恒,然后根据题意选择合适的始末状态,列守恒关系式,一般这两个守恒定律多用于求某状态的速度 4根据选择的定律列式,有时还需挖掘题目的其他条件(如潜在条件、临界条件、几何关系等)列补充方程 5代入数据(统一单位)计算结果 特别应注意解题过程中表达思想的过程,注意写出每一步必要的文字说明 I 高考最新热门
2、题 1 (典型例题)有一炮竖直向上发射炮弹,炮弹的质量为M=6.0kg(内含炸药的质量可以忽略不计),射出的初速度vo=6.0ms,当炮弹到达最高点时爆炸为沿水平方向运动的两片,其中一片质量为m=4.0 kg现要求这一片不能落到以发射点为圆心、以R=600 m为半径的圆周范围内,则刚爆炸完时两弹片的总动能至少多大?(g=10ms2,忽略空气阻力)命题目的与解题技巧:本题考查平抛运动的规律、动量守恒定律等知识,考查考生运用所学知识分析物理情境并综合求解的能力 本题的物理过程可分为炮弹竖直上抛、炮弹爆炸、两弹片做平抛运动三个阶段,要使大弹片(m=4 kg)落在半径为R的圆周以外,即要求其做平抛运动
3、的水平位移要大于只,由竖直上抛运动可求出高度H.再运用平抛规律求大弹片水平位移为临界值R时的初速度v,根据动量守恒定律可解得小弹片的初速度v,最后运用动能公式求炮弹刚爆炸后两弹片的总动能 Ek. 解析 设炮弹上升到达最高点的高度为H,根据匀变速直线运动规律,有 设质量为m的弹片刚爆炸后的速度为v,另一块的速度为 v,根据动量守恒定律,有 mv=(M-m)v 设质量为m的弹片运动的时间为t,根据平抛运动规律,有 R=vt 炮弹刚爆炸后,两弹片的总动能 解以上各式得 代入数值得Ek=6.0104J 答案 6.0104J 2 (典型例题)在光滑水平地面上有两个相同的弹性小球A、B,质量都为m,现B球
4、静止,A球向B球运动,发生正碰已知碰撞过程中总机械能守恒,两球压缩最紧时的弹性势能为Ep,则碰前A球的速度等于 * C 指导:本题考查考生对弹性碰撞的过程和瞬时状态的分析理解 B两球发生正碰的过程中,弹簧被压缩到最短的瞬间,两球有共同速度,设A球的初速度为v0,两球共同速度为v,由动量守恒和机械能守恒列出方程:mv0=2mv,m=2mv2+Ep解两式得v0=,故C项对. 3 (典型例题)对于两物体碰撞前后速度在同一直线上,且无机械能损失的碰撞过程,可以简化为如下模型:A、B两物体位于光滑水平面上,仅限于沿同一直线运动当它们之间的距离大于等寸;某一定值d时,相互作用力为零;当它们之间的距离小于d
5、时,存在大小恒为F的斥力 设A物体质量m1=1.0kg开始时静止在直线上某点;B物体质量m2=3.0kg,以速度vo从远处沿该直线向A运动,如图12-3-1所示若d=0.10 m,G=0.60 N,vo=0.20 ms求: (1)相乓-作用过程中A、B加速度的大小; (2)从开始相互作用到A、B间的距离最小时,系统(物体组)动能的减少量; (3)A、B间的最小距离*(1)060m/s2 020m/s2 (2)0015J (3)0075 m指导:考查考生应用动量守恒定律、牛顿第二定律和运动学有关公式,解答两个物体碰撞前后的运动状态变化的有关问题(1)a1= a2=(2)两者速度相同时,距离最近,
6、由动量守恒 m2V0=(m1+m2)=v Ek=(3)根据匀变速直线运动规律 v1=a1t v2=v0-a2t 当v1=v2时解得A、B两者距离最近时所用时间t=025s s1=a1t2 s2=v0t-a2t2 s=s1+ds2将t=025 s代入,解得A、B间的最小距离min=075 m 4 (典型例题)柴油打桩机的重锤由气缸、活塞等若干部件组成,气缸与活塞间有柴油与空气的混合物有重锤与桩碰撞的过程中,通过压缩使混合物燃烧,产生高温高压气体,从而使桩向下运动,锤向上运动现把柴油打桩机和打桩过程简化如下:柴油打桩机重锤的质量为m,锤在桩帽以卜高度为h处如图12-3-2甲)从静止开始沿竖立轨道自
7、由落下,打在质量为M(包括桩帽)的钢筋混凝上桩子上同时,柴油燃烧,产生猛烈推力,锤和桩分离,这一过程的时间极短,随后,桩在泥上中向F移动一距离l.已知锤反跳后到达最高点时,锤与已停下的桩幅之间的距离也为h(如图12-3-2乙)已知m=1.0103 kg,M=2.0 103kg,h=2.0m,l=0.20m,重力加速度g=10ms2,混合物的质量不计设桩向下移动的过程中泥土对桩的作用力F是恒力,求此力的大小答案:21105N 指导:考查考生应用动量守恒定律、功能关系和有关运动学规律解决打桩机打桩过程的这一实验问题的能力锤自由下落,碰桩前速度v1向下,碰后,已知锤上升高度为(h-l),故刚碰后向上
8、的速度为 v2= 设碰后桩的速度为y,方向向下,由动量守恒, mv1=MVmv2 桩下降的过程中,根据功能关系,MV2+Mgl=Fl由、式得 代入数值,得F=21 105N 5 (典型例题)(1)(如图12-3-3甲),往光滑水平长直轨道上,放着一个静止的弹簧振子,它山一轻弹簧两端各联结一个小球构成,两个小球质量相等,现突然给左端小球一个向右的速度vo,求弹簧等一次恢复到自然长度时,每个小球的速度(2)(如图12-3-3乙),将N个这样的振子放在该轨道上,最左边的振子1被压缩至弹簧为某一长度后锁定,静止在适当位置上,这时它的弹性势能力Eo,其余各振子间都有一定的距离,现解除对振子1的锁定,任其
9、自由运动运动,当它第一次恢复到自然长度时,刚好与振子2碰撞,此后,继续发生系列碰撞,每个振广被碰后刚好邢是在弹簧第一次恢复到门然长度时与下一个振子相碰,求所有可能的碰撞都发生后,每个振子弹性势能的最大值已知本题中两球发生碰撞时,速度交换,即一球碰后的速度等于另一球碰前的速度答案:(1)u1=0,u2=u0 (2)振子1和振子/V弹性势能的最大值均为指导:本题考查的知识是动量守恒定律和机械能守恒定律,主要考查考生独立地分析问题、总结规律及运用规律的能力,以及运用数学求解并且能从物理的角度分析取舍的能力第(1)问中,对弹簧振子的初状态和弹簧恢复原长时的状态列出动量守恒方程和机械能守恒方程,联立求解
10、得的是两解,根据题意,求弹簧第一次恢复原长时的状态,分析物理过程取其中一解第(2)问中,中间许多弹簧振子的运动过程实质就是第(1)问中弹簧振子所求过程的依次重复,由于交换速度,最终中间弹簧振子都处于静止状态,振子1、2相碰后,初动量大小相等,这以后振子1在向左运动的过程中,弹簧压缩到最短或拉长到最长的状态时,它两边的小球有共同的速度,此时弹簧具有最大的弹性势能,当振子/V被碰后,初始状态与振子2相同,这以后也会有把弹簧压缩到最短或拉长到最长的状态,所以,所有的碰撞都有发生后,振子1和振子N存在弹性势能的最大值(1)设每个小球质量为m,以v1,v2分别表示弹簧恢复到自然长度时左右两端小球的速度,
11、由动量守恒和能量守恒定律mv1+mv2=mv0(以向右为速度正方向)解得v1=v0,v2=0或v1=0,v2=v0由于振子从初始状态到弹簧恢复到自然长度的过程中,弹簧一直是压缩状态,弹性力使左端小球持续减速,使右端小眯持续加速,因此应该取解:v1=0,v2=vo (2)以v1,v1,分别表示振子1解除锁定后弹簧恢复到自然长度时左右两小球的速度,规定向右为速度的正方向,由动量守恒和能量守恒定律mv1+mv2=mv0解得:v1=v0,v2=0或v1=v0由于振子从初始状态到弹簧恢复到自然长度的守程中,弹簧一直是压缩状态,弹性力使左端小球向左加速,右端小球向右加速,故应取解:v1=0,v2=v0(2
12、)以v1,v1分别表示振子1解除锁定后弹簧恢复到自然长度时左右两小球的速度,规定向右两小球的速度,规定向右为速度的正方向,由动量守恒和能量守恒定律.在这一守程中弹簧一越是是压缩状态,弹性力使左端小球左加速,右端小向右速,故应取解:振子1与振子2碰撞后,由于交换速度,振子1左端小球速度变为0,左端小球速度仍为v1,此后两小球都向左运动,当它们向左的速度相同时,弹簧被拉伸至最长,弹性势能最大,设此速度,根据动量守恒定律, 2mv10=mv1用E1表示最大弹性势能,由能量守恒有解得:振子2被碰撞后瞬间,左端小球速度为,右端小球速度为0,以后弹簧被压缩,当弹簧再恢复到自然长度时,根据(1)题结果,左端
13、小球速度。v2=0,右端小球速度与振子3碰撞,由于交换速度,振子2右端小球速度变为0,振子2静止,弹簧为自然长度,弹性势能为E2=0同样分析可得E2=E3=EN-1=0振子N被碰撞后瞬间,左端小球速度 右端小球速度为0,弹簧处于自然长度,此后两小球都向右运动,弹簧被压缩,当它们向右速度相同时,弹簧被压缩至最短,弹性势能最大,设此时速度为vNO,根据动量守恒定律,2mvNO=mvN-1用EN表示最大弹性势能,根据能量守恒,有解得: 题点经典类型题 1 (典型例题)光滑的水平面上,用弹簧相连接的质量均匀为2 kg的A、B两物体都以6 ms速度向右运动,弹簧处于原长质量为4kg的物体c静止前方如图1
14、2-3-4所示,B与C发生相碰后合在一起运动,在以后的运动中,弹簧的弹性势能最大值为多少?此时A的速度是多少? 命题目的与解题技巧:BC碰撞过程及AB间弹簧压缩过程动量一直守恒,但在碰撞过程机械能要减少,所以不可以对全过程用机械能守恒 解析 根据题意,B与C相碰后两者具有共同速度v,弹力还未影响A,故A的速度仍然为vo,由动量守恒定律有: (mA+mB)vo=(mB+mC)u+mAvo 解得: 在以后的运动中,B与C的速度逐渐增加,A的速度逐渐减小,当三个滑块的速度相等时,弹簧压缩量最大,即弹性势能达到最大值设为Ep.由动量守恒定律: 则,此时A的速度vA=3ms 由机械能守恒定律 解得: 答
15、案 最大弹性势能为12J,此时vA=3 ms 2 (典型例题)如图12-3-5所示,光滑水平面上有一辆小车质量为M,小车上表面水平,其中AB段光滑,BC段粗糙,小车左端有一块挡板,挡板上连有一根较短的轻弹簧,将质量为m的一个小铁块放在车的左端,压缩弹簧到一定程度后,使小车和铁块都处于静止状态第一次将小车固定,释放小铁块,小铁块滑到C点恰好停住,第二次将弹簧压缩到同样程度后,将小车和铁块同时从静止释放,则下列说法正确的是 A.铁块一定能冲出小车 B铁块在滑到C点之前就停止滑动 C.铁块一定仍然滑到C点停止滑动D若AB的长度大于BC的长度,铁块将冲出小车答案: C 指导:滑动摩擦力做功,把其他形式
16、的能转化为内能,这个能量的大小与相对位移有关:F滑F相=Q第一种情况EP=Q,第二种情况,由于原来二物体都静止,所以弹簧弹开后弹性势能EP全部转化成了一物体的动能当二物体静止时,摩擦所的热量与第一种情部相同,因而还在C点停止滑动3 (典型例题)两块小木块A和B中间夹着一轻质弹簧,用细线捆在一起,放在光滑的水平台面上,将细线烧断,木块A、B被弹簧弹出,最后落在水平地面上,落地点平台边缘的水平距离分别为lA=1 m,lB=2 m,如图12-3-6所示,则以下说法错误的是A.木块A、B离开弹簧时的速度大小之比vA:vB=1:2 B木块A、B的质量之比mA:mB=2:1 C.木块A、B离开弹簧时的动能
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