【物理】2018届一轮复习苏教版第13章第1节动量动量守恒定律教案

【物理】2018届一轮复习苏教版第13章第1节动量动量守恒定律教案

节次 考纲 命题规律 第1节　动量　动量守恒定律 动量、动量守恒定律 Ⅰ ‎1.动量和动量守恒等基本概念、规律的理解，一般结合碰撞等实际过程考查；‎ ‎2．综合运用动量和机械能的知识分析较复杂的运动过程；‎ ‎3．光电效应、波粒二象性的考查；‎ ‎4．氢原子光谱、能级的考查；‎ ‎5．放射性元素的衰变、核反应的考查；‎ ‎6．质能方程、核反应方程的计算；‎ ‎7．与动量守恒定律相结合的计算.‎ 弹性碰撞和非弹性碰撞 Ⅰ 实验十三　验证动量守恒定律 第2节　光电效应　氢原子光谱 普朗克能量子假说　黑体和黑体辐射 Ⅰ 光电效应 Ⅰ 光的波粒二象性、物质波 Ⅰ 氢原子光谱、原子的能级 Ⅰ 第3节　核反应和核能 原子核式结构模型 Ⅰ 原子核的组成 Ⅰ 原子核的衰变、半衰期 Ⅰ 放射性同位素、放射性的应用与防护 Ⅰ 核反应方程 Ⅰ 核力与结合能、质量亏损 Ⅰ 裂变反应和聚变反应、链式反应 Ⅰ 第1节　动量　动量守恒定律 知识点1　动量 ‎1．定义 运动物体的质量和速度的乘积，通常用p来表示．‎ ‎2．表达式 p＝mv.‎ ‎3．单位 kg·m/s.‎ ‎4．标矢性 动量是矢量，其方向和速度方向相同．‎ 知识点2　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0，这个系统的总动量保持不变，这就是动量守恒定律．‎ ‎2．表达式 ‎(1)p＝p′，系统内力作用前总动量p等于内力作用后的总动量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．动量守恒定律的适用条件 ‎(1)不受外力或所受外力的合力为零，不是系统内每个物体所受的合外力都为零，更不能认为系统处于平衡状态．‎ ‎(2)近似适用条件：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)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．‎ 知识点3　碰撞、反冲和爆炸问题 ‎1．碰撞 ‎(1)概念：碰撞是指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，可认为相互碰撞的物体组成的系统动量守恒．‎ ‎(3)分类：‎ 动量是否守恒 机械能是否守恒 弹性碰撞 守恒 守恒 非完全弹性碰撞 守恒 有损失 完全非弹性碰撞 守恒 损失最大 ‎ 2.反冲现象 在某些情况下，原来系统内物体具有相同的速度，发生相互作用后各部分的末速度不再相同而分开．在相互作用的过程中系统的动能增大，且常伴有其他形式能向动能的转化．‎ ‎3．爆炸问题 爆炸与碰撞类似，物体间的相互作用力很大，且远大于系统所受的外力，所以系统动量守恒，爆炸过程中位移很小，可忽略不计，作用后从相互作用前的位置以新的动量开始运动．‎ 知识点4　实验：验证动量守恒定律 ‎1．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．‎ ‎2．方案二：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1311所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平．‎ 图1311‎ ‎ (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1312所示．‎ 图1312‎ ‎(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m1＝m1＋m2，看在误差允许的范围内是否成立.‎ ‎[核心精讲]‎ ‎1．动量守恒定律的“五性”‎ 矢量性 动量守恒定律的表达式为矢量方程，解题应选取统一的正方向 相对性 各物体的速度必须是相对同一参考系的速度(一般是相对于地面)‎ 同时性 动量是一个瞬时量，表达式中的p1、p2、……必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p1′、p2′、……必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量 续表 系统性 研究的对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统 普适性 动量守恒定律不仅适用于低速宏观物体组成的系统，还适用于接近光速运动的微观粒子组成的系统 ‎ 2.动量守恒定律的三种表达式及对应意义 ‎(1)p＝p′，即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)Δp＝p′－p＝0，即系统总动量的增量为0.‎ ‎(3)Δp1＝－Δp2，即两个物体组成的系统中，一部分动量的增量与另一部分动量的增量大小相等、方向相反．‎ ‎3．应用动量守恒定律的解题步骤 ‎(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．‎ ‎[题组通关]‎ ‎1．(2015·福建高考)如图1313所示，两滑块A、B在光滑水平面上沿同一直线相向运动，滑块A的质量为m，速度大小为2v0，方向向右，滑块B的质量为‎2m，速度大小为v0，方向向左，两滑块发生弹性碰撞后的运动状态是(　　) 【导学号：96622218】‎ 图1313‎ A．A和B都向左运动 B．A和B都向右运动 C．A静止，B向右运动 D．A向左运动，B向右运动 D　选向右为正方向，则A的动量pA＝m·2v0＝2mv0.B的动量pB＝－2mv0.碰前A、B的动量之和为零，根据动量守恒，碰后A、B的动量之和也应为零，可知四个选项中只有选项D符合题意．‎ ‎2．两块厚度相同的木块A和B，紧靠着放在光滑的水平面上，其质量分别为mA＝‎2.0 kg，mB＝‎0.90 kg，它们的下底面光滑，上表面粗糙，另有一质量mC＝‎0.10 kg的滑块C，以vC＝‎10 m/s的速度恰好水平地滑到A的上表面，如图1314所示．由于摩擦，滑块最后停在木块B上，B和C的共同速度为‎0.50 m/s.求：‎ 图1314‎ ‎ (1)木块A的最终速度vA；‎ ‎(2)滑块C离开A时的速度vC′.‎ ‎【解析】　C从开始滑上A到恰好滑至A的右端过程中，A、B、C组成系统动量守恒 mCvC＝(mB＋mA)vA＋mCvC′‎ C刚滑上B到两者相对静止，对B、C组成的系统动量守恒 mBvA＋mCvC′＝(mB＋mC)v 解得vA＝‎0.25 m/s vC′＝‎2.75 m/s.‎ ‎【答案】　(1)‎0.25 m/s　(2)‎2.75 m/s ‎[名师微博]‎ 两点提醒：‎ ‎1．动量守恒定律的研究对象都是相互作用的物体组成的系统．系统的动量是否守恒，与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系．‎ ‎2．分析系统内物体受力时，要弄清哪些是系统的内力，哪些是系统外的物体对系统的作用力.‎ ‎ ‎ ‎[核心精讲]‎ ‎1．碰撞现象满足的三个规律 ‎(1)动量守恒 即p1＋p2＝p′1＋p′2.‎ ‎(2)动能不增加 即Ek1＋Ek2≥E′k1＋E′k2或＋≥＋.‎ ‎(3)速度要合理 ‎①若碰前两物体同向运动，则应有v后>v前，碰后原来在前的物体速度一定增大，若碰后两物体同向运动，则应有v前′≥v后′.‎ ‎②碰前两物体相向运动，碰后两物体的运动方向不可能都不改变．‎ ‎2．对反冲现象的三点说明 ‎(1)系统内的不同部分在强大内力作用下向相反方向运动，通常用动量守恒来处理．‎ ‎(2)反冲运动中，由于有其他形式的能转变为机械能，所以系统的总机械能增加．‎ ‎(3)反冲运动中平均动量守恒．‎ ‎3．爆炸现象的三个规律 ‎(1)动量守恒 由于爆炸是在极短的时间内完成的，爆炸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，所以爆炸前后系统的总动能增加．‎ ‎(3)位置不变 爆炸的时间极短，因而作用过程中，物体产生的位移很小，一般可忽略不计，可以认为爆炸后仍然从爆炸前的位置以新的动量开始运动．‎ ‎[师生共研]‎ ‎●考向1　爆炸与反冲问题 ‎　(2014·重庆高考)一弹丸在飞行到距离地面‎5 m高时仅有水平速度v＝‎2 m/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，重力加速度g取‎10 m/s2，则下列选项中两块弹片飞行的轨迹可能正确的是(　　)‎ B　弹丸爆炸瞬间爆炸力远大于外力，故爆炸瞬间动量守恒．因两弹片均水平飞出，飞行时间t＝＝1 s，取向右为正，由水平速度v＝知，选项A中，v甲＝‎2.5 m/s，v乙＝－‎0.5 m/s；选项B中，v甲＝‎2.5 m/s，v乙＝‎0.5 m/s；选项C中，v甲＝‎1 m/s，v乙＝‎2 m/s；选项D中，v甲＝－‎1 m/s，v乙＝‎2 m/s. ‎ ‎ 因爆炸瞬间动量守恒，故mv＝m甲v甲＋m乙v乙，其中m甲＝m，m乙＝m，v＝‎2 m/s，代入数值计算知选项B正确．‎ ‎●考向2　碰撞问题分析 ‎　(2015·全国卷Ⅰ)如图1315，在足够长的光滑水平面上，物体A、B、C位于同一直线上，A位于B、C之间．A的质量为m，B、C的质量都为M，三者均处于静止状态．现使A以某一速度向右运动，求m和M之间应满足什么条件，才能使A只与B、C各发生一次碰撞．设物体间的碰撞都是弹性的．‎ 图1315‎ ‎【解题关键】‎ 关键信息 信息解读 在足够长的光滑水平面上 物体在水平面上做匀速运动 碰撞过程系统动量守恒 三者均处于静止状态，现使A以某一速度向右运动 物体A与B、C碰撞前B、C均处于静止状态 物体A先与C碰撞 物体间的碰撞都是弹性的 碰撞过程中，系统动量、动能均守恒 ‎【规范解答】　A向右运动与C发生第一次碰撞，碰撞过程中，系统的动量守恒、机械能守恒．设速度方向向右为正，开始时A的速度为v0，第一次碰撞后C的速度为vC1，A的速度为vA1.由动量守恒定律和机械能守恒定律得 mv0＝mvA1＋MvC1 ①‎ mv＝mv＋Mv ②‎ 联立①②式得 vA1＝ v0 ③‎ vC1＝ v0 ④‎ 如果m>M，第一次碰撞后，A与C速度同向，且A的速度小于C的速度，不可能与B发生碰撞；如果m＝M，第一次碰撞后，A停止，C以A碰前的速度向右运动，A不可能与B发生碰撞；所以只需考虑mm2，防止碰后m1被反弹．‎ ‎(3)探究结论：寻找的不变量必须在各种碰撞情况下都不改变．‎ ‎2．实验误差分析 ‎(1)系统误差：主要来源于装置本身是否符合要求，即：‎ ‎①碰撞是否为一维碰撞．‎ ‎②实验是否满足动量守恒的条件，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板实验是否平衡掉摩擦力等．‎ ‎(2)偶然误差：主要来源于质量m和速度v的测量．‎ ‎(3)减小误差的措施：‎ ‎①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞，且尽量满足动量守恒的条件．‎ ‎②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差．‎ ‎[题组通关]‎ ‎6．某同学利用打点计时器和气垫导轨做验证动量守恒定律的实验，气垫导轨装置如图1319甲所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架等组成．在空腔导轨的两个工作面上均匀分布着一定数量的小孔，向导轨空腔内不断通入压缩空气，空气会从小孔中喷出，使滑块稳定地漂浮在导轨上，这样就大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差．‎ 图1319‎ 下面是实验的主要步骤：‎ ‎①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；‎ ‎②向气垫导轨通入压缩空气；‎ ‎③把打点计时器固定在紧靠气垫导轨左端弹射架的外侧，将纸带穿过打点计时器和弹射架并固定在滑块1的左端，调节打点计时器的高度，直至滑块拖着纸带移动时，纸带始终在水平方向；‎ ‎④使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；‎ ‎⑤把滑块2放在气垫导轨的中间；已知碰后两滑块一起运动；‎ ‎⑥先_________________________，然后____________________________，让滑块带动纸带一起运动；‎ ‎⑦取下纸带，重复步骤④⑤⑥，选出较理想的纸带如图乙所示；‎ ‎⑧测得滑块1(包括撞针)的质量为‎310 g，滑块2(包括橡皮泥)的质量为‎205 g.‎ ‎(1)试着完善实验步骤⑥的内容．‎ ‎(2)已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，计算可知两滑块相互作用前质量与速度的乘积之和为________kg·m/s；两滑块相互作用以后质量与速度的乘积之和为________kg·m/s.(保留3位有效数字)‎ ‎(3)试说明(2)问中两结果不完全相等的主要原因是_____________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________.‎ ‎【解析】　(1)使用打点计时器时应先接通电源，后放开滑块1.‎ ‎(2)作用前滑块1的速度v1＝ m/s＝‎2 m/s，其质量与速度的乘积为0.310×‎2 kg·m/s＝‎0.620 kg·m/s，作用后滑块1和滑块2具有相同的速度v＝ m/s＝‎1.2 m/s，其质量与速度的乘积之和为(0.310＋0.205)×‎1.2 kg·m/s＝‎0.618 kg·m/s.‎ ‎(3)相互作用前后动量减小的主要原因是纸带与打点计时器的限位孔有摩擦．‎ ‎【答案】　(1)接通打点计时器的电源　放开滑块1‎ ‎(2)0.620　0.618‎ ‎(3)纸带与打点计时器的限位孔有摩擦 ‎7．(2014·全国卷Ⅱ)现利用图13110所示的装置验证动量守恒定律．在图甲中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有一弹簧片，左侧与打点计时器(图中未画出)的纸带相连；滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定一遮光片，光电计时器(未完全画出)可以记录遮光片通过光电门的时间．‎ 图13110‎ 实验测得滑块A的质量m1＝‎0.310 kg，滑块B的质量m2＝‎0.108 kg，遮光片的宽度d＝‎1.00 cm；打点计时器所用交流电的频率f＝50.0 Hz.‎ 将光电门固定在滑块B的右侧，启动打点计时器，给滑块A一向右的初速度，使它与B相碰．碰后光电计时器显示的时间为ΔtB＝3.500 ms，碰撞前后打出的纸带如图13111所示．‎ 图13111‎ 若实验允许的相对误差绝对值 最大为5%，本实验是否在误差范围内验证了动量守恒定律？写出运算过程．‎ ‎【解析】　按定义，物块运动的瞬时速度大小 v＝ ①‎ 式中Δx为物块在很短时间Δt内走过的路程．‎ 设纸带上打出相邻两点的时间间隔为ΔtA，则 ΔtA＝＝0.02 s ②‎ ΔtA可视为很短．‎ 设A在碰撞前、后瞬时速度大小分别为v0、v1.将②式和图给实验数据代入①式得 v0＝‎2.00 m/s ③‎ v1＝‎0.970 m/s ④‎ 设B在碰撞后的速度大小为v2，由①式有 v2＝ ⑤‎ 代入题给实验数据得 v2＝‎2.86 m/s ⑥‎ 设两滑块在碰撞前、后的总动量分别为p和p′，则 p＝m1v0 ⑦‎ p′＝m1v1＋m2v2 ⑧‎ 两滑块在碰撞前后总动量相对误差的绝对值为 δp＝×100% ⑨‎ 联立③④⑥⑦⑧⑨式并代入有关数据，得 δp＝1.7%<5%.‎ 因此，本实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律．‎ ‎【答案】　本实验在误差允许的范围内验证了动量守恒定律；运算过程见解析