高考物理复习:动量守恒定律
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高考物理一轮总复习考点突破:考点2 动量守恒定律在电磁感应中的应用(能力考点·深度研析)光滑的平行导轨示意图质量m b=m a电阻r b=r a长度L b=L a力学观点杆b受安培力做变减速运动,杆a受安培力做变加速运动,稳定时,两杆的加速度均为零,以相等的速度匀速运动运动图像能量观点系统动能的减少转化为内能动量观点两杆组成的系统动量守恒(2023·全国甲卷)如图,水平桌面上固定一光滑U形金属导轨,其平行部分的间距为l,导轨的最右端与桌子右边缘对齐,导轨的电阻忽略不计。
导轨所在区域有方向竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。
一质量为m、电阻为R、长度也为l的金属棒P静止在导轨上。
导轨上质量为3m的绝缘棒Q位于P的左侧,以大小为v0的速度向P运动并与P发生弹性碰撞,碰撞时间很短。
碰撞一次后,P和Q先后从导轨的最右端滑出导轨,并落在地面上同一地点。
P在导轨上运动时,两端与导轨接触良好,P与Q始终平行。
不计空气阻力。
求:(1)金属棒P滑出导轨时的速度大小;(2)金属棒P在导轨上运动过程中产生的热量;(3)与P碰撞后,绝缘棒Q在导轨上运动的时间。
[解析](1)由于绝缘棒Q与金属棒P发生弹性碰撞,根据动量守恒和机械能守恒可得3mv 0=3mv Q +mv P12×3mv 20=12×3mv 2Q +12mv 2P 联立解得v P =32v 0,v Q =12v 0 由题知,碰撞一次后,P 和Q 先后从导轨的最右端滑出导轨,并落在地面上同一地点,则金属棒P 滑出导轨时的速度大小为v P ′=v Q =12v 0。
(2)根据能量守恒有12mv 2P =12mv P ′2+Q 解得Q =mv 20。
(3)P 、Q 碰撞后,对金属棒P 分析,根据动量定理得-B I l Δt =mv P ′-mv P 又q =I Δt ,I =E R =ΔΦR Δt =Blx R Δt 联立可得x =mv 0R B 2l 2由于Q 为绝缘棒,无电流通过,做匀速直线运动,故Q 运动的时间为t =x v Q =2mR B 2l 2。
高中物理必备知识点:动量守恒定律及其应用总结第二课时动量守恒定律及其应用第一关:基本关与高考前景基础知识一、动量守恒定律知识解释(1)内容:一个系统不受外力或者所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变.(2)数学表达式①p=p′.也就是说,系统相互作用前的总动量P等于相互作用后的总动量P',如果有两个相互作用的物体,通常写为:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'② δp=p′-p=0。
即系统总动量的增量为零.③δp1=-δp2.也就是说,相互作用系统中的物体被分成两部分,其中一部分动量的增量等于另一部分动量的增量,且方向相反(3)动量守恒定律成立的条件内力不会改变系统的总动量,而外力可以改变系统的总动量。
在以下三种情况下,可以使用动量守恒定律:①系统不受外力或所受外力的矢量和为零.② 系统上的外力远小于系统的内力。
例如,在碰撞或爆炸的瞬间,外力可以忽略③系统某一方向不受外力或所受外力的矢量和为零,或外力远小于内力,则该方向动量守恒(分动量守恒).灵活的学习和应用1.如图所示,a、b两物体的质量ma>mb,中间用一段细绳相连并在一被压缩的弹簧,放在平板小车c上后,a、b、c均处于静止状态.若地面光滑,则在细绳被剪断后,a、b从c上未滑离之前,a、b在c上向相反方向滑动过程中()a、如果a、B和C之间的摩擦力相同,由a和B组成的系统的动量守恒,由a、B和C组成的系统的动量也守恒b.若a、b与c之间的摩擦力大小不相同,则a、b组成的系统动量不守恒,a、b、c组成的系统动量也不守恒c、如果a、B和c之间的摩擦力不同,由a和B组成的系统的动量不守恒,但由a、B和c组成的系统的动量守恒d.以上说法均不对分析:当两个物体a和B形成一个系统时,弹簧力是内力,a、B和C之间的摩擦力是外力。
当a、B和C之间的摩擦力相反时,由a和B组成的系统的合力为零,动量守恒;当a、B和C之间的摩擦力不相等时,由a和B组成的系统上的组合外力不为零,对于由a、B和C组成的系统,动量不守恒,因为弹簧的弹性力以及a和B和C之间的摩擦力都是内力,无论a和B之间的摩擦力,B和C是否相等,由a、B和C组成的系统的合力为零,动量守恒,因此选项a和C是正确的,选项B和D是错误的答案:ac注:(1)动量守恒的条件是系统不受外力或组合外力为零。
易错点15 动量守恒定理及其应用易错总结1.动量守恒定律的条件:系统所受的总冲量为零不受力、所受外力的矢量和为零或外力的作用远小于系统内物体间的相互作用力),即系统所受外力的矢量和为零。
(碰撞、爆炸、反冲的过程均可近似认为动量守恒)2,某一方向上动量守恒的条件:系统所受外力矢量和不为零,但在某一方向上的合力为零,则系统在这个方向上动量守恒。
必须注意区别总动量守恒与某一方向上动量守恒。
3,完全非弹性碰撞:两物体碰撞后获得共同速度,动能损失最多且全部通过形变转化为内能,但动量守恒。
4,弹性碰撞:动量守恒,碰撞前后系统总动能相等。
5.一般碰撞:有完整的压缩阶段,只有部分恢复阶段,动量守恒,动能减小。
6,人船模型—两个原来静止的物体(人和船)发生相互作用时,不受其他外力,对这两个物体组成的系统来说,动量守恒,且任一时刻的总动量均为零,由动量守恒定律,有2211v m v m (注意利用几何关系解决位移问题)。
(人船模型:人从右向左由船头走向船尾)7,能量与动量不能混为一谈,能量是标量,动量是矢量,且两者的公式、定义均不相同。
8.求变力冲量(1)若力与时间呈线性关系,可用于平均力求变力的冲量;(2)若给出了力随时间变化的图像如图,可用面积法求变力冲量。
9.在研究反冲问题时,注意速度的相对性:若物体间的相对速度已知,应转化为对地速度。
解题方法一、动量守恒定律1.动量守恒定律的推导如图所示,光滑水平桌面上质量分别为m1、m2的球A、B,沿着同一直线分别以v1和v2的速度同向运动,v2>v1.当B球追上A球时发生碰撞,碰撞后A、B两球的速度分别为v1′和v2′.设碰撞过程中两球受到的作用力分别为F1、F2,相互作用时间为t.根据动量定理:F1t=m1(v1′-v1),F2t=m2(v2′-v2).因为F1与F2是两球间的相互作用力,根据牛顿第三定律知,F1=-F2,则有:m1v1′-m1v1=-(m2v2′-m2v2)即m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′2.动量守恒定律的理解(1)动量守恒定律的成立条件①系统不受外力或所受合外力为零.②系统受外力作用,但内力远远大于合外力.此时动量近似守恒.③系统所受到的合外力不为零,但在某一方向上合外力为零(或某一方向上内力远远大于外力),则系统在该方向上动量守恒.(2)动量守恒定律的性质①矢量性:公式中的v1、v2、v1′和v2′都是矢量,只有它们在同一直线上,并先选定正方向,确定各速度的正、负(表示方向)后,才能用代数方法运算.②相对性:速度具有相对性,公式中的v1、v2、v1′和v2′应是相对同一参考系的速度,一般取相对地面的速度.③普适性:动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统.二、动量守恒定律的应用1.动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义:(1)p=p′:系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′:相互作用的两个物体组成的系统,作用前动量的矢量和等于作用后动量的矢量和.(3)Δp1=-Δp2:相互作用的两个物体组成的系统,一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反.(4)Δp=0:系统总动量增量为零.2.应用动量守恒定律的解题步骤:【易错跟踪训练】易错类型1:不明白规律内涵、外延1.(2021·全国高三专题练习)下列关于碰撞的理解正确的是()A.碰撞是指相对运动的物体相遇时,在极短时间内它们的运动状态发生了显著变化的过程B.在碰撞现象中,一般内力都远大于外力,所以可以认为碰撞时系统的动能守恒C.如果碰撞过程中机械能守恒,这样的碰撞叫做非弹性碰撞D.微观粒子的相互作用由于不发生直接接触,所以不能称其为碰撞【答案】A【详解】AB.碰撞是十分普遍的现象,它是相对运动的物体相遇时在极短时间内运动状态发生显著变化的一种现象,一般内力远大于外力,系统动量守恒,A正确,B错误。
第六章 碰撞与动量守恒定律动量守恒定律及三类模型【考点预测】1.动量守恒的条件2.动量守恒的简单应用3.子弹打木块问题4.爆炸反冲问题5.人船模型问题【方法技巧与总结】一、动量守恒定律1.内容如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变.2.表达式(1)p=p′,系统相互作用前总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.(3)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的变化量等大反向.(4)Δp=0,系统总动量的增量为零.3.适用条件(1)理想守恒:不受外力或所受外力的合力为零.(2)近似守恒:系统内各物体间相互作用的内力远大于它所受到的外力.(3)某一方向守恒:如果系统在某一方向上所受外力的合力为零,则系统在这一方向上动量守恒.二、“三类”模型问题1.“子弹打木块”模型(1)“木块”放置在光滑的水平面上①运动性质:“子弹”对地在滑动摩擦力作用下做匀减速直线运动;“木块”在滑动摩擦力作用下做匀加速直线运动.②处理方法:通常由于“子弹”和“木块”的相互作用时间极短,内力远大于外力,可认为在这一过程中动量守恒.把“子弹”和“木块”看成一个系统:a.系统水平方向动量守恒;b.系统的机械能不守恒;c.对“木块”和“子弹”分别应用动能定理.(2)“木块”固定在水平面上①运动性质:“子弹”对地在滑动摩擦力作用下做匀减速直线运动;“木块”静止不动.②处理方法:对“子弹”应用动能定理或牛顿第二定律.2.“反冲”和“爆炸”模型(1)反冲①定义:当物体的一部分以一定的速度离开物体时,剩余部分将获得一个反向冲量,这种现象叫反冲运动.②特点:系统内各物体间的相互作用的内力远大于系统受到的外力.实例:发射炮弹、发射火箭等.③规律:遵从动量守恒定律.(2)爆炸问题爆炸与碰撞类似,物体间的相互作用时间很短,作用力很大,且远大于系统所受的外力,所以系统动量守恒.如爆竹爆炸等.3.“人船模型”问题(1)模型介绍两个原来静止的物体发生相互作用时,若所受外力的矢量和为零,则动量守恒.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.这样的问题即为“人船模型”问题.(2)模型特点①两物体满足动量守恒定律:m1v1-m2v2=0.②运动特点:人动船动,人静船静,人快船快,人慢船慢,人左船右;人船位移比等于它们质量的反比;人船平均速度(瞬时速度)比等于它们质量的反比,即x1x2=v1v2=m2m1.③应用x1x2=v1v2=m2m1时要注意:v1、v2和x1、x2一般都是相对地面而言的.【题型归纳目录】题型一:动量守恒的判定题型二:动量守恒定律的理解和基本应用题型三:“人船”模型题型四:“子弹打木块”模型题型五:反冲和爆炸模型【题型一】动量守恒的判定【典型例题】1“世界上第一个想利用火箭飞行的人”是明朝的士大夫万户。
高考物理知识点:动量1500字动量是物理学中的重要概念,在高考物理中也是一项必学的知识点。
动量描述了物体运动的性质,是质量和速度的乘积,表示了物体运动的惯性和力的作用效果。
下面将详细介绍动量的基本概念、动量守恒定律、应用等内容,帮助大家更好地理解和掌握动量。
一、动量的基本概念:1. 动量的定义:动量(p)是物体运动的性质,是质量(m)和速度(v)的乘积,表示为p=mv。
2. 动量的量纲:国际单位制中,动量的量纲是kg·m/s。
3. 动量的方向:动量的方向与速度方向一致,是一个矢量量。
二、动量守恒定律:1. 动量守恒定律的表述:在孤立系统中,总动量不变,即系统内外力的合力为零时,系统的总动量保持不变。
2. 动量守恒定律的数学表达:ΣP = 0,即Σ(mv) = 0。
3. 动量守恒定律的应用条件:孤立系统或外力合力为零的系统。
三、动量与力的关系:1. 力的定义:力(F)是导致物体运动状态发生变化或形态发生变化的原因,是物体受到的外界作用所产生的效果。
2. 动量与力的关系:根据牛顿第二定律,力等于动量变化率的大小和方向,即F=dp/dt。
3. 弹力和冲量:弹力是单位时间内物体受到的力,也等于冲量的大小,冲量则是物体受到的力作用时间的乘积,即J=∫Fdt。
四、动量定理:1. 动量定理的表述:一个物体所受合外力的冲量等于该物体的动量变化。
2. 动量定理的数学表达:J = Δp。
3. 动量定理的应用条件:物体在力的作用下产生速度变化的过程。
五、动量守恒和碰撞:1. 完全弹性碰撞:在碰撞中,碰撞物体的总动量守恒且总动能守恒。
2. 完全非弹性碰撞:在碰撞中,碰撞物体的总动量守恒但总动能不守恒。
3. 部分弹性碰撞:在碰撞中,碰撞物体的总动量守恒但总动能损失。
六、动量在工程中的应用:1. 均匀变速机关:根据动量守恒定律,可以求解均匀变速机关的作用时间和作用力大小。
2. 动量交换机构:利用动量守恒定律,可以分析动量交换机构(如喷气发动机、火箭推进器等)的工作原理和性能。
高考一轮复习知识考点归纳 专题06 动量守恒定律【基本概念、规律】动量及动量守恒定律第1节 动量及动量定理第2节 动量守恒定律第3节 动量守恒定律的应用实验 验证动量守恒定律(1)定义:力与力作用时间的乘积.(2)公式:I=Ft ;公式适用范围:恒力冲量;(3)量性:矢量,方向与作用力方向一致;动量及动量定理冲量动量动量定理(1)定义:物体质量与速度的乘积;(2)表达式:p=mv ;(3)量性:矢量,方向与速度方向一致;(4)物理意义:反映物体运动状态(1)内容:物体合外力冲量等于物体动量变化量;(2)表达式:F ·Δt =Δp =p ′-p . (3)注意:动量定理表达式为矢量式【重要考点归纳】考点一 动量定理的理解及应用1.动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于随时间变化的力.这种情况下,动量定理中的力F 应理解为变力在作用时间内的平均值.2.动量定理的表达式F ·Δt =Δp 是矢量式,运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向,公式中的F 是物体或系统所受的合力.3.应用动量定理解释的两类物理现象(1)当物体的动量变化量一定时,力的作用时间Δt 越短,力F 就越大,力的作用时间Δt 越长,力F 就越小,如玻璃杯掉在水泥地上易碎,而掉在沙地上不易碎.(2)当作用力F 一定时,力的作用时间Δt 越长,动量变化量Δp 越大,力的作用时间Δt 越短,动量变化量Δp 越小4.应用动量定理解题的一般步骤 (1)明确研究对象和研究过程.研究过程既可以是全过程,也可以是全过程中的某一阶段. (2)进行受力分析.只分析研究对象以外的物体施加给研究对象的力,不必分析内力. (3)规定正方向.(4)写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和),根据动量定理列方程求解.考点二 动量守恒定律与碰撞 1.动量守恒定律的不同表达形式守恒条件:(1)理想守恒:系统不受外力或所受外力的合力为零,则系统动量守恒.(2)近似守恒:系统受到的合力不为零,但当内力远大于外力时,系统的动量可近似看成守恒.(3)分方向守恒:系统在某个方向上所受合力为零时,系统在该方向上动量守恒.动量守恒定律动量守恒定律动量守恒应用1.碰撞 物体间的相互作用持续时间很短,而物体间相互作用力很大的现象.2.特点 在碰撞现象中,一般都满足内力远大于外力,可认为相互碰撞的系统动量守恒.动量守恒定律的表达式:m 1v 1+m 2v 2=m 1v ′1+m 2v ′2或Δp 1=-Δp 2.1.爆炸3.反冲 人船模型(1)p=p′,系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′.(2)m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2,相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和.(3)Δp1=-Δp2,相互作用的两个物体动量的增量等大反向.(4)Δp=0,系统总动量的增量为零.2.碰撞遵守的规律(1)动量守恒,即p1+p2=p′1+p′2.(2)动能不增加,即E k1+E k2≥E′k1+E′k2或p212m1+p222m2≥p′212m1+p′222m2.(3)速度要合理.①碰前两物体同向,则v后>v前;碰后,原来在前的物体速度一定增大,且v′前≥v′后.②两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.3.两种碰撞特例(1)弹性碰撞两球发生弹性碰撞时应满足动量守恒和机械能守恒.以质量为m1、速度为v1的小球与质量为m2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有m1v1=m1v′1+m2v′2①12m1v21=12m1v′21+12m2v′22②由①②得v′1=m1-m2v1m1+m2v′2=2m1v1m1+m2结论:①当m1=m2时,v′1=0,v′2=v1,两球碰撞后交换了速度.②当m1>m2时,v′1>0,v′2>0,碰撞后两球都向前运动.③当m1<m2时,v′1<0,v′2>0,碰撞后质量小的球被反弹回来.(2)完全非弹性碰撞两物体发生完全非弹性碰撞后,速度相同,动能损失最大,但仍遵守动量守恒定律.4.应用动量守恒定律解题的步骤(1)明确研究对象,确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程);(2)进行受力分析,判断系统动量是否守恒(或某一方向上动量是否守恒);(3)规定正方向,确定初、末状态动量;(4)由动量守恒定律列出方程;(5)代入数据,求出结果,必要时讨论说明.考点三爆炸和反冲人船模型1.爆炸的特点(1)动量守恒:由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸时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,系统的总动量守恒.(2)动能增加:在爆炸过程中,由于有其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸后系统的总动能增加.(3)位移不变:爆炸的时间极短,因而作用过程中物体运动的位移很小,一般可忽略不计,可以认为爆炸后仍然从爆炸时的位置以新的动量开始运动.2.反冲(1)现象:物体的不同部分在内力的作用下向相反方向运动.(2)特点:一般情况下,物体间的相互作用力(内力)较大,因此系统动量往往有以下几种情况:①动量守恒;②动量近似守恒;③某一方向动量守恒.反冲运动中机械能往往不守恒.注意:反冲运动中平均动量守恒.(3)实例:喷气式飞机、火箭、人船模型等.3.人船模型若人船系统在全过程中动量守恒,则这一系统在全过程中的平均动量也守恒.如果系统由两个物体组成,且相互作用前均静止,相互作用后均发生运动,则由m1v1=-m2v2得m1x1=-m2x2.该式的适用条件是:(1)系统的总动量守恒或某一方向上的动量守恒.(2)构成系统的两物体原来静止,因相互作用而反向运动.(3)x1、x2均为沿动量方向相对于同一参考系的位移.实验:验证动量守恒定律1.实验原理在一维碰撞中,测出物体的质量m和碰撞前后物体的速率v、v′,找出碰撞前的动量p=m1v1+m2v2及碰撞后的动量p′=m1v′1+m2v′2,看碰撞前后动量是否守恒.2.实验方案方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出滑块质量.(2)安装:正确安装好气垫导轨.(3)实验:接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量.②改变滑块的初速度大小和方向).(4)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2.(2)安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来.(3)实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下时它们相碰.(4)测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度.(5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验.(6)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(1)测质量:用天平测出两小车的质量.(2)安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥.(3)实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动.(4)测速度:通过纸带上两计数点间的距离及时间由v=ΔxΔt算出速度.(5)改变条件:改变碰撞条件,重复实验.(6)验证:一维碰撞中的动量守恒.方案四:利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律(1)用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球.(2)按照如图所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平.(3)白纸在下,复写纸在上,在适当位置铺放好.记下重垂线所指的位置O.(4)不放被撞小球,让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次.用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置.(5)把被撞小球放在斜槽末端,让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次.用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.如图所示.(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度.将测量数据填入表中.最后代入m1OP=m1OM+m2ON,看在误差允许的范围内是否成立.(7)整理好实验器材放回原处.(8)实验结论:在实验误差范围内,碰撞系统的动量守恒.【思想方法与技巧】动量守恒中的临界问题1.滑块与小车的临界问题滑块与小车是一种常见的相互作用模型.如图所示,滑块冲上小车后,在滑块与小车之间的摩擦力作用下,滑块做减速运动,小车做加速运动.滑块刚好不滑出小车的临界条件是滑块到达小车末端时,滑块与小车的速度相同.2.两物体不相碰的临界问题两个在光滑水平面上做匀速运动的物体,甲物体追上乙物体的条件是甲物体的速度v甲大于乙物体的速度v乙,即v甲>v乙,而甲物体与乙物体不相碰的临界条件是v甲=v乙.3.涉及弹簧的临界问题对于由弹簧组成的系统,在物体间发生相互作用的过程中,当弹簧被压缩到最短时,弹簧两端的两个物体的速度相等.4.涉及最大高度的临界问题在物体滑上斜面(斜面放在光滑水平面上)的过程中,由于弹力的作用,斜面在水平方向将做加速运动.物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平方向具有共同的速度,物体在竖直方向的分速度等于零.5.正确把握以下两点是求解动量守恒定律中的临界问题的关键:(1)寻找临界状态看题设情景中是否有相互作用的两物体相距最近,避免相碰和物体开始反向运动等临界状态.(2)挖掘临界条件在与动量相关的临界问题中,临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系,即速度相等或位移相等。
高考物理2025年动量守恒知识点详解在高考物理中,动量守恒定律是一个极其重要的知识点,理解并掌握它对于解决众多物理问题至关重要。
接下来,让我们深入探讨一下动量守恒这一关键内容。
一、动量守恒定律的基本概念首先,我们要明白什么是动量。
动量(momentum)可以简单地理解为物体的质量与速度的乘积,用公式表示就是 p = mv ,其中 p 表示动量,m 是物体的质量,v 是物体的速度。
那么,动量守恒定律又是什么呢?动量守恒定律指出:如果一个系统不受外力或者所受外力的矢量和为零,那么这个系统的总动量保持不变。
这里的“系统”可以是两个或多个相互作用的物体组成的整体。
例如,在光滑水平面上,两个质量分别为 m1 和 m2 的小球,以速度 v1 和 v2相向运动,碰撞后它们的速度分别变为 v1' 和 v2' 。
如果在碰撞过程中,没有外力作用(比如摩擦力),那么就满足动量守恒,即 m1v1 +m2v2 = m1v1' + m2v2' 。
二、动量守恒定律的条件要使一个系统动量守恒,需要满足一定的条件。
主要包括以下两种情况:1、系统不受外力作用。
这是一种理想情况,在实际问题中很少出现,但在一些简化的物理模型中会用到。
2、系统所受外力的矢量和为零。
这是更常见的情况。
需要注意的是,系统内物体之间的内力不会影响系统的总动量。
例如,刚才提到的两个小球碰撞,它们之间的相互作用力就是内力,而地面给它们的摩擦力就是外力。
三、动量守恒定律的表达式动量守恒定律的表达式有多种形式,具体取决于系统的组成和运动情况。
常见的表达式有:m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2' (这是两个物体组成的系统)对于多个物体组成的系统,可以表示为:Σmivi =Σmivi' (其中 i 表示物体的编号)在使用动量守恒定律的表达式时,要注意速度的方向。
通常规定一个正方向,与正方向相同的速度取正值,相反的速度取负值。
动量守恒定律及其应用一、动量守恒定律1.动量守恒定律的内容一个系统不受外力或者受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。
即:22112211v m v m v m v m '+'=+ 守恒是指整个过程任意时刻相等(时时相等,类比匀速) 定律适用于宏观和微观高速和低速2.动量守恒定律成立的条件⑴系统不受外力或者所受外力之和为零;⑵系统受外力,但外力远小于内力,可以忽略不计;⑶系统在某一个方向上所受的合外力为零,则该方向上动量守恒。
3.动量守恒定律的表达形式(1)22112211v m v m v m v m '+'=+,即p 1+p 2=p 1/+p 2/, (2)Δp 1+Δp 2=0,Δp 1= -Δp 24、理解:①正方向②同参同系③微观和宏观都适用5.动量守恒定律的重要意义从现代物理学的理论高度来认识,动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。
(另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。
)从科学实践的角度来看,迄今为止,人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。
5.应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法(1)分析题意,明确研究对象.在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把这些被研究的物体总称为系统.(2)要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力,哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力.在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件,判断能否应用动量守恒。
(3)明确所研究的相互作用过程,确定过程的始、末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。
注意:在研究地面上物体间相互作用的过程时,各物体的速度均应取地球为参考系。
(4)确定好正方向建立动量守恒方程求解。
二、动量守恒定律的应用1.碰撞两个物体在极短时间内发生相互作用,这种情况称为碰撞。
由于作用时间极短,一/ /般都满足内力远大于外力,所以可以认为系统的动量守恒。
高考物理复习:动量守恒定律1.A 、B 两物体在光滑水平地面上沿一直线相向而行,A 质量为5kg ,速度大小为10m/s ,B 质量为2kg ,速度大小为5m/s ,它们的总动量大小为____________kgm/s ;两者碰撞后,A 沿原方向运动,速度大小为4m/s ,则B 的速度大小为______________m/s 。
答案: 40; 10,解析:总动量m /s kg 405210521⋅=⨯-⨯=-=v M v M p B A ;碰撞过程中满足动量守恒,2121v M v M v M v M B A B A '+'=-,代入数据可得: v B =10m/s 2.2011年上海卷22A.光滑水平面上两小球a 、b 用不可伸长的松弛细绳相连。
开始时a 球静止,b 球以一定速度运动直至绳被拉紧,然后两球一起运动,在此过程中两球的总动量 (填“守恒”或“不守恒”);机械能 (填“守恒”或“不守恒”)。
答案:守恒,不守恒。
解析:本题考查动量守恒定律及机械能守恒定律。
两球在光滑水平地面上,外力和为零,故系统的总动量守恒。
由于绳子在瞬间绷紧,系统的动能将有一部分转化为热量,故机械能不守恒。
3. 质量为M 的物块静止在光滑水平桌面上,质量为m 的子弹以水平速度v 0射入物块后,以水平速度2v 0/3射出。
则物块的速度为 ,此过程中损失的机械能为 。
答案: 03mv M, ()M mv m M 1852-解析:由动量守恒定律,m v 0=m ·2v 0/3+Mv ,解得v =03mv M.由能量守恒定律,此过程中损失的机械能为△E =12m v 02-12m ·(2v 0/3)2+12Mv 2=518 m v 02 -118Mm 2 v 02。
4.两小孩在冰面上乘坐“碰碰车”相向运动。
A 车总质量为50kg ,以2m/s 的速度向右运动;B 车总质量为70kg ,以3m/s 的速度向左运动。
碰撞后,A 以1.5m/s 的速度向左运动,则B 的速度大小为________m/s ,方向向________(选填“左”或“右”)。
答案:0.5;左解析:规定向右为正方向,由动量守恒定律得B B A A B B A A v m v m v m v m '+'-=-,解得v'B = -0.5m/s所以B 的速度大小为0.5m/s ,方向向左。
5.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600 m/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 .5.7×102 kg ∙m/s C .6.0×102 kg ∙m/sD .6.3×102 kg ∙m/s【答案】A【解析】设火箭的质量为m 1,燃气的质量为m 2,根据动量守恒,m 1v 1=m 2v 2,解得火箭的动量为:P =m 2v 2=m 1v 1=30 kg ∙m/s ,所以A 正确;BCD 错误。
6. 如图,粗糙水平面上,两物体A 、B 以轻绳相连,在恒力F 作用下做匀速运动。
某时刻轻绳断开,A 在F 牵引下继续前进,B 最后静止。
则在B 静止前,A 和B 组成的系统动量_________(选填:“守恒”或“不守恒“)。
在B 静止后,A 和B 组成的系统动量 。
(选填:“守恒”或“不守恒“)【答案】守恒; 不守恒【解析】轻绳断开前,A 、B 做匀速运动,系统受到的拉力F 和摩擦力平衡,合外力等于零,即0A B F f f --=,所以系统动量守恒;当轻绳断开B 静止之前,A 、B 系统的受力情况不变,即0A B F f f --=,所以系统的动量依然守恒;当B 静止后,系统的受力情况发生改变,即A A F f m a -=,系统合外力不等于零,系统动量不守恒。
7.如图所示,方盒A 静止在光滑的水平面上,盒内有一个小滑块B ,盒的质量是滑块质量的2倍,滑块与盒内水平面间的动摩擦因数为μ;若滑块以速度v 开始向左运动,与盒的左右壁发生无机械能损失的碰撞,滑块在盒中来回运动多次,最终相对于盒静止,则此时盒的速度大小为 ;滑块相对于盒运动的路程为 。
【答案】3v 23v gμ【解析】设滑块质量为m ,则盒子的质量为2m ;对整个过程,由动量守恒定律可得:mv =3mv 共 解得v 共=3v 由能量关系可知:22113()223v mgx mv m μ=-⋅⋅ 解得:23v x gμ=8.一弹丸在飞行到距离地面5m 高时仅有水平速度v =2m/s ,爆炸成为甲、乙两块水平飞出,甲、乙的质量比为3:1。
不计质量损失,取重力加速度g =10m/s 2。
则下列图中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是【答案】B【解析】弹丸水平飞行爆炸时,在水平方向系统动量守恒,设m 乙=m ,则m 甲=3m ,故爆炸前水平方向总动量P=(3m+m )v =8m 。
而爆炸后两弹片做平抛运动,由平抛运动规律:,t v x ,t v x ,gt h 乙乙甲甲===221 选项A 中:v 甲=2.5m/s ,v 乙=0.5m/s(向左),P' =3m ×2.5+m ×(-0.5)=7m ,不满足动量守恒,A 错误; 选项B 中:v 甲=2.5m/s ,v 乙=0.5m/s ,P' ==3m ×2.5+m ×0.5=8m ,满足动量守恒,B 正确; 选项C 中:v 甲=2m/s ,v 乙=1m/s ,P' ==3m ×2+m ×1=7m ,不满足动量守恒,C 错误;选项D 中:v 甲=2m/s ,v 乙=1m/s(向左),P' ==3m ×2+m ×(-1)=5m ,不满足动量守恒,D 错误。
9.质量为m 的人站在质量为2m 的平板小车上,以共同的速度在水平地面上沿直线前行,车受地面阻力的大小与车对地面压力的大小成正比。
当车速为v 0时,人从车上以相对于地面大小为v 0的速度水平向后跳下。
跳离瞬间地面阻力的冲量忽略不计,则能正确表示车运动的v -t 图象为 答:B解析:人与平板小车以共同的速度在水平地面上沿直线前行,由于受到阻力作用,做减速直线运动;当车速为v 0时,人从车上以相对于地面大小为v 0的速度水平向后跳下瞬间,系统动量守恒,(m +2m )v 0= -m v 0+2mv ,解得v =2 v 0。
人跳离后车向前做减速直线运动,直到停止,所以能正确表示车运动的v —t 图象为B 。
10.如图所示,水平地面上固定有高为h 的平台,台面上固定有光滑坡道,坡道顶端距台面高也为h ,坡道底端与台面相切。
小球A 从坡道顶端由静止开始滑下,到达水平光滑的台面后与静止在台面上的小球B 发生碰撞,并粘连在一起,共同沿台面滑行并从台面边缘飞出,落地点与飞出点的水平距离恰好为台高的一半。
两球均可视为质点,忽略空气阻力,重力加速度为g 。
求(1)小球A 刚滑至水平台面的速度v A (2)A 、B 两球的质量之比m A :m B解析:(1)小球A 在坡道上只有重力做功机械能守恒,有gh m v m A A A =221 ① 解得 gh v A 2=②(2)小球A 、B 在光滑台面上发生碰撞粘在一起速度为v ,根据系统动量守恒得 v m m v m B A A A )(+= ③ 离开平台后做平抛运动,在竖直方向有h gt =221 ④在水平方向有vt h =21⑤ 联立②③④⑤化简得 31∶∶=B A m m 11. 如图所示,竖直平面内的四分之一圆弧轨道下端与水平桌面相切,小滑块A 和B 分别静止在圆弧轨道的最高点和最低点。
现将A 无初速度释放,A 与B 碰撞后结合为一个整体,并沿桌面滑动。
已知圆弧轨道光滑,半径R =0.2m;A 和B 的质量相等;A 和B 整体与桌面之间的动摩擦因数μ=0.2。
取重力加速度g =10m/s 2。
求: (1) 碰撞前瞬间A 的速率v ; (2) 碰撞后瞬间A 和B 整体的速率v' ; (3) A 和B 整体在桌面上滑动的距离l . 【答案】(1)2m/s (2)1 m/s (3)0.25m【解析】(1)滑块从圆弧最高点滑到最低点的过程中,根据机械能守恒定律,有212A A Am gR m v =2A v m s ==(2)滑块A 与B 碰撞,根据动量守恒定律,有()A A A B m v m m v '=+112A v v m s '==(3)滑块A 与B 粘在一起滑行,根据动能定理,有21()2A B f l m m v '⋅=+()A B f N m m g μμ==+Q又0.25l m ∴=12. 随着机动车数量的增加,交通安全问题日益凸显。
分析交通违法事例,将警示我们遵守交通法规,珍惜生命。
一货车严重超载后的总质量为49t ,以54km/h 的速率匀速行驶。
发现红灯时司机刹车,货车即做匀减速直线运动,加速度的大小为2.5m/s 2(不超载时则为5m/s 2)。
⑴若前方无阻挡,问从刹车到停下来此货车在超载及不超载时分别前进多远?⑵若超载货车刹车时正前方25m 处停着总质量为1t 的轿车,两车将发生碰撞,设相互作用0.1s 后获得相同速度,问货车对轿车的平均冲力多大?解析:(1)货车刹车时的初速是v 0=15m/s ,末速是0,加速度分别是2.5m/s 2和5m/s 2,根据位移推论式得 av S 22= 代入数据解得:超载45=S m ;不超载5.22=S m 。
(2)货车与轿车相撞时的速度为10255.22225220=⨯⨯-=-=aS v v m/s相撞时动量守恒,有 V m M Mv )(+=得 8.9=V m/s 对轿车根据动量定理有 mV ft = 解得 4108.9⨯=f N13.如图所示,水平地面上静止放置一辆小车A ,质量m A =4kg ,上表面光滑,小车与地面间的摩擦力极小,可以忽略不计.可视为质点的物块B 置于A 的最右端,B 的质量m B =2kg .现对A 施加一个水平向右的恒力F =10N ,A 运动一段时间后,小车左端固定的挡板B 发生碰撞,碰撞时间极短,碰后A 、B 粘合在一起,共同在F 的作用下继续运动,碰撞后经时间t =0.6s ,二者的速度达到v t =2m/s .求(1)A 开始运动时加速度a 的大小; (2)A 、B 碰撞后瞬间的共同速度v 的大小; (3)A 的上表面长度l . 【答案】(1)2.5m/s 2(2)1m/s (3)0.45m【解析】⑴以A 为研究对象,由牛顿第二定律有A F m a = ① 代入数据解得 a =2.5m/s 2②⑵对A 、B 碰撞后共同运动t =0.6s 的过程,由动量定理得()()A B t A B Ft m m v m m v =+-+③ 代入数据解得v =1m/s④⑶设A 、B 发生碰撞前,A 的速度为v A ,对A 、B 发生碰撞的过程,由动量守恒定律有()A A A B m v m m v =+⑤A 从开始运动到与B 发生碰撞前,由动能定理有 212A AFl m v = ⑥ 由④⑤⑥式,代入数据解得l =0.45m⑦14.如图所示,物块A 和B 通过一根轻质不可伸长的细绳连接,跨放在质量不计的光滑定滑轮两侧,质量分别为m A =2 kg 、m B =1 kg 。