第一章专题：动量和能量的综合应用 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

专题课 动量和能量的综合应用 第一章 动量守恒定律 人教版(2019)选修 第一册 1.利用动量和能量的观点分析“滑块—弹簧”、“滑块—1/4圆轨道”、“子弹打击木块”、“滑块-木板”等基本模型,会通过将多过程运动分解为基本模型来处理问题,知道这些基本模型的特点以及处理这些模型用到的物理规律。 2.在运动过程中针对存在制约因素情形,分析找出存在的临界(或极值)状态,挖掘相应的临界条件。 学习目标 1.(课本P3) 两小车质量分别为m1和m2,v是运动小车m1 碰撞前的速度,小车m2 碰撞前静止,v'是碰撞后两车的共同速度。求碰撞前、后两辆小车总动能减少量。 ① ② 导入新课 ① ② 2.(课本P23) 弹性碰撞实例分析——“动碰静” 思考:这两个题目所运用的规律和计算结果有无一般意义? 解得 特点: 作用时间长,相互作用力小,滑块位移显著。 模型: 一、“滑块—弹簧”模型 1 2 光滑水平面 v0 静止 弹簧单端拴接滑块 1 2 v0 原长态 光滑水平面 静止 弹簧两端拴接滑块 例题1 如图,位于光滑水平面上的小滑块1和2,质量分别为m1和m2,滑块2与轻质弹簧相连并保持静止,滑块1以初速度v0向滑块2运动并与弹簧发生碰撞。求: ⑴两滑块相距最近时,两滑块的速度和弹簧的弹性势能; ⑵两滑块刚好分离时,两滑块的速度。 F Fˊ 原长态 自接触起,在v块1>v块2 过程中:弹簧持续压缩; 至弹簧最短时:v块1=v块2 解析: 分离时:弹簧原长态, 弹性势能为零。 m1v0=(m1+m2)v共 ① ⑴设两滑块相距最近时,速度为v共, 由动量守恒得 ⑵由机械能守恒得 由①②可得 解得 ② 1 2 m1v0=m1v1'+m2v2' ③ 设滑块分离时,速度分别为v1'、v2',由动量守恒得 由机械能守恒得 由③④可得 ④ ⑶分离时:弹簧为原长态,弹性势能为零。 ⑵临界(极值)条件 ⑴遵循规律:系统动量守恒,机械能守恒。 小结 ②滑块、弹簧分离条件:弹簧恢复原长 ①滑块相距最近(最远)条件:速度相同 弹簧形变量最大,弹性势能最大;滑块加速度最大; 系统动能最小。 弹力为零,弹性势能为零。 特点: 特点: v0 m 接触面均光滑 模型:斜劈、弧面问题 特点: 系统水平方向不受力,水平方向动量守恒。 二、“滑块—1/4圆轨道”模型 轨道末端切线沿水平方向 例题2 如图所示,光滑水平面上质量为m的小球以v0的初速度冲向质量为M、静止的具有四分之一光滑圆弧面的小车,运动中小球竖直方向上没有冲出斜劈。求: ⑴小球在圆弧面上达到的最大高度。 ⑵小球返回小车最右端时,小车和小球的速度。 ⑶若m=M,当小球返回小车最右端时则情况如何? v0 m M h 解析: ⑴设小球在圆弧上上升的最大高度为h, 速度为v共,由水平方向动量守恒得 mv0=(m+M)v共 ① 由机械能守恒得 由①②可得h值。 解得 ② 思考:小球上升到最大高度时增加的重力势能是多少? ⑴系统水平方向动量守恒;系统机械能守恒。 小结 ⑵最高点条件(不飞出): ⑵设小球返回小车最右端时,小球和小车的速度分别为v'1和v'2, v0 m M h ③ ④ 由③④可得 由动量守恒有 由机械能守恒有 速度相同 m << M;内力很大;作用时间内木块的位移很小。 v0 光滑水平面 M m 特点: 模型: 三、“子弹打击木块”模型 例题3 质量为M 的木块静止在光滑的水平面上,子弹的质量为m,以v0的速度水平击中木块(未穿出),求: ⑴子弹击中木块后(未穿出),共同速度; ⑵系统损失的机械能; ⑶若子弹受到的阻力为Ff ,子弹在木块中的深度。 v0 x木 x子 l深 光滑水平面 M m 参考答案 ⑴ ⑵ ⑶ ⑴遵循规律:系统动量守恒,机械能不守恒 小结 考点: ①求热量Q ②求深度 l ③求作用时间 t ⑵产生热量: 特点 v0 光滑水平面 M m 轻轻由 静止释放 内力为μmg,作用时间长,位移显著。 模型 v0 光滑水平面 M m Ff′ 四、“滑块-木板”模型 例题4 如图,质量为M 的长木板静止在光滑水平面上,一个质量为m 的小铁块以速度v0滑上木板,木板足够长,二者间的动摩擦因素为μ,求: ⑴两者的共同速度; ⑵相对运动中系统损失的机械能; ⑶木块在木块上滑行的距离。 v0 光滑水平面 M m Ff′ 参考答案 ⑴ ⑵ ⑶ ⑴问题性质同子弹打木块(未穿出) 小结 ⑵滑块刚好不滑落条件: 速度相同时,相对位移等于板长。 实例(水平面光滑) 动碰静,能共速 分离时刻 计算达共速过程中系统损失动能时,按完全非弹性碰撞处理: 计算分离时刻速度,按完全弹性碰撞处理: 解题思路总结 1.相互作用的两个物体在很多情况下,可当做碰撞处理(广义碰撞)。 M 不滑落 未击穿 m M 思考:实例中系统损失的动能各转