第一章 培优课三 动量和能量的综合应用（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第一章　动量守恒定律 培优课三　动量和能量的综合应用 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 [学习目标] 1. 学会根据题意构建物理模型（物理观念）.2.会应用动 量观点和能量观点分析三类典型问题（科学思维）.3.学会运 用动量和能量的知识来分析和解释生活中的问题（科学态度与 责任）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（九） 1. 把滑块、木板看成一个整体，摩擦力为内力，在光滑水平 面上滑块和木板组成的系统动量守恒. 2. 由于摩擦生热，机械能转化为内能，系统机械能不守恒， 根据能量守恒定律，机械能的减少量等于因摩擦而产生的热 量，ΔE＝Ff·s相对，其中s相对为滑块和木板相对滑动的路程. 3. 注意：若滑块不滑离木板，则意味着二者最终具有共同速 度，机械能损失最大. 课堂　深度探究 考点1　滑块—木板类模型 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题1】如图所示，质量m1＝0.3 kg的小车静止在光滑的水 平面上，车长L＝1.5 m，现有质量m2＝0.2 kg且可视为质点的 物块，以水平向右的速度v0＝2 m/s从左端滑上小车，最后在车 上某处与小车保持相对静止.物块与车之间的动摩擦因数μ＝ 0.5，g取10 m/s2，求： （1）物块在车上滑行的时间； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）设物块与小车的共同速度为v，以水平向右的方向 为正方向，根据动量守恒定律有m2v0＝（m1＋m2）v， 设物块与车之间的滑动摩擦力为Ff，对物块应用动量定理有－ Fft＝m2v－m2v0， 又Ff＝μm2g， 联立并代入数据得t＝0.24 s. 答案：（1）0.24 s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度 v0'不超过多少. 解析：（2）要使物块恰好不从车的右端滑出，则物块到车的最右端时与小车有共同的速度，设其为v'， 则m2v'0＝（m1＋m2）v'， 由能量守恒定律有m2v＝（m1＋m2）v'2＋μm2gL， 代入数据解得v'0＝5 m/s， 故要使物体不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v'0不 超过5 m/s. 答案：（2）5 m/s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：先由动量守恒定律计算出共同速度，再根据动量改 变量结合动量定理求出时间；根据达到共速时的相对位移与初 速度的关系，代入车长求出最大初速度. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式1】如图所示，光滑水平轨道上放置长木板A（上表面粗 糙）和滑块C，滑块B置于A的左端（B、C可视为质点），三 者质量分别为mA＝2 kg、mB＝1 kg、mC＝2 kg，A与B间的动 摩擦因数为μ＝0.5.开始时C静止，A、B一起以v0＝5 m/s的速 度匀速向右运动，A与C发生碰撞（时间极短）并粘在一起， 经过一段时间，B刚好滑至A的右端而没掉下来.求长木板A的 长度.（g取10 m/s2） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：A与C碰撞过程动量守恒， 则有mAv0＝（mA＋mC）v1，解得v1＝2.5 m/s； B在A上滑行，A、B、C组成的系统动量守恒，则有 mBv0＋（mA＋mC）v1＝（mA＋mB＋mC）v2， 解得v2＝3 m/s； 由能量守恒定律得mB＋（mA＋mC）＝（mA＋mB＋ mC）＋μmBgl， 解得l＝0.5 m. 答案：0.5 m 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 子弹打木块的过程很短暂，该过程内力远大于外力，子弹 和木块组成的系统动量守恒. 2. 在子弹打木块的过程中因摩擦生热，系统机械能不守恒， 部分机械能向内能转化. 3. 若子弹不穿出木块，二者最后有共同速度，机械能损失 最大. 考点2　子弹打木块类模型 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 注意：子弹打木块模型与滑块—木板模型类似，都是通过系统 内的滑动摩擦力相互作用，由于系统所受的外力为零（或内力 远大于外力），故系统动量守恒.当子弹不穿出木块或滑块不 滑离木板时，两物体最后有共同速度，相当于完全非弹性碰 撞，机械能损失最大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题2】如图所示，在水平地面上放置一质量为m0的木块， 一质量为m的子弹以水平速度v射入木块（未穿出），若木块与 地面间的动摩擦因数为μ，求： （1）子弹射入后，木块在地面上前进的距离； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）设子弹射入木块后，二者的共同速度为v'，取子弹 的初速度方向为正方向，则有mv＝（m0＋m）v'，① 二者一起沿地面滑动，前进的距离为x， 由动能定理得－μ（m0＋m）gx＝0－（m0＋m）v'2，② 联立①②两式解得x＝. 答案：（1） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）射入的过程中，系统损失的机械能. 解析：（2）射入过程中系统损失的机械能为 ΔE＝mv2－（m0＋m）v'2， 解得ΔE＝. 答案：（2） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：子弹射入木块的过程中，由于内力远大于外力，所 以该过程子弹与木块组成的系统动量守恒，又由于子弹未穿出 木块，所以该过程可视为完全非弹性碰撞模型. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式2】如图所示，质量为M的木块静止于光滑的水平面 上，一质量为m、速度为v0的子弹水平射入木块且未穿出，设 木块对子弹的阻力恒为F，求： （1）子弹与木块相对静止时二者共同速度为多大； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）子弹与木块组成的系统动量守恒，以子弹的初速 度方向为正方向，由动量守恒定律得 mv0＝（m＋M）v， 解得v＝. 答案：（1） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）射入过程中产生的内能和子弹对木块所做的功分别为 多少； 解析：（2）由能量守恒定律可知m＝Q＋（m＋M）v2， 得产生的热量为Q＝， 由动能定理，子弹对木块所做的功为 W＝Mv2＝. 答案：（2）　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）木块至少为多长时子弹不会穿出. 解析：（3）设木块最小长度为L，由能量守恒定律得 FL＝Q， 得木块的最小长度为L＝. 答案：（3） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 对于弹簧类问题，在作用过程中，若系统合外力为零，则 满足动量守恒. 2. 整个过程中往往涉及多种形式的能的转化，如弹性势能、 动能、内能、重力势能间的转化，常用能量守恒定律解决此类 问题. 3. 注意：弹簧压缩最短或弹簧拉伸最长时，弹簧连接的两物 体速度相等，此时弹簧弹性势能最大. 考点3　弹簧类模型 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题3】如图所示，物体A、B的质量分别是mA＝4.0 kg、mB ＝6.0 kg，用轻弹簧相连接放在光滑的水平面上，物体B左侧 与竖直墙接触.另有一个质量为mC＝2.0 kg的物体C以速度v0向 左运动，与物体A相碰，碰后立即与A粘在一起不再分开，然 后以v＝2.0 m/s的共同速度压缩弹簧，试求： （1）物体C的初速度v0的大小； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）A、C在碰撞过程中，选择水平向左为正方向，由 动量守恒可得mCv0＝（mA＋mC）v，代入数据解得v0＝6 m/s. 答案：（1）6 m/s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）在物体B离开墙壁之后，弹簧的最大弹性势能. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（2）B刚要离开墙壁时，弹簧处于原长，由能量守恒定律知，A、C的速度大小为v，方向向右； 当A、B、C获得相同速度时，弹簧的弹性势能最大，选择水平 向右为正方向，由动量守恒定律得（mA＋mC）v＝（mA＋mB ＋mC）v'，代入数据解得v'＝1 m/s； 由系统机械能守恒得，弹簧的最大弹性势能为Ep＝（mA＋ mC）v2－（mA＋mB＋mC）v'2＝6 J. 答案：（2）6 J 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：A、C相碰粘在一起属于完全非弹性碰撞，A、C 两物体组成的系统动量守恒.B离开墙壁后，A、B、C、弹 簧相互作用过程中，A、B、C、弹簧组成的系统满足动量 守恒定律、机械能守恒定律，当三物体的速度相等时，弹簧 的弹性势能最大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式3】如图所示，在光滑水平直轨道上有三个质量均为m 的物块A、B、C，B的左侧固定一水平轻弹簧（弹簧左侧固定 一质量不计的挡板）.设A以速度v0向B运动，压缩弹簧；当 A、B速度相等时，B与C恰好相碰并粘接在一起，然后继续运 动.假设B和C碰撞过程时间极短，求从A开始压缩弹簧直至与 弹簧分离的过程中： 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）整个系统损失的机械能； 解析：A、B相互作用过程中动量守恒、机械能也守恒，而B、 C相碰粘接在一起时，动量守恒，机械能不守恒，系统产生的 内能则为B、C相碰过程中损失的机械能.当A、B、C速度相等 时，弹性势能最大. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （1）从A压缩弹簧到A与B具有相同速度v1时，对A、B与弹簧 组成的系统，以v0的方向为正方向，由动量守恒定律得mv0＝ 2mv1，① 此时B与C发生完全非弹性碰撞，设碰撞后瞬间的速度为v2，损 失的机械能为ΔE. 对B、C组成的系统，由动量守恒定律和能 量守恒定律得mv1＝2mv2，② m＝ΔE＋（2m），③ 联立①②③式得ΔE＝m.④ 答案：（1）m 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）弹簧被压缩到最短时的弹性势能. 解析：（2）由②式可知v2＜v1，A将继续压缩弹簧，直至A、 B、C三者速度相同，设此速度为v3，此时弹簧被压缩至最短， 设其弹性势能为Ep.由动量守恒定律和能量守恒定律得 mv0＝3mv3，⑤ m－ΔE＝（3m）＋Ep，⑥ 联立④⑤⑥式得Ep＝m. 答案：（2）m 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. （滑块—木板模型）（多选）如图所示，质量为M的小车静 止在光滑的水平面上，小车AB段是半径为R的四分之一光滑圆 轨道，BC段是水平粗糙轨道，两段轨道相切于B点.一质量为 m的滑块（可视为质点）从小车上的A点由静止开始沿轨道滑 下，然后滑入BC轨道，最后恰好停在C点.已知M＝3m，滑块 与轨道BC间的动摩擦因数为μ，重力加速度为g.则下列说法正 确的是（　　） 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 A. 滑块从A滑到C的过程中，滑块和小车组成的系统水平方向 上动量守恒 B. 滑块从A滑到C的过程中，滑块和小车组成的系统机械能守 恒 C. 滑块滑到B点时的速度大小为 D. 水平轨道的长度L＝ 答案：AD　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：滑块从A滑到C的过程中，滑块和小车组成的系统水平 方向上外力为零，动量守恒，从B到C过程小车与滑块间存在 滑动摩擦力，使部分机械能转为内能，所以机械能不守恒，选 项A正确，B错误；滑块从A到B，由动量守恒知mvm＝Mvm， 由机械能守恒知mgR＝m＋M，解得vm＝，选项 C错误；对整个过程，由动量守恒定律得（M＋m）v'＝0，解 得v'＝0，由能量守恒定律得mgR＝μmgL，解得L＝，选项D 正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. （子弹打木块模型）（多选）如图所示，一子弹以初速度v0 击中静止在光滑的水平面上的木块，最终子弹未能射穿木块， 射入的深度为d，木块加速运动的位移为s.则以下说法正确的 是（　　） A. 子弹动能的减少量等于系统动能的减少量 B. 子弹动量变化量的大小等于木块动量变化量的大小 C. 摩擦力对木块做的功等于摩擦力对子弹做的功 D. 子弹对木块做的功等于木块动能的增量 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：BD　 解析：子弹射入木块的过程中摩擦生热，由能量守恒定律知子 弹动能的减少量大于系统动能的减少量，选项A错误；子弹和 木块组成的系统动量守恒，系统动量的变化量为零，则子弹与 木块的动量变化量大小相等，方向相反，选项B正确；摩擦力 对木块做的功为Ffs，摩擦力对子弹做的功为－Ff（s＋d），可 知二者不相等，选项C错误；对木块，根据动能定理可知，子 弹对木块做的功（即摩擦力对木块做的功）等于木块动能的增 量，选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. （弹簧类模型）如图所示，三个小球的质量均为m，B、C 两球用轻弹簧连接后放在光滑的水平面上，A球以速度v0沿B、 C两球球心的连线向B球运动，碰后A、B两球粘在一起，则： （1）A、B两球刚粘在一起时的速度为多大？ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）在A、B两球碰撞的过程中弹簧的压缩量可忽略不 计，产生的弹力可忽略不计，因此A、B两球组成的系统所受 合外力为零，动量守恒，以A球的初速度方向为正方向，有mv0 ＝2mv1，解得v1＝. 答案：（1） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）弹簧压缩至最短时三个小球的速度为多大？ 解析：（2）粘在一起的A、B两球向右运动，压缩弹簧，由于弹簧弹力的作用，C球做加速运动，速度由零开始增大，而A、B两球做减速运动，速度逐渐减小，当三个球速度相等时弹簧压缩至最短，在这一过程中，三个球和弹簧组成的系统动量守恒，有2mv1＝3mv2，解得v2＝. 答案：（2） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （3）弹簧的最大弹性势能是多少？ 解析：（3）当弹簧被压缩至最短时，弹性势能最大，由能量守恒定律得Epm＝×2m－×3m＝m. 答案：（3）m 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （4）弹簧恢复原长时，三个小球的速度为多大？ 解析：（4）弹簧恢复原长过程中，A、B、C三个球和弹簧组成的系统动量守恒，能量守恒，弹簧恢复原长时，由动量守恒定律和能量守恒定律，得2mv1＝2mvAB＋mvC， ×2m＝×2m＋m， 解得vAB＝，vC＝0或vAB＝，vC＝. 答案：（4）　0（ 或　） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（九） （建议用时：40分钟） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（九） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$