专题五 动力学、动量和能量观点的综合应用-【成功方案】2024年高考物理艺术生文化课总复习教师用书(Word)

1．(1)动量定理的公式Ft＝p′－p除表明两边大小、方向的关系外，还说明了两边的因果关系，即合外力的冲量是__动量变化__的原因。 (2)动量定理说明的是合外力的冲量与__动量变化__的关系，反映了力对时间的累积效果，与物体的初、末动量无必然联系。动量变化的方向与__合外力的冲量__方向相同，而物体在某一时刻的动量方向跟合外力的冲量方向无必然联系。 动量定理公式中的F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的__合力__，它可以是恒力，也可以是变力。 2．动量守恒定律 (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)表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′或p＝p′(系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p′)；或Δp＝0(系统总动量的增量为零)；或Δp1＝－Δp2(相互作用的两个物体组成的系统，两物体动量的增量__大小相等、方向相反__)。 (3)守恒条件 ①系统不受外力或系统虽受外力但所受外力的__合力为零__。 ②系统所受外力的合力不为零，但在某一方向上系统受到的合力为__零__，则系统在该方向上动量守恒。 ③系统虽受外力，但外力远小于内力且作用时间极短，如碰撞、爆炸过程。 3．解决力学问题的三个基本观点 (1)力的观点：主要是__牛顿运动__定律和运动学公式相结合，常涉及物体的受力、加速度或匀变速运动的问题。 (2)动量的观点：主要应用__动量__定理或动量守恒定律求解，常涉及物体的受力和__时间__问题，以及相互作用物体的问题。 (3)能量的观点：在涉及单个物体的受力和位移问题时，常用动能定理分析；在涉及系统内能量的转化问题时，常用能量守恒定律。 【规律方法】 1．力学规律的选用原则 (1)单个物体：宜选用动量定理、动能定理和牛顿运动定律。若其中涉及时间的问题，应选用__动量__定理；若涉及位移的问题，应选用__动能__定理；若涉及加速度的问题，只能选用__牛顿第二定律__。 (2)多个物体组成的系统：优先考虑两个守恒定律，若涉及碰撞、爆炸、反冲等问题时，应选用动量守恒定律，然后再根据能量关系分析解决。 2．系统化思维方法，就是根据众多的已知要素、事实，按照一定的联系方式，将其各部分连接成整体的方法。 (1)对多个物理过程进行整体思维，即把几个过程合为一个过程来处理，如用动量守恒定律解决比较复杂的运动。 (2)对多个研究对象进行整体思维，即把两个或两个以上的独立物体合为一个整体进行考虑，如应用动量守恒定律时，就是把多个物体看成一个整体(或系统)。 高考题型1　动量定理和动量守恒定律的应用 【例1】　汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能的有效方法之一。设汽车在碰撞过程中受到的平均撞击力达到某个临界值F0时，安全气囊爆开。某次试验中，质量m1＝1 600 kg的试验车以速度v1＝36 km/h正面撞击固定试验台，经时间t1＝0.10 s碰撞结束，车速减为零，此次碰撞安全气囊恰好爆开。忽略撞击过程中地面阻力的影响。 (1)求此过程中试验车受到试验台的冲量I0的大小及F0的大小； (2)若试验车以速度v1撞击正前方另一质量m2＝1 600 kg、速度v2＝18 km/h同向行驶的汽车，经时间t2＝0.16 s两车以相同的速度一起滑行。试通过计算分析这种情况下试验车的安全气囊是否会爆开。 [答案]　见解析 [解析]　(1)v1＝ 36 km/h＝10 m/s，取速度v1 的方向为正方向， 由动量定理有－I0 ＝0－m1v1① 将已知数据代入①式得I0＝1.6×104 N·s② 由冲量定义有I0 ＝F0t1③ 将已知数据代入③式得F0＝1.6×105 N④ (2)设试验车和汽车碰撞后获得共同速度v， 由动量守恒定律有m1v1＋m2v2 ＝(m1＋m2)v⑤ 对试验车，由动量定理有－Ft2 ＝m1v－m1v1⑥ 将已知数据代入⑤⑥式得F＝2.5×104 N 可见F＜F0，故试验车的安全气囊不会爆开。 1．边长为l的轻绳上端固定，下端系着质量为m1的小球A，处于静止状态。A受到一个水平瞬时冲量后在竖直平面内做圆周运动，恰好能通过圆周轨迹的最高点。当A回到最低点时，质量为m2的小球B与之迎面正碰，碰后A、B粘在一起，仍做圆周运动，并能通过圆周轨迹的最高点。不计空气阻力，重力加速度为g，求 (1)A受到的水平瞬时冲量I的大小； (2)碰撞前瞬间B的动能Ek至少多大？ [答案]　(1)I＝m1　(2)Ek＝ [解析]　(1)A恰好能通过圆周轨迹的最高点，此时轻绳的拉力刚好为零，设A在最高点时的速度大小为v，由牛顿第二定律，有 m1g＝m1　　　　① A从最低点到最高点的过程中机械能守恒，取轨迹最低点处重力势能为零，设A在最低点的速度大小为vA，有 m1v＝m1v2＋2m1gl