第1章 动量及其守恒定律 章末整合提升-（教师WORD）2021-2022学年高中物理【精讲精练】鲁科版选择性必修 第一册 新课标辅导

动量及其守恒定律 一、用动量定理处理连续流体问题(科学态度与责任) 　在采煤方法中，有一种方法是用高压水流将煤层击碎而将煤采下。今有一采煤高压水枪，设水枪喷水口横截面积S＝6 cm2，由枪口喷出的高压水流流速为v＝60 m/s，设水的密度ρ＝1×103 kg/m3，水流垂直射向煤层并原速弹回，试求煤层表面可能受到的最大平均冲击力。 [解析]　设在Δt内射到煤层上的水的质量为m，则m＝ρSvΔt，设煤层对水的平均冲击力为FN，规定FN的方向为正方向，由动量定理得 FNΔt＝ρSv2Δt－(－ρSv2Δt)＝2ρSv2Δt 故FN＝2ρSv2＝2×1×103×6×10－4×602 N ＝4.32×103 N 由牛顿第三定律知煤层受到的平均冲击力大小为4.32×103 N，这即是煤层受到的最大平均冲击力。 [答案]　4.32×103 N 核心素养·思维升华 　　应用动量定理分析连续体相互作用问题的方法是微元法，具体步骤为： (1)确定一小段时间Δt内的连续体为研究对象。 (2)写出Δt内连续体的质量Δm与Δt的关系式。 (3)分析连续体的受力情况和动量变化。 (4)应用动量定理列式、求解。 1．飞船在飞行过程中有很多技术问题需要解决，其中之一就是当飞船进入宇宙微粒尘区时如何保持飞船速度不变的问题。我国科学家已将这一问题解决，才使得“神舟五号”载人飞船得以飞行成功。假如有一宇宙飞船，它的正面面积为S＝0.98 m2，以v＝2×103 m/s的速度进入宇宙微粒尘区，尘区每1 m3空间有一微粒，每一微粒平均质量m＝2×10－4 g，若要使飞船速度保持不变，飞船的牵引力应增加多少？(设微粒与飞船相碰后附着到飞船上) 解析　由于飞船速度保持不变，因此增加的牵引力应与微粒对飞船的作用力相等，据牛顿第三定律知，此力也与飞船对微粒的作用力相等。只要求出时间t内微粒的质量，再由动量定理求出飞船对微粒的作用力，即可得到飞船增加的牵引力。 时间t内附着到飞船上的微粒质量为 M＝m·S·vt 设飞船对微粒的作用力为F，由动量定理得 Ft＝Mv＝mSvt·v，即F＝mSv2， 代入数据解得F＝0.784 N。 由牛顿第三定律得，微粒对飞船的作用力为0.784 N，故飞船的牵引力应增加0.784 N。 答案　0.784 N 二、动量守恒定律应用中的临界问题(科学思维) 　甲、乙两小孩各乘一辆小车在光滑水平面上匀速相向行驶，速度均为6 m/s。甲车上有质量为m＝1 kg的小球若干个，甲和他的车及所带小球的总质量为M1＝50 kg，乙和他的车总质量为M2＝30 kg。现为避免相撞，甲不断地将小球以相对地面16.5 m/s的水平速度抛向乙，且被乙接住。假设某一次甲将小球抛出且被乙接住后刚好可保证两车不致相撞，此时： 图1-1 (1)两车的速度各为多少？ (2)甲总共抛出了多少个小球？ [审题指导] 关键词 信息 甲将小球抛出且被乙接住后刚好可保证两车不致相撞 甲和小车与乙和小车具有共同速度 甲不断地将小球以相对地面16.5 m/s的水平速度抛向乙 每一个小球被乙接收后，求出最终的动量变化 [解析]　两车刚好不相撞的条件是某次甲抛出球后的速度与乙接住该球后的速度相等。无论是甲抛球的过程，还是乙接球的过程，或是整个过程动量均守恒。 (1)甲、乙两小孩及两车组成的系统总动量守恒，沿甲车的运动方向，甲不断抛球、乙接球后，当甲和小车与乙和小车具有共同速度时，可保证刚好不撞，设共同速度为v，则： M1v1－M2v1＝(M1＋M2)v v＝v1＝×6 m/s＝1.5 m/s (2)这一过程中乙小孩及车的动量变化为 Δp＝30×6－30×(－1.5)kg·m/s＝225 kg·m/s 每一个小球被乙接住后，最终的动量变化为 Δp1＝(16.5×1－1.5×1)kg·m/s＝15 kg·m/s 故小球个数为n＝＝＝15(个)。 [答案]　(1)1.5 m/s　1.5 m/s　(2)15个 核心素养·思维升华 　　解决相互作用物体系统的临界问题时，应处理好下面两个方面的问题： 1.寻找临界状态 题设情景中看是否有相互作用的两物体相距最近、恰好滑离、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。 3.常见类型 (1)涉及弹簧类的临界问题 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或拉伸到最长时，弹簧两端的两个物体的速度必然相等。 (2)涉及相互作用边界的临界问题 在物体滑上斜面(斜面放在光滑水平面上)的过程中，由于物体间弹力的作用，斜面在水平方向上将做加速运动，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，物体到达斜面顶端时