第四节 动量守恒定律的应用（导学案）物理粤教版2019选择性必修第一册

第四节 动量守恒定律的应用 1.物理观念：通过实验认识反冲运动，知道反冲物体间的运动、能量等关系;能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释，深化相互作用与运动观和能量观。 2.科学思维：通过分析反冲运动的特点建构相应的物理模型，并能用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题，掌握从多种现象中建立模型、得出规律的科学思维方法。 3.科学探究：通过物理模型，知道火箭的飞行原理和主要用途，感受物理的使用价值;通过对实例的分析，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力，体会物理就在身边。 4.科学态度与责任：了解航天技术的发展和应用，了解我国火箭技术的发展情况，增强民族自豪感和社会责任心。 1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。 2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。 3.能运用动量守恒定律解决“爆炸问题”(重点)。 【知识回顾】 第三节　动量守恒定律 1.动量守恒定律 (1)内容：如果一个系统 外力，或者所受外力的 为0，这个系统的总动量 。 (2)表达式：m1v1＋m2v2＝ 。 2.动量守恒定律的成立条件 (1)系统 外力或所受合外力为 。 (2)系统所受合外力不为零，但合外力 内力，此时动量近似守恒。 (3)系统所受合外力不为零，但在 上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒。 3.动量守恒定律的特性 (1) ： (2)瞬时性: (3)相对性： (4)普适性： 【自主预习】 第四节　动量守恒定律的应用 一、动量守恒定律的应用 1、动量守恒定律的解题步骤：（1）找（2）析（3）定（4）列（5）算 2、注意事项 二、反冲系列问题 1.定义：如果一个静止的物体在内力作用下分裂成两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向 的方向运动，这种现象叫作反冲。 2.基本原理：动量守恒定律。 3.特点： （1）物体的不同部分在内力作用下向 方向运动； （2）反冲运动中物体之间相互作用力很大，且作用时间段，一般满足内力 外力，可用动量守恒定律来处理； （3）反冲运动中，有其他形式的能量转化为 ，所以系统的总动能 。 三、典例分析 思考与讨论1 一、动量守恒定律的应用 1.提问：（1）掷壶队员与冰壶组成的系统的动量守恒吗？ （2）冰壶出手后，掷壶队员的速度是如何变化的？ 2.冰壶运动除了上述掷壶过程遵守动量守恒定律，还有哪些过程也遵守动量守恒定律？请和同学一起深入研究，建立相应的物理模型进行定量分析，并与其他同学分享。 思考与讨论2 二、反冲系列问题 1.坦克发射炮弹时，动量守恒吗？ 2.既然如此，回到我们上课前所提的问题。坦克后座为什么要加固，发射炮弹时，车身为啥会向后移动？能通过计算说说吗？ 3.结合这个结果，能得出什么结论？ 思考与讨论3 三、典例分析 【典例1】如图所示，在光滑水平面上，有质量分别为和的、两滑块，它们中间夹着一根处于压缩状态的轻质弹簧（弹簧与、不拴连），由于被一根细绳拉着而处于静止状态。当剪断细绳，在两滑块脱离弹簧之后，下述说法正确的是（　　） A．两滑块的动能之比 B．两滑块的动量大小之比 C．两滑块的速度大小之比 D．弹簧对两滑块做功之 【典例2】“爆竹声中一岁除”，爆竹送来浓浓的年味。一质量为0.06kg的爆竹以一定的速度竖直向上运动，当运动到最高点时爆炸成质量之比为的两部分，质量较小的部分速度大小为10m/s，不计空气阻力及爆炸过程中的质量损失，取重力加速度大小，爆竹爆炸后的总动能为（    ） A．2.0J B．2.5J C．1.5J D．1.0J 【典例3】以一定的倾角斜向上发射一质量为的炮弹，达到最高点时其速度大小为，方向水平。炮弹在最高点爆炸成两块，其中质量为的一块恰好做自由落体运动，则爆炸后质量为的另一块瞬时速度大小为（　　） A． B． C． D． 【典例4】如图所示，自动火炮连同炮弹的总质量为M，当炮管水平，火炮车在水平路面上以的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自动火炮的速度变为，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度为（　　） A． B． C． D． 【典例5】如图所示，水火箭静止在光滑水平面上，用打气筒通过气门芯向水火箭瓶身内打气，当瓶内空气达到一定压强时，水将橡皮塞冲开并向后高速喷出，水火箭便在光滑水平面上冲出。若喷水前水火箭的总质量为M，运动过程中每秒向后喷出质量为m的水，水喷出时相对地面的速度大小均为v，忽略空气阻力的影响，则第N秒末（设上述过程中该水火箭仍在匀速喷水中）水火箭的速度大小为（　　）    A． B． C． D． 课堂小结： 本节课是本章知识的运用课，是理论与实际结合的典例，学生需学会结合动量守恒的相关知识对具体问题进行分析、解释、计算，本节课与生活和生产的关联很大。通过观察气球小车、火箭、发射子弹等现象，帮助学生顺利地了解反冲运动的含义。 1.(多选)判断下列说法正确的是(　　) A.反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果 B.只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析 C.反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子 D.在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行 2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是(　　) A.燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭 3.带子弹的步枪质量为5 kg，一颗子弹的质量为10 g，子弹从枪口飞出时的速度为900 m/s，则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为(　　) A.2 m/s B.1.8 m/s C.3 m/s D.4 m/s 4.一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲，已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为(　　) A.E0 B.E0 C.E0 D.E0 5.一质量为M的航天器，正以速度v0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为v1，加速后航天器的速度大小为v2，则喷出气体的质量m为(　　) A.M B.M C.M D.M 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四节 动量守恒定律的应用 1.物理观念：通过实验认识反冲运动，知道反冲物体间的运动、能量等关系;能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释，深化相互作用与运动观和能量观。 2.科学思维：通过分析反冲运动的特点建构相应的物理模型，并能用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题，掌握从多种现象中建立模型、得出规律的科学思维方法。 3.科学探究：通过物理模型，知道火箭的飞行原理和主要用途，感受物理的使用价值;通过对实例的分析，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力，体会物理就在身边。 4.科学态度与责任：了解航天技术的发展和应用，了解我国火箭技术的发展情况，增强民族自豪感和社会责任心。 1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。 2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。 3.能运用动量守恒定律解决“爆炸问题”(重点)。 【知识回顾】 第三节　动量守恒定律 1.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。 (2)表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 2.动量守恒定律的成立条件 (1)系统不受外力或所受合外力为零。 (2)系统所受合外力不为零，但合外力远远小于内力，此时动量近似守恒。 (3)系统所受合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒。 3.动量守恒定律的特性 (1)矢量性： (2)瞬时性: (3)相对性： (4)普适性： 【自主预习】 第四节　动量守恒定律的应用 一、动量守恒定律的应用 1、动量守恒定律的解题步骤：（1）找（2）析（3）定（4）列（5）算 2、注意事项 二、反冲系列问题 1.定义：如果一个静止的物体在内力作用下分裂成两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这种现象叫作反冲。 2.基本原理：动量守恒定律。 3.特点： （1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动； （2）反冲运动中物体之间相互作用力很大，且作用时间段，一般满足内力远大于外力，可用动量守恒定律来处理； （3）反冲运动中，有其他形式的能量转化为机械能，所以系统的总动能增加。 三、典例分析 思考与讨论1 一、动量守恒定律的应用 1.提问：（1）掷壶队员与冰壶组成的系统的动量守恒吗？ （2）冰壶出手后，掷壶队员的速度是如何变化的？ 答案　（1）掷壶队员与冰壶组成的系统动量守恒； （2）冰壶出手后，掷壶队员会继续向前运动。 2.冰壶运动除了上述掷壶过程遵守动量守恒定律，还有哪些过程也遵守动量守恒定律？请和同学一起深入研究，建立相应的物理模型进行定量分析，并与其他同学分享。 答案　冰壶碰撞过程中，两个冰壶组成的系统动量守恒。因为冰壶与冰面间的动摩擦因素很小，摩擦力很小；且冰壶碰撞时间极短，内力远远大于外力，故摩擦力可以忽略不计，可认为系统所受合外力为零。 物理建模：两个小球的相互碰撞。如图： 思考与讨论2 二、反冲系列问题 1.坦克发射炮弹时，动量守恒吗？ 答案　这个过程满足内力远大于外力，所以动量是守恒的。 2.既然如此，回到我们上课前所提的问题。坦克后座为什么要加固，发射炮弹时，车身为啥会向后移动？能通过计算说说吗？ 答案　如图所示，假设坦克质量为M，当炮管水平时，发射一枚质量为m的炮弹，炮弹的速度为v1，坦克的速度变为v2， 由动量守恒定律有：0＝Mv2＋mv1 得：v2＝- 3.结合这个结果，能得出什么结论？ 答案　这说明，坦克的速度与炮弹的速度方向相反，即会坦克向后移动；增大M可以有效减小v2。 思考与讨论3 三、典例分析 【典例1】如图所示，在光滑水平面上，有质量分别为和的、两滑块，它们中间夹着一根处于压缩状态的轻质弹簧（弹簧与、不拴连），由于被一根细绳拉着而处于静止状态。当剪断细绳，在两滑块脱离弹簧之后，下述说法正确的是（　　） A．两滑块的动能之比 B．两滑块的动量大小之比 C．两滑块的速度大小之比 D．弹簧对两滑块做功之 【答案】C 【详解】开始整体处于静止状态，当两滑块刚好脱离弹簧时，根据动量守恒定律，两滑块的动量大小之比为，故B错误；由上分析，可得 ，解得， 则两滑块的速度大小之比 ，故C正确；动能的表达式，两滑块的动能之比，故A错误；根据动能定理可知，弹簧对滑块做的功等于滑块的动能变化量，则弹簧对两滑块做功之比为，故D错误。故选C。 【典例2】“爆竹声中一岁除”，爆竹送来浓浓的年味。一质量为0.06kg的爆竹以一定的速度竖直向上运动，当运动到最高点时爆炸成质量之比为的两部分，质量较小的部分速度大小为10m/s，不计空气阻力及爆炸过程中的质量损失，取重力加速度大小，爆竹爆炸后的总动能为（    ） A．2.0J B．2.5J C．1.5J D．1.0J 【答案】C 【详解】根据题意，设爆炸后的质量分别为、，则有，，解得，。设爆炸后质量较大的部分的速度为，取质量较小部分速度方向为正方向，由动量守恒定律可得 解得。由动能公式可得，爆竹爆炸后的总动能为 。故选C。 【典例3】以一定的倾角斜向上发射一质量为的炮弹，达到最高点时其速度大小为，方向水平。炮弹在最高点爆炸成两块，其中质量为的一块恰好做自由落体运动，则爆炸后质量为的另一块瞬时速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】爆炸前总动量为，设爆炸后另一块瞬时速度大小为，取速度的方向为正方向，爆炸过程水平方向动量守恒，则有 解得，故选B。 【典例4】如图所示，自动火炮连同炮弹的总质量为M，当炮管水平，火炮车在水平路面上以的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自动火炮的速度变为，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意可知，自动火炮和炮弹组成的系统动量守恒，规定向右为正方向，由动量守恒定律有解得。故选B。 【典例5】如图所示，水火箭静止在光滑水平面上，用打气筒通过气门芯向水火箭瓶身内打气，当瓶内空气达到一定压强时，水将橡皮塞冲开并向后高速喷出，水火箭便在光滑水平面上冲出。若喷水前水火箭的总质量为M，运动过程中每秒向后喷出质量为m的水，水喷出时相对地面的速度大小均为v，忽略空气阻力的影响，则第N秒末（设上述过程中该水火箭仍在匀速喷水中）水火箭的速度大小为（　　）    A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设第N秒末水火箭的速度大小为，此时水火箭的质量为，水火箭喷水过程系统动量守恒，则有 解得。故选A。 课堂小结： 本节课是本章知识的运用课，是理论与实际结合的典例，学生需学会结合动量守恒的相关知识对具体问题进行分析、解释、计算，本节课与生活和生产的关联很大。通过观察气球小车、火箭、发射子弹等现象，帮助学生顺利地了解反冲运动的含义。 1.(多选)判断下列说法正确的是(　　) A.反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果 B.只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析 C.反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子 D.在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行 答案　ACD 解析　反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果，选项A正确；系统某一方向上合外力为零的反冲运动也可以用动量守恒定律来分析，选项B错误；反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子，选项C正确；在没有空气的宇宙空间，火箭向下喷气时，由于反冲作用，火箭仍可加速前行，选项D正确。 2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是(　　) A.燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭 答案　B 解析　火箭的工作原理是反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温高压气体从尾部迅速喷出时，气体的反作用力推动火箭，使火箭获得反冲速度，故B正确。 3.带子弹的步枪质量为5 kg，一颗子弹的质量为10 g，子弹从枪口飞出时的速度为900 m/s，则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为(　　) A.2 m/s B.1.8 m/s C.3 m/s D.4 m/s 答案　B 解析　设子弹和枪的总质量为M，子弹质量为m，以子弹从枪口飞出时速度的反方向为正方向，由动量守恒定律得(M－m)v1－mv2＝0，得v1＝＝ m/s≈1.8 m/s，故B正确。 4.一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲，已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为(　　) A.E0 B.E0 C.E0 D.E0 答案　C 解析　放出质量为m的粒子后，剩余质量为(M－m)，该过程动量守恒，有mv0＝(M－m)v，放出的粒子的动能为E0＝mv，原子核反冲的动能Ek＝(M－m)v2，联立解得Ek＝E0，故A、B、D错误，C正确。 5.一质量为M的航天器，正以速度v0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为v1，加速后航天器的速度大小为v2，则喷出气体的质量m为(　　) A.M B.M C.M D.M 答案　C 解析　规定航天器的速度方向为正方向，发动机喷气过程中系统动量守恒，由动量守恒定律可得Mv0＝(M－m)v2－mv1，解得m＝M，故C正确，A、B、D错误。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $