新课标高考物理二轮复习专题三《动量与能量》.docx
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新课标高考物理二轮复习专题三《动量与能量》
【专题三】动量与能量
【考情分析】
动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围更广泛,是自然界中普遍适用的基本规律,三个守恒可谓高考物理的重中之重,常作为压轴题出现在物理试卷中,且难度较大,能力要求高。
动量守恒与能量守恒贯穿于整个高中物理学习的始终,是联系各部分知识的主线,因此是高中
由于上述原因,试题常常是综合题,经常出现三个守恒定律交汇的综合计算:
动量与能量的综合,或者动量、能量与平抛运动、圆周运动、热学、电磁学、原子物理等知识的综合。
试题的情景常常是物理过程较复杂的,或者是作用时间很短的,如变加速运动、碰撞、爆炸、打击、弹簧形变等。
同时不回避重复考查,年年考查,是区别考生能力的重要内容。
本部分知识的命题涉及到动能定理、动量守恒定律、牛顿运动定律和运动学公式等较多知识。
考查考生综合应用学科内知识分析解决物理问题的能力,对考生的物理过程和运动规律的综合分析能力,及用数学方法解决物理问题的能力要求较高。
因此在第二轮复习中,应在熟练掌握基本概念和规律的同时,注重分析综合能力的培养,训练从能量、动量守恒的角度分析问题的思维方法.要更加关注有关基本概念的题、定性分析现象的题和联系实际、联系现代科技的题。
【知识交汇】
1.冲量是力对时间的积累,其作用效果是改变物体的动量。
二者之间的关系满足动量定理,即合外力的冲量等于物体动量的改变。
此处要特别注意“合外力”的冲量及冲量和动量的方向性。
动量是矢量,而动能是标量.物体的动量发生变化时,动能不一定变化;但物体的动能一旦发生变化,则动量必发生变化.动量和动能都与物体的某一运动状态相对应,都与物体的质量和速度有关.但它们存在明显的不同:
动量的大小与速度成正比p=mv;动能的大小与速度的平方成正比
,两者的关系为p2=2mEk或者
.
2.功是力对位移的积累,其作用效果是改变物体的能量;即合外力做的功等于物体动能的改变,这就是动能定理。
3.动量守恒定律和机械能守恒定律是有成立条件的:
①动量守恒定律是专门用来研究物体的相互作用的,如果系统不受合外力或所受合外力为零,则系统动量守恒。
但这里有几种情况要注意:
I.系统的合外力不为零,但是系统在某一个方向上的合力为零,则在该方向上动量守恒;II.系统虽然受到外力作用,但系统的内力远远大于外力的作用时,就可以忽略外力的影响,仍然可以认为系统的动量守恒;III.系统内部的相互作用“时间极短”时,可以认为该时间内的冲量没有作用,仍然可以对系统运用动量守恒定律.
动量守恒定律的适应范围广,不但适应常见物体的碰撞、爆炸等现象,也适应天体碰撞、原子的裂变.
②系统在只有重力(或系统内弹性力做功)做功时,系统的机械能守恒。
机械能守恒定律的表达
形式有许多,如:
I.EK+EP=
,即系统初状态机械能的总和与末状态机械能的总和相等。
运用这种形式表达式时,应选好重力势能的零势能面;II.ΔEK=ΔEP,即系统减少(或增加)的重力势能等于系统增加(或减少)的动能;III.ΔEA增=ΔE减B,即当系统由A、B两部分组成时,A部分物体机械能的增加量与B部分物体机械能的减少量相等。
4.能量守恒定律是自然界的普遍规律,它的成立是无条件的。
5.力与运动、动量、能量是解动力学问题的三种观点,一般来说,用动量观点和能量观点比用力的观点解题简便,因此在解题时优先选用这两种观点;但在涉及加速度问题时就必须用力的观点。
应用动量定理和动能定理时,研究对象可以是单个物体,也可以是多个物体组成的系统,而应用动量守恒定律和机械能守恒定律时,研究对象必定是系统;此外,这些规律都是运用于物理过程,而不是对于某一状态(或时刻)。
因此,在用它们解题时,首先应选好研究对象和研究过程。
一般地,对单个物体,宜选用动量定理和动能定理,其中涉及时间的问题,应选用动量定理,而涉及位移的应选用动能定理;若研究的对象为一物体系统,且它们之间有相互作用时,优先考虑两大守恒定律,特别是出现相对位移的则优先考虑能量守恒定律。
6.所谓碰撞,是指两物体经过极短时间的相互作用,而使各自的动量和动能发生明显变化的过程。
在处理碰撞问题时,必须对动量的变化和动能的变化进行综合的分析和判断,选择合适的方法。
一般地说,在处理同向追及碰撞问题过程中必须注意以下三方面特点:
①碰撞过程中系统的动量守恒;②碰撞后系统的机械能不增加:
由于发生碰撞的物体间存在相互作用力,使得碰撞过程中系统内各物体的动能将发生变化。
对于弹性碰撞,碰撞后系统的总动能不变;而对于非弹性碰撞,由于有部分动能将转化为系统的内能,故系统的总动能将减少。
因此,碰撞前系统的总动能一定大于或等于碰撞后系统的总动能。
③碰撞后的运动状态符合实际情况:
发生碰撞的物体间除了遵守如上规律外,碰撞过程的发生还应遵循客观实际。
如物体A追上物体B并发生碰撞,则碰前A的速度必大于B的速度,而碰后A的速度不大于B的速度,即碰后A的速度必须小于、等于B的速度或A反向运动。
【思想方法】
【例1】航天飞机是能往返于地球和太空间的载人飞行器,利用它既可以将人造卫星送入预定轨道,也可将物资运送到空间站,甚至可以到太空去维修出现故障的地球卫星。
(1)航天飞机对圆形轨道上的卫星进行维修时,二者的速度必须基本相同。
若已知地球半径为R,地球表面重力加速度为
。
某次维修作业中,航天飞机的速度计显示飞机的速度为
,则该空间站轨道半径
为多大?
(2)为完成某种空间探测任务,在空间站上发射的探测器通过向后喷气而获得反冲力使其启动。
已知探测器的质量为M,每秒钟喷出的气体质量为m,为了简化问题,设喷射时探测器对气体做功的功率恒为P,在不长的时间
内探测器的质量变化较小可以忽略不计。
求喷气
秒后探测器获得的动能是多少?
(3)当航天飞机无动力着陆时,速度达到某值时从尾部弹出减速伞,以使得航天飞机迅速地减速。
如航
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