第7章 第2讲 动量守恒定律(课件PPT)-【新高考方案】2027年高考物理一轮总复习
2026-10-13
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教辅
摘要:
该高中物理高考复习课件聚焦动量守恒定律专题,依据高考评价体系梳理了守恒条件判断、碰撞与反冲模型应用、某一方向守恒分析三大核心考点,通过2024-2025年多省高考真题及模拟题分析,明确碰撞问题占比45%、守恒条件判断占30%的高频考点分布,归纳出选择、计算两类常考题型。
课件亮点在于“逐点清分层突破+真题典例建模”策略,如以2025甘肃高考小球水平碰撞问题为典例,运用科学思维中的模型建构方法,拆解水平方向动量守恒分析步骤,培养学生运动和相互作用观念。设微点判断辨析易错点,提供“五步解题法”模板,助力学生掌握答题技巧,教师可依托此课件实现精准复习,提升备考效率。
内容正文:
动量守恒定律(基础落实课)
第 2 讲
课前基础先行
一、动量守恒定律
1.内容
如果一个系统___________,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'或Δp1=-Δp2。
不受外力
3.系统动量守恒的条件
理想守恒 系统不受外力或所受______的合力为零,则系统动量守恒
近似守恒 系统受到的合外力不为零,但当内力远大于合外力时,系统的动量可近似看成守恒
某一方向守恒 系统在某个方向上所受合外力为零或该方向F内≫F外时,系统在该方向上动量守恒
外力
二、动量守恒定律的应用
1.碰撞
(1)特点:在碰撞现象中,一般都满足内力远大于外力,可认为相互碰撞的系统动量守恒。
(2)分类
种类 动量是否守恒 机械能是否守恒
弹性碰撞 守恒 _______
非弹性碰撞 守恒 有损失
完全非弹性碰撞 守恒 损失_______
守恒
最大
2.反冲和爆炸
反冲特点 在反冲运动中,如果没有外力作用或外力远小于物体间的相互作用力,系统的_______是守恒的
爆炸现象 爆炸与碰撞类似,物体间的相互作用力很大,且_________系统所受的外力,所以系统动量______,爆炸过程中位移很小,可忽略不计,作用后从相互作用前的位置以新的动量开始运动
动量
远大于
守恒
1.(2024·甘肃卷T8B)电动小车在水平面内做匀速圆周运动,小车的动量守恒。 ( )
2.(人教选择性必修1P16T1·改编)甲、乙两人静止在光滑的冰面上,甲推乙后,两人向相反方向滑去,总动量为0。 ( )
3.系统的动量不变是指系统的动量大小和方向都不变。 ( )
4.物体相互作用时动量守恒,但机械能不一定守恒。 ( )
微点判断
×
√
√
√
5.两物体相互作用时,若系统间存在摩擦力,则两物体组成的系统动量不守恒。 ( )
6.若两球相向运动发生碰撞,则碰撞后可能朝同一方向运动。 ( )
7.发射炮弹炮身后退、园林喷灌装置一边喷水一边旋转均属于反冲现象。 ( )
8.爆炸过程中机械能增加,反冲过程中机械能减少。 ( )
×
√
√
×
逐点清(一) 动量守恒的判断
逐点清(二) 动量守恒定律的应用
01
02
CONTENTS
目录
逐点清(三) 某一方向上的动量守恒问题
课时跟踪检测
03
04
逐点清(一) 动量守恒的判断
课
堂
1.[两个物体组成的系统动量守恒的判断]
在2 000 m短道速滑接力赛中,“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面,并且开始向前滑行,待乙追上甲时,乙猛推甲一把,使甲获得更大的速度向前冲出,完成“交接棒”。忽略地面的摩擦力,在这个过程中( )
A.两运动员的总动量守恒
B.甲、乙运动员的动量变化量相同
C.两运动员的总机械能守恒
D.甲的动能增加量一定等于乙的动能减少量
题点全练
√
解析:两运动员组成的系统所受合外力为0,系统动量守恒,A正确;系统动量守恒,两运动员的动量变化量等大反向,动量变化量不相同,B错误;在光滑冰面上“交接棒”时,后方运动员用力推前方运动员,导致机械能增加,C错误;在乙推甲的过程中,消耗体内的化学能转化为系统的动能,根据能量守恒定律可知,甲的动能增加量不等于乙的动能减少量,D错误。
2.[多个物体组成的系统动量守恒的判断]
(多选)如图所示,A、B两物体质量之比
mA∶mB=3∶2,初始时静止在平板车C
上,A、B间有一根被压缩的弹簧,地面光滑。当弹簧突然被释放后,则以下系统动量守恒的是( )
A.若A、B与C上表面间的动摩擦因数相同,A、B组成的系统
B.若A、B与C上表面间的动摩擦因数相同,A、B、C组成的系统
C.若A、B所受的摩擦力大小相等,A、B组成的系统
D.若A、B所受的摩擦力大小相等,A、B、C组成的系统
√
√
√
解析:若A、B与C上表面间的动摩擦因数相同,弹簧被释放后,A、B分别相对C向左、向右滑动,它们所受的滑动摩擦力FA向右、FB向左,由于mA∶mB=3∶2,所以FA∶FB=3∶2,则A、B组成的系统所受外力的矢量和不为零,故A、B组成的系统动量不守恒,A错误;对A、B、C组成的系统,A与C、B与C间的摩擦力为内力,该系统所受的外力为竖直方向的重力和支持力,合力为零,故该系统的动量守恒,跟A、B与C间的动摩擦因数或摩擦力大小是否相等无关,B、D正确;若A、B所受的摩擦力大小相等,则A、B组成的系统所受外力的矢量和为零,故其动量守恒,C正确。
判断系统动量是否守恒时要注意系统的组成及所研究的物理过程:
(1)对于同一个系统,在不同物理过程中动量守恒情况有可能不同。
(2)在同一物理过程中,选不同的系统为研究对象,动量守恒情况也往往不同。
精要点拨
逐点清(二) 动量守恒定律的应用
课
堂
1.动量守恒定律的五个特性
系统性 研究的对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统
同时性 动量是一个瞬时量,表达式中的p1、p2、…必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量,p1'、p2'、…必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量
相对性 各物体的速度必须是相对同一参考系的速度(一般是相对于地面)
矢量性 动量守恒定律的表达式为矢量方程,解题时应选取统一的正方向
普适性 动量守恒定律不仅适用于低速宏观物体组成的系统,还适用于接近光速运动的微观粒子组成的系统
2.应用动量守恒定律的解题步骤
(1)明确研究对象,确定系统的组成(系统包括哪几个物体及研究的过程)。
(2)进行受力分析,判断系统动量是否守恒。
(3)规定正方向,确定初、末状态动量。
(4)由动量守恒定律列出方程。
(5)代入数据,求出结果,必要时讨论说明。
[典例] (2025·山东高考)轨道舱与返回舱
的组合体绕质量为M的行星做半径为r的圆周
运动,轨道舱与返回舱的质量比为5∶1。如图
所示,轨道舱在P点沿运动方向向前弹射返回
舱,分开瞬间返回舱相对行星的速度大小为2,G为引力常量,此时轨道舱相对行星的速度大小为( )
A. B. C. D.
√
[解析] 轨道舱与返回舱的组合体绕行星做匀速圆周运动,万有引力提供向心力,设返回舱的质量为m,则轨道舱的质量为5m,总质量为6m,设组合体的线速度大小为v,有G=6m,解得v=,弹射返回舱的过程,组合体动量守恒,取组合体的线速度方向为正方向,有6mv=5mv1+mv2,解得v1=,故C正确,A、B、D错误。
(2025·新疆乌鲁木齐三模)(多选)神舟二十号飞船与天和核心舱在太空成功对接(两航天器连接成一个整体),对接过程中,两航天器可视为沿同一直线同向运动。对接前,飞船相对核心舱的速度为Δu,对接成功后,核心舱的速度比对接前的速度增加了Δv。已知神舟二十号飞船的质量为m,天和核心舱的质量为7m,对接过程中核心舱受到的飞船的冲量大小为I,则 ( )
A.I=7mΔv B.I=8mΔv
C.Δu=7Δv D.Δu=8Δv
针对训练
√
√
解析:设对接前核心舱的速度为v,则飞船的速度为v+Δu,对接后共同速度为v+Δv,根据动量守恒定律可得7mv+m=8m,可得Δu=8Δv,故C错误,D正确;由动量定理可知,核心舱受到的飞船的冲量大小为I=7mΔv,故A正确,B错误。
逐点清(三)
某一方向上的动量守恒问题
课
堂
[典例] (2025·甘肃高考)如图所示,小球A从距
离地面20 m处自由下落,1 s末恰好被小球B从左侧
水平击中,小球A落地时的水平位移为3 m。两球质
量相同,碰撞为弹性碰撞,重力加速度g取10 m/s2,
则碰撞前小球B的速度大小v为 ( )
A.1.5 m/s B.3.0 m/s
C.4.5 m/s D.6.0 m/s
√
[解析] 根据题意可知,小球A和B碰撞过程中,水平方向上动量守恒,设碰撞后小球A的水平速度为v1,小球B的水平速度为v2,由动量守恒定律和机械能守恒定律有mv=mv1+mv2,mv2=m+m,联立解得v1=v,v2=0,小球A在竖直方向上做匀加速直线运动,则有h=g,解得t总=2 s,则从碰撞后瞬间到小球A落地所用时间为t'=t总-Δt=1 s,在水平方向上有x=v1t',解得v1=v=3.0 m/s,故选B。
|思|维|建|模|
(1)系统总动量不守恒,但在某一方向上合外力为零,系统在该方向上动量守恒。上述[典例]中,关键要正确分析两球的受力情况,A、B两球组成的系统受到的合外力不为零,动量不守恒,系统在水平方向不受外力,动量守恒,且小球A在竖直方向只受到重力作用,小球A在竖直方向的运动规律不变。
(2)系统中只有重力做功,系统机械能守恒。
1.如图所示,有一质量为m的小球,以
速度v0滑上静置于光滑水平面上的带有
四分之一光滑圆弧轨道的滑块。滑块的质量为3m,小球在上升过程中始终未能冲出圆弧,重力加速度为g,在小球运动过程中 ( )
A.小球和滑块组成的系统动量守恒
B.小球在圆弧轨道最高点的速度大小为
C.小球在圆弧轨道上能上升的最大高度为
D.小球离开圆弧轨道时圆弧轨道的速度大小为
针对训练
√
解析:在小球运动过程中,小球和滑块组成的系统在水平方向上动量守恒,在竖直方向动量不守恒,故A错误;小球在圆弧轨道上升到最高点时小球与滑块速度相同,系统在水平方向上动量守恒,规定v0的方向为正方向,有mv0=4mv,解得v=,故B错误;根据机械能守恒定律得m=×4mv2+mgh,解得h=,故C正确;小球离开圆弧轨道时,根据动量守恒定律,有mv0=mv1+3mv2,根据机械能守恒定律,有m=m+×3m,联立解得v1=-,v2=,故D错误。
2.(2025·山东烟台三模)如图,质量均为1 kg的木块
A和B并排放在光滑水平面上,A上固定一竖直轻
杆,轻杆上端系一长为L=0.22 m的细线,细线另
一端系一质量为0.1 kg的球C,现将球C拉起使细
线水平,并由静止释放,当球C摆到最低点时(球与轻杆没有发生碰撞),A恰好与B相撞并粘在一起,不计空气阻力,重力加速度g取10 m/s2,则此后球C摆动过程中能上升的最大高度为 ( )
A.0.11 m B.0.55 m C.0.21 m D.0.22 m
√
解析:球C摆到最低点的过程,对于A、C组成的系统,水平方向动量守恒,根据动量守恒定律和机械能守恒定律有0=mCvC-mAvA,mCgL=mC
+mA,联立解得vC=2 m/s,vA=0.2 m/s;A与B碰撞瞬间,由动量守恒定律有mAvA=vAB,解得vAB=0.1 m/s;之后A、B、C组成的系统在水平方向动量守恒,当三者速度相同时C上升到最高点,根据动量守恒定律和机械能守恒定律有mCvC-(mA+mB)vAB=(mA+mB+mC)v,mC+
(mA+mB)=(mA+mB+mC)v2+mCgh,解得h=0.21 m,故选C。
课时跟踪检测
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1.如图是老师在课堂上做的一个演示实
验,将中间开孔的两块圆饼状磁铁用一
根木棒穿过,手拿住木棒(保持水平),此时两磁铁保持静止。当手突然释放,让木棒和磁铁一起自由下落时(不计空气阻力),发现两块磁铁向中间靠拢并吸在一起了,下列说法正确的是 ( )
A.放手下落过程中,磁铁受滑动摩擦力作用
B.放手下落过程中,磁铁的运动轨迹是一条直线
C.放手下落过程中,两个磁铁水平方向动量不守恒
D.放手下落过程中,磁铁和棒组成系统机械能不守恒
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解析:放手下落过程中,磁铁在竖直方向只受重力作用,木棒与磁铁间没有弹力,所以不受摩擦力作用,故A错误;磁铁在水平方向受相互吸引力作用,且吸引力随间距减小而不断增大,所以磁铁所受合力的方向与速度方向不在一条直线上,磁铁做曲线运动,故B错误;两个磁铁组成的系统水平方向所受外力的合力为零,所以水平方向动量守恒,故C错误;放手下落过程中,两磁铁间的吸引力做正功,所以系统机械能不守恒,故D正确。
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2.(2025·安徽合肥模拟)航天员在“天宫课堂”
中演示碰撞实验。分析实验视频,每隔相
等的时间截取一张照片,照片中小方格为
正方形,虚线均分小方格,如图所示。则
小球和大球的质量之比为 ( )
A.1∶2 B.1∶4
C.2∶3 D.1∶5
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解析:设小球、大球的质量分别为m1、m2,小正方形的边长为a,间隔相等的时间为t,水平向右为正方向,由第一张与第二张照片可知小球的初速度v0=,由第二张与第三张照片可知碰撞后小球的速度v1=-,碰撞后大球的速度v2=,根据动量守恒定律有m1v0=m1v1+
m2v2,解得m1∶m2=1∶4,故选B。
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3.某同学将质量为m的按压式圆珠笔(由内芯、外壳和弹簧三部分组成)倒置于桌面上按压,由静止释放后借助于内部弹簧恢复形变作用先将外壳向上弹起,直至与内芯发生碰撞(已知碰撞时间极短),之后二者保持相对静止一起上升至最大高度h,重力加速度为g,则下列说法正确的是 ( )
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A.从开始释放至离开桌面过程中,桌面对圆珠笔支持力的冲量大小为m
B.从开始释放至上升到最大高度过程中,桌面对圆珠笔的支持力做功大小为mgh
C.从开始释放到上升至最高点过程,整个圆珠笔系统机械能守恒
D.圆珠笔外壳与内芯碰撞过程,整个圆珠笔系统动量守恒
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解析:从开始释放到离开桌面过程,由动量定理可得IN-mgt=mv-0,离开桌面后做竖直上抛运动,满足02-v2=-2gh,综上可得IN=m+mgt,故A错误;整个过程支持力作用点无位移,从而不做功,故 B错误;从开始释放至上升到最高点过程,内芯与外壳发生过完全非弹性碰撞,则整个过程系统机械能有损失,故 C错误;由于碰撞时间极短,内力远大于外力,故系统动量守恒,故D正确。
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4.(2025·河南高考)两小车P、Q的质量分别为mP和mQ,将它们分别与小车N沿直线做碰撞实验,碰撞前后的速度v随时间t的变化分别如图1和图2所示。小车N的质量为mN,碰撞时间极短,则 ( )
A.mP>mN>mQ
B.mN>mP>mQ
C.mQ>mP>mN
D.mQ>mN>mP
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解析:小车P、N碰撞时,根据动量守恒定律有mPvP+mNvN1=mPvP'+mNvN1',
即mP(vP-vP')=mN,根据题图1可知>,故mP<mN;小车Q、N碰撞时,根据动量守恒定律有mQvQ+mNvN2=mQvQ'+
mNvN2',即mQ=mN(vN2'-vN2),根据题图2可知<
,故mQ>mN,则mQ>mN>mP,故选D。
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5.在光滑水平面上沿一条直线运动的滑块Ⅰ、
Ⅱ发生正碰,碰后立即粘在一起运动,滑块Ⅰ、
Ⅱ碰撞前及粘在一起后的速度—时间关系图线
分别如图中的线段a、b、c所示。由图像可知 ( )
A.碰前滑块Ⅰ的动量比滑块Ⅱ的动量小
B.滑块Ⅰ的质量与滑块Ⅱ的质量之比为3∶5
C.滑块Ⅰ的质量与滑块Ⅱ的质量之比为5∶3
D.碰撞过程中,滑块Ⅰ受到的冲量比滑块Ⅱ受到的冲量大
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解析:由题图可知,碰撞后总动量为正,根据动量守恒定律可知,碰撞前的总动量也为正,故碰撞前滑块Ⅰ的动量较大,故A错误;根据动量守恒定律有5mⅠ-3mⅡ=2(mⅠ+mⅡ),解得mⅠ∶mⅡ=5∶3,故B错误,C正确;碰撞过程中滑块Ⅰ对滑块Ⅱ的作用力与滑块Ⅱ对滑块Ⅰ的作用力大小相等、方向相反,作用时间相同,由I=Ft可知,碰撞过程中滑块Ⅰ受到的冲量与滑块Ⅱ受到的冲量大小相等、方向相反,故D错误。
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6.如图所示,一质量为M=3.0 kg的长木
板B放在光滑水平地面上,在其右端放
一个质量为m=1.0 kg的小木块A。给A和B以大小均为4.0 m/s、方向相反的初速度,使A开始向左运动,B开始向右运动,A始终没有滑离B。在A做加速运动的时间内,B的速度大小可能是 ( )
A.1.8 m/s B.2.4 m/s
C.2.8 m/s D.3.0 m/s
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解析:以A、B组成的系统为研究对象,系统动量守恒,取水平向右为正方向,A减速到零的过程中,由动量守恒定律得(M-m)v=MvB1,代入数据解得vB1= m/s;从开始到A、B速度相同的过程中,由动量守恒定律得(M-m)v=(M+m)vB2,代入数据解得vB2=2 m/s;则在A做加速运动的时间内,B的速度范围为2 m/s<vB< m/s,故选B。
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7.如图所示,甲和他的冰车总质量M=30 kg,
甲推着质量m=15 kg的小木箱一起以速度v0
=2 m/s向右滑行,乙和他的冰车总质量也
为M=30 kg,乙以同样大小的速度迎面而来。为了避免相撞,甲将小木箱以速度v沿冰面推出,木箱滑到乙处时乙迅速把它抓住。若不计冰面的摩擦力,则小木箱的速度v可能为 ( )
A.3 m/s B.4 m/s
C.5 m/s D.6 m/s
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解析:规定向右为正方向,对于甲(含冰车)和木箱,根据动量守恒定律得(M+m)v0=Mv1+mv,对于乙(含冰车)和木箱,根据动量守恒定律得mv-Mv0=(M+m)v2,甲、乙恰好不相碰,有v1=v2,联立解得v=5.2 m/s,若要避免碰撞,则需要满足v≥5.2 m/s,故选D。
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8.(多选)如图所示,一轻质弹簧上端悬挂于天花板,下端系一质
量为M的平板,处在平衡状态,一质量为m的均匀环套在弹簧外,
与平板的距离为h。让环自由下落,撞击平板。已知碰后环与板
以相同的速度向下运动,使弹簧伸长,则下列说法正确的是 ( )
A.若碰撞时间极短,则碰撞过程中环与板的总动量守恒
B.若碰撞时间极短,则碰撞过程中环与板的总机械能守恒
C.环撞击板后,板向下运动速度最大的位置与h的大小无关
D.在碰后板和环一起下落的过程中,它们减少的动能等于克服弹簧弹力所做的功
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解析:若碰撞时间极短,内力远大于外力,则碰撞过程中环与板的总动量守恒,A正确;若碰撞时间极短,则碰撞过程中环与板的总机械能不守恒,因为碰撞后两者一起运动,属于完全非弹性碰撞,动能损失最大,碰撞过程有内能产生,B错误;环撞击板后,板向下运动速度最大时,合外力为0,则有g=kx,速度最大的位置为x=,则环撞击板后,板向下运动速度最大的位置与h的大小无关,C正确;由动能定理可知,在碰后板和环一起下落的过程中,它们减少的动能等于克服弹簧弹力所做的功与重力做功的差值,D错误。
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9.(多选)某同学受电动窗帘的启发,设计了如图所示的简化模型。多个质量均为1 kg的滑块可在水平滑轨上滑动,忽略阻力。开窗帘过程中,电机对滑块1施加一个水平向右的恒力F,推动滑块1以0.40 m/s的速度与静止的滑块2碰撞,碰撞时间为0.04 s,碰撞结束后瞬间两滑块的共同速度为0.22 m/s。关于两滑块的碰撞过程,下列说法正确的有 ( )
A.该过程动量守恒
B.滑块1受到合外力的冲量大小为0.18 N·s
C.滑块2受到合外力的冲量大小为0.40 N·s
D.滑块2受到滑块1的平均作用力大小为5.5 N
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解析:取水平向右为正方向,滑块1和滑块2组成的系统的初动量为p1=mv1=1×0.40 kg·m/s=0.40 kg·m/s,碰撞后的动量为p2=2mv2=2×1
×0.22 kg·m/s=0.44 kg·m/s,则滑块的碰撞过程动量不守恒,故A错误;对滑块1,有I1=mv2-mv1=(1×0.22-1×0.40) N·s=-0.18 N·s,负号表示方向水平向左,故B正确;对滑块2,有I2=mv2=1×0.22 N·s=0.22 N·s,故C错误;对滑块2,根据动量定理有F'Δt=I2,解得F'=5.5 N,则滑块2受到滑块1的平均作用力大小为5.5 N,故D正确。
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10.(12分)(2025·北京高考)某物体以一定初速度从地面竖直向上抛出,经过时间t到达最高点。在最高点该物体炸裂成A、B两部分,质量分别为2m和m,其中A以速度v沿水平方向飞出。重力加速度为g,不计空气阻力。求:
(1)该物体抛出时的初速度大小v0;(4分)
答案:gt
解析:物体竖直上抛至最高点时速度为0,由运动学公式有0=v0-gt,解得v0=gt。
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(2)炸裂后瞬间B的速度大小vB;(4分)
答案:2v
解析:炸裂瞬间水平方向动量守恒,炸裂前总动量为0。A的速度为v,设B的速度为vB,以A的速度方向为正方向,由动量守恒定律得0=2mv+mvB
解得vB=-2v
即大小为2v。
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(3)A、B落地点之间的距离d。(4分)
答案:3vt
解析:根据竖直上抛运动的对称性可知下落时间与上升时间相等,均为t,则A的水平位移xA=vt
B的水平位移xB=vBt=-2vt
所以A、B落地点之间的距离d=|xA|+|xB|=3vt。
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11.(12分)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;(5分)
答案:1.6×104 N·s 1.6×105 N
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解析: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-m1v1
代入数据得I0=1.6×104 N·s
由冲量的定义有I0=F0t1,代入数据得F0=1.6×105 N。
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(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。试求这种情况下试验车受到的撞击力多大?并说明安全气囊是否会爆开。(7分)
答案:2.5×104 N 安全气囊不会爆开
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解析:设试验车和汽车碰撞后获得的共同速度为v,以v1的方向为正方向,
由动量守恒定律有m1v1+m2v2=(m1+m2)v
对试验车,由动量定理有-Ft2=m1v-m1v1
代入数据得F=2.5×104 N
可见F<F0,故试验车的安全气囊不会爆开。
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