2018-2019版高中物理 第1章 碰撞與動量守恒 1.3 課時1 分析碰碰車的碰撞 探究未知粒子的性質(zhì)學(xué)案 滬科版選修3-5.docx
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課時1 分析碰碰車的碰撞 探究未知粒子的性質(zhì) [學(xué)習(xí)目標] 1.進一步理解動量守恒的含義,熟練掌握應(yīng)用動量守恒定律解決問題的方法和步驟.2.會分析碰撞中的臨界問題. 一、分析碰碰車的碰撞(臨界問題分析) 分析臨界問題的關(guān)鍵是尋找臨界狀態(tài),在動量守恒定律的應(yīng)用中,常常出現(xiàn)相互作用的兩物體相距最近、避免相碰和物體開始反向等臨界狀態(tài),其臨界條件常常表現(xiàn)為兩物體的相對速度關(guān)系與相對位移關(guān)系,這些特定關(guān)系的判斷是求解這類問題的關(guān)鍵. 例1 如圖1所示,甲、乙兩小孩各乘一輛冰車在水平冰面上游戲.甲和他的冰車的總質(zhì)量與乙和他的冰車的總質(zhì)量都為M=30kg.游戲時,甲推著一個質(zhì)量為m=15kg的箱子和他一起以v0=2m/s的速度滑行,乙以同樣大小的速度迎面滑來. 圖1 (1)若甲和乙迎面相撞,碰撞后兩車以共同的速度運動,求碰撞后兩車的共同速度. (2)為了避免相撞,甲突然將箱子沿冰面推給乙,箱子滑到乙處,乙迅速抓?。舨挥嫳婺Σ粒蠹字辽僖远啻蟮乃俣?相對地面)將箱子推出,才能避免與乙地相撞. 答案 (1)0.4m/s,方向與甲車初速度方向相同 (2)5.2m/s,方向與甲車的初速度方向相同 解析 (1)選擇甲整體、箱子、乙整體組成的系統(tǒng)為研究對象, 由動量守恒定律得:(M+m)v0-Mv0=(2M+m)v′ 解得v′=0.4m/s,方向與甲車初速度方向相同. (2)要想剛好避免相撞,要求乙抓住箱子后與甲的速度正好相等,設(shè)甲推出箱子后的速度為v1,箱子的速度為v,乙抓住箱子后的速度為v2. 對甲和箱子,推箱子前后動量守恒,以初速度方向為正方向, 由動量守恒定律得(M+m)v0=mv+Mv1 對乙和箱子,抓住箱子的前后動量守恒,以箱子初速度方向為正方向, 由動量守恒定律得mv-Mv0=(m+M)v2 剛好不相撞的條件是v1=v2 聯(lián)立以上三式并代入數(shù)值解得v=5.2m/s,方向與甲車的初速度方向相同. 二、探究未知粒子的性質(zhì) 動量守恒定律不僅適用于宏觀領(lǐng)域也適用于微觀領(lǐng)域. 為了探究未知粒子的性質(zhì),物理學(xué)家常用加速后的帶電粒子去轟擊它們,這時常要運用動量守恒定律. 例2 用α粒子轟擊靜止氮原子核(N)的實驗中,假設(shè)某次碰撞恰好發(fā)生在同一條直線上.已知α粒子的質(zhì)量為4m0,轟擊前的速度為v0,轟擊后,產(chǎn)生一個質(zhì)量為17m0的氧核速度大小為v1,方向與v0相同,且v1<,同時產(chǎn)生質(zhì)量為m0的質(zhì)子,求質(zhì)子的速度大小和方向. 答案 4v0-17v1 方向與v0的方向同向 解析 設(shè)產(chǎn)生的質(zhì)子的速度為v2,由動量守恒定律得: 4m0v0=17m0v1+m0v2; 解得:v2=4v0-17v1, 由于v1<,則v2>0,即質(zhì)子飛出的方向與v0的方向同向. 針對訓(xùn)練 (多選)一個質(zhì)子以1.0107m/s的速度撞入一個靜止的鋁原子核后被俘獲,鋁原子核變?yōu)楣柙雍?,已知鋁核的質(zhì)量是質(zhì)子的27倍,硅核的質(zhì)量是質(zhì)子的28倍,則下列判斷中正確的是( ) A.硅原子核速度的數(shù)量級為107m/s B.硅原子核速度的數(shù)量級為105m/s C.硅原子核速度方向跟質(zhì)子的初速度方向一致 D.硅原子核速度方向跟質(zhì)子的初速度方向相反 答案 BC 解析 鋁原子核俘獲質(zhì)子的過程動量守恒,由動量守恒定律得,mv=28mv′,解得v′=m/s≈3.57105 m/s,故數(shù)量級為105m/s,方向跟質(zhì)子的初速度方向一致,B、C正確. 1.(臨界問題分析)(多選)如圖2所示,長木板B質(zhì)量m1=3.0kg,在其右端放一個質(zhì)量m2=1.0kg的小木塊A.現(xiàn)以光滑地面為參考系,給A和B以大小均為4.0m/s、方向相反的初速度,使A開始向左運動,B開始向右運動,最后A沒有滑離B.站在地面的觀察者看到在一段時間內(nèi)小木塊A正在做加速運動,則在這段時間內(nèi)的某時刻木板對地面的速度大小可能是( ) 圖2 A.1.8m/s B.2.4 m/s C.2.6m/s D.3.0 m/s 答案 BC 解析 以A、B組成的系統(tǒng)為研究對象,系統(tǒng)動量守恒,取水平向右為正方向,從A開始運動到A的速度為零時,由動量守恒定律定得:(m1-m2)v0=m1vB1, 代入數(shù)據(jù)解得:vB1≈2.67 m/s, 從開始運動到A、B速度相同時,取水平向右為正方向,由動量守恒定律得: (m1-m2)v0=(m1+m2)vB2, 代入數(shù)據(jù)解得:vB2=2 m/s, 則在木塊A正在做加速運動的時間內(nèi)B的速度范圍為: 2 m/s- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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