江苏专用2020版高考物理新增分大一轮复习第十一章动量近代物理第1讲动量动量定理讲义含解析.pdf
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1、动量 近代物理动量 近代物理 考试内容范围及要求高考统计高考命题解读 内容要求说明2015201620172018 51.动量 动量定理 T12 C(2) T12 C(3) 52.动量守 恒定律及 其应用 T12 C(3) 53.弹性碰 撞和非弹 性碰撞 只限于 一维 54.氢原子 光谱 氢 原子的能 级结构、能 级公式 55.原子核 的组成 56.原子核 的衰变 半衰期 T12 C(1) T12 C(1) 57.放射性 同位素 放射性的 应用与防 护 58.核力与 结合能 质量亏损 T12 C(3) T12 C(1) 59.核反应 方程 T12 C(2) T12 C(1) 60.裂变反 应
2、聚变 T12 C(2) 1.考查方式 从近几年高考题来 看, 对于选修 35 内容的考查,内容 和形式都比较固 定,一般第(1)(2) 问为选择题和填空 题,考查原子和原 子核的基本概念和 规律.第(3)问计算 题是动量定理和动 量守恒定律的综合 应用. 2.命题趋势 动量部分要求近两 年变化较大,2018 年加入动量定理, 2019 年变为必考, 但考查方式还是与 以前一样在选修 3 5 模块中单独考 查,不与其他必考 内容综合,不与能 量问题综合,所以 难度与形式与此前 类似,可能以动量 定理与动量守恒定 律综合为主. 2018 年删掉“原子 核式结构模型”知 识点,将“原子能 反应 链式
3、反应 61.普朗克 能量子假 说 黑体 和黑体辐 射 T12 C(1) 62.光电效 应 T12 C(1) T12 C(3) T12 C(2) 63.光的波 粒二象性 物质波 T12 C(1) T12 C(2) T12 C(2) 实验十:验 证动量守 恒定律 级”改为“氢原子 的能级结构、能级 公式” ;2019 年选 修 35 由选考变 为必考,但命题特 点与形式从 2018 年高考看与以往相 同,2019 年应该延 续这种特点,命题 重点与难度不会有 太大变化. 第 1 讲 动量 动量定理第 1 讲 动量 动量定理 一、动量 1.定义:物体的质量与速度的乘积. 2.表达式:pmv,单位:k
4、gm/s. 3.动量的性质 (1)矢量性:方向与瞬时速度方向相同. (2)瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是针对某一时刻而言的. (3)相对性:大小与参考系的选取有关,通常情况是指相对地面的动量. 4.动量与动能、动量的变化量的关系 (1)动量的变化量:ppp. (2)动能和动量的关系:Ek. p2 2m 自测 1 质量为 0.5kg 的物体,运动速度为 3m/s,它在一个变力作用下速度变为 7 m/s,方 向和原来方向相反,则这段时间内动量的变化量为( ) A.5kgm/s,方向与原运动方向相反 B.5kgm/s,方向与原运动方向相同 C.2kgm/s,方向与原运动方向相反 D.2k
5、gm/s,方向与原运动方向相同 答案 A 二、冲量和动量定理 1.冲量 (1)定义:力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量. (2)公式:IFt. (3)单位:Ns. (4)方向:冲量是矢量,其方向与力的方向相同. 2.动量定理 (1)内容:物体在一个运动过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量. (2)公式:mvmvF(tt)或ppI. 3.动量定理的理解 (1)动量定理反映了力的冲量与动量变化量之间的因果关系, 即外力的冲量是原因, 物体的动 量变化量是结果. (2)动量定理中的冲量是合力的冲量,而不是某一个力的冲量,它可以是合力的冲量,可以是 各力冲量的矢量和,也可以是外力在不同阶
6、段冲量的矢量和. (3)动量定理表达式是矢量式,等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义. 自测 2 (多选)质量为m的物体以初速度v0开始做平抛运动, 经过时间t, 下降的高度为h, 速度变为v,在这段时间内物体动量变化量的大小为( ) A.m(vv0) B.mgt C.mD.mv2v2 02gh 答案 BCD 命题点一 对动量和冲量的理解命题点一 对动量和冲量的理解 1.对动量和动能的理解 动量动能 物理意义描述机械运动状态的物理量 定义式pmvEkmv2 1 2 标矢性矢量标量 变化因素物体所受冲量外力所做的功 大小关系 p 2 mEk Ekp 2 2m 对于给定的物体, 若动能发生了变
7、化, 动量一定也发生了变化 ; 而动量发生变化,动能不一定发生变化.它们都是相对量,均 与参考系的选取有关,高中阶段通常选取地面为参考系 2.对冲量和功的理解 冲量功 定义 作用在物体上的力和力的作 用时间的乘积 作用在物体上的力和物体在 力的方向上的位移的乘积 单位NsJ 公式IFt(F为恒力)WFlcos(F为恒力) 标矢性矢量标量 意义 表示力对时间的累积 是动量变化的量度 表示力对空间的累积 是能量变化多少的量度 都是过程量,都与力的作用过程相互联系 例 1 如图 1 所示, 质量为m的小滑块沿倾角为的斜面从斜面底端向上滑动, 经过时间t1, 速度为零并又开始下滑,经过时间t2回到斜面
8、底端,滑块在运动过程中受到的摩擦力大小始 终为Ff.在整个运动过程中,重力对滑块的总冲量为( ) 图 1 A.mg(t1t2)sinB.mg(t1t2)sin C.mg(t1t2) D.0 答案 C 变式 1 如图 2 所示,在某届亚洲杯足球赛上,一足球运动员踢一个质量为 0.4kg 的足球. 图 2 (1)若开始时足球的速度大小是 4m/s,方向向右,踢球后,球的速度大小是 10 m/s,方向仍 向右(如图甲),求足球的初动量、末动量以及踢球过程中动量的改变量; (2)若足球以 10m/s 的速度向右撞向球门门柱, 然后以 3 m/s 的速度反向弹回(如图乙), 求这 一过程中足球的动量改变
9、量. 答案 见解析 解析 (1)取向右为正方向,初、末动量分别为pmv0.44 kgm/s1.6 kgm/s,方向 向右, pmv0.410 kgm/s4 kgm/s,方向向右, 动量的改变量为 ppp2.4 kgm/s,方向向右. (2)取向右为正方向,初、末动量分别为p1mv10.410 kgm/s4 kgm/s,方向向右, p2mv20.4(3) kgm/s1.2 kgm/s,负号表示方向向左, 动量的改变量为 pp2p15.2 kgm/s,负号表示方向向左. 变式 2 下列关于动量的说法正确的是( ) A.质量大的物体动量一定大 B.速度大的物体动量一定大 C.两物体动能相等,动量不一
10、定相同 D.两物体动能相等,动量一定相同 答案 C 命题点二 动量定理的理解与应用命题点二 动量定理的理解与应用 1.动量定理的理解 (1)中学物理中,动量定理研究的对象通常是单个物体. (2)Ftpp是矢量式,两边不仅大小相等,而且方向相同.式中Ft是物体所受的合外力 的冲量. (3)Ftpp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. (4)由Ftpp, 得F, 即物体所受的合外力等于物体的动量对时间的变化率. pp t p t 2.解题的基本思路 (1)确定研究对象.在中学阶段用动量定理讨论的问题,其研究对象一般仅限于单个物体. (2)对物体进
11、行受力分析.可先求每个力的冲量,再求各力冲量的矢量和合力的冲量;或 先求合力,再求其冲量. (3)抓住过程的初、末状态,选好正方向,确定各动量和冲量的正负号. (4)根据动量定理列方程,如有必要还需要补充其他方程,最后代入数据求解. 例 2 (2018江苏单科12C(3)如图 3 所示,悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m,运动 速度的大小为v, 方向向下.经过时间t, 小球的速度大小为v, 方向变为向上.忽略空气阻力, 重力加速度为g,求该运动过程中,小球所受弹簧弹力冲量的大小. 图 3 答案 2mvmgt 解析 取向上为正方向,根据动量定理得mv(mv)I,且I( mg)tF 解得IFt2mv
12、mgt.F 变式 3 (2018南京市、盐城市一模)质量为 0.2kg 的小球以 6m/s 的速度竖直向下落至水 平地面,经 0.2 s 后,再以 4 m/s 的速度反向弹回.取竖直向上为正方向,g10m/s2.求: (1)小球与地面碰撞前后的动量变化; (2)小球受到地面的平均作用力大小. 答案 (1)2kgm/s,方向竖直向上 (2)12N 解析 (1)小球与地面碰撞过程中动量的变化量为 pmv2mv12 kgm/s, 方向竖直向上. (2)由动量定理得(Fmg)tp,代入数据得:F12 N. 命题点三 动量定理与微元法的综合应用命题点三 动量定理与微元法的综合应用 1.流体类问题 流体及
13、 其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体” ,质量具有 连续性,通常给出流体密度 分析(1)建立 “柱体” 模型, 沿流速v的方向选取一段柱形流体, 步骤其横截面积为S (2)微元研究,作用时间 t内的一段柱形流体的长度为 l,对应的质量为 mSvt (3)建立方程,应用动量定理研究这段柱形流体 2.微粒类问题 微粒及 其特点 通常电子流、光子流、尘埃等被广义地视为“微粒” ,质量 具有独立性,通常给出单位体积内粒子数n 分析 步骤 (1)建立“柱体”模型,沿运动的方向选取一段柱体,柱体 的横截面积为S (2)微元研究, 作用时间 t内一段柱体的长度为 l, 对应 的体积为 VSv0t
14、,则微元内的粒子数Nnv0St (3)先应用动量定理研究单个粒子,建立方程,再乘以N计 算 例 3 如图 4 所示, 由喷泉中喷出的水柱, 把一个质量为M的垃圾桶倒顶在空中, 水以速率v0、 恒定的质量增率(即单位时间喷出的质量)从地下射向空中.求垃圾桶可停留的最大高 m t 度.(设水柱喷到桶底后以相同的速率反弹,重力加速度为g) 图 4 答案 ()2 v2 0 2g M2g 8 t m 解析 设垃圾桶可停留的最大高度为h,水柱到达h高处的速度大小为vt,则 vt2v022gh 得vt2v022gh 以向下为正方向,由动量定理得,在极短时间 t内,水受到的冲量为 Ft2(t)vt m t 解
15、得F2vt2 m t m t v2 02gh 据题意有FMg 联立解得h()2 v2 0 2g M2g 8 t m 变式4 (2018兴化一中四模)离子发动机是利用电场加速离子形成高速离子流而产生推力 的航天发动机.工作时将推进剂离子化,使之带电,然后在静电场作用下得到加速后喷出,从 而产生推力.这种发动机适用于航天器的姿态控制、位置保持等.设航天器质量为M,单个离 子质量为m,带电荷量为q,加速电场的电压为U,高速离子形成的等效电流强度为I.试求该 发动机产生的推力. 答案 I 2mU q 解析 选择 t时间内喷出的质量为 m的离子流为研究对象,根据动量定理得:Ft mv, 根据电流的定义式
16、得I, m m q t 根据动能定理得qUmv2, 1 2 解得FI. 2mU q 1.下列说法错误的是( ) A.火箭靠喷出气流的反冲作用而获得巨大速度 B.跳高运动员在跳高时跳到沙坑里或海绵垫上可以减小地面对运动员的作用力 C.用枪射击时要用肩部抵住枪身是为了减小反冲的影响 D.为了减轻撞车时对司乘人员的伤害程度,发动机舱越坚固越好 答案 D 解析 火箭向后喷出气流,对气流有向后的力的作用,由于力的作用是相互的,气流对火箭 有向前的力的作用,从而使火箭获得巨大速度,故选项 A 正确 ; 跳高运动员在落地的过程中, 动量变化量一定.由动量定理可知,运动员受到的冲量I一定 ; 跳高运动员在跳高
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