人教版高三物理总复习优质课件 碰撞与动量守恒 第二节 碰撞 反冲和爆炸

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性碰撞后,不断交换速度,最终E有向右的速度,B、C、D静止;因ME>MF,则E、
F都向右运动,即3个小球静止,3个小球运动。
2.有一个质量为3m的爆竹斜向上抛出,到达最高点时速度大小为v0、方向
水平向右,在最高点爆炸成质量不等的两块,其中一块质量为2m,速度大小
为v,方向水平向右,则另一块的速度大小是多少?
身的质量为 m,则船的质量为(
( + )
A.

C.
( - )
B.
( + )
D.
B
)
解析:画出如图所示的草图,设人走动时船的速度大小为 v,人的速度大小为 v′,船





+



(3)速度要合理:如果碰前两物体同向运动,则后面的物体速度必大于前面物
体的速度,即v后>v前,否则无法实现碰撞。碰撞后,原来在前面的物体的速度
一定增大,且原来在前面的物体速度大于或等于原来在后面的物体的速度,
即v前′≥v后′,否则碰撞没有结束。如果碰前两物体相向运动,则碰后两物
动量规律:系统总动量为零;系统或系统在某方向上动量守恒。
涉及速度:m1v1-m2v2=0(v1、v2为速度大小)。
涉及位移:m1x1=-m2x2。
[例题] 有一条捕鱼小船停靠在湖边码头,小船又窄又长,一位同学想用一个卷尺测
量它的质量。他进行了如下操作:首先将船平行码头自由停泊,然后他轻轻从船尾上
船,走到船头后停下,而后轻轻下船,用卷尺测出船后退的距离 d 和船长 L。已知他自
机械能相互转化或一部分机械能转化为内能,因此系统的机械能不会增加,所以有

+




就必须有



>
+





,所以有 m2≥ m1。因为“甲从后面追上乙”,要符合这一条件,


,即 m2>1.4m1;同时还要符合碰撞后乙球的速度必须大于或等于甲球



(3)应用 = =


时要注意:v1、v2 和 x1、x2,一般都是相对地面而言的。
3.m1x1=-m2x2的适用条件
(1)系统的总动量守恒或
某一方向上
的动量守恒。
(2)构成系统的两物体原来 静止 ,因相互作用而反向运动。
(3)x 、x 均为沿动量方向相对于同一 参考系 的位移。
④若m1<m2,则v1′<0,v2′>0(碰后,两物体沿相反方向运动);
⑤若m1≪m2,则v1′≈-v1,v2′≈0。
3.非弹性碰撞
碰撞结束后,动能有部分损失。
m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′







m1 + m2 = m1v1′ + m2v2′ +ΔEk 损
2

2
4.完全非弹性碰撞
体的运动方向不可能都不改变,除非两物体碰撞后速度均为零。
2.弹性碰撞
碰撞结束后,形变全部消失,动能没有损失,不仅动量守恒,而且初、末动能相等。
(1)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′







m1 + m2 = m1v1′ + m2v2′
v1′=
v2′=
2
2

( - ) +
B.水喷出的过程中,火箭和水机械能守恒
C.火箭获得的最大速度为
D.火箭上升的最大高度为

-

(-)

)
解析:火箭的推力来源于火箭喷出的水对它的反作用力,选项 A 错误;水喷出的过程中,
火箭和水组成系统动量守恒,但火箭内气体做功,系统的机械能不守恒,选项 B 错误;
设火箭获得的最大速度大小为 v,由动量守恒定律有 mv0=(M-m)v,解得 v=
1
2
情境探究
1.如图所示,5个小球并排放置在光滑的水平面上,其中B、C、D、E这4个小球
质量相等,而F的质量小于B的质量,A的质量等于F的质量。A以速度v0向右运
动,所发生的碰撞均为弹性碰撞,碰撞之后几个小球静止,几个小球运动?
答案:因MA<MB,A、B相碰后A向左运动,B向右运动;B、C、D、E质量相等,弹
2

2
考点二
反冲与爆炸类问题
多维训练
1.(反冲类问题)某中学航天兴趣小组的同学将静置在地面上的质量为M(含水)的
自制“水火箭”释放升空,在极短的时间内,质量为m的水以相对地面为v0的速度竖
直向下喷出。已知重力加速度为g,空气阻力不计,下列说法正确的是(D
A.火箭的推力来源于火箭外的空气对它的反作用力
到船的另一端,不计水的阻力。以人和船组成的系统为研究对象,在人由船的一端走到船
的另一端的过程中,系统水平方向上不受外力作用,所以整个系统水平方向上动量守恒,
可得 m 船 v 船=m 人 v 人,因人和船组成的系统水平方向上动量守恒,故有 m 船 x 船=m 人 x 人,由图可
看出 x 船+x 人=L,可解得 x 人=
动量守恒
爆炸物体间的相互作用力远远大于受到的外力,所以
在爆炸过程中,系统的总动量守恒
动能
增加
在爆炸过程中,有其他形式的能量(如化学能)转化为
动能
位置
不变
爆炸的时间极短,因而作用过程中物体产生的位移很
小,可以认为爆炸后各部分仍然从爆炸前的位置以新
的动量开始运动
考点三
人船模型
1.模型探究
如图所示,长为 L、质量为 m 船的小船停在静水中,质量为 m 人的人由静止开始从船的一端走
2

解得 v1′=5 m/s,v2=20 m/s

由运动学公式可知 xA=


=2.5 m,xB=


=40 m
即物块 A 不会到达危险区域,物块 B 会到达危险区域。
答案:(2)见解析
[能力演练1] 甲、乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动,已知它们的动量
分别是p1=5 kg·m/s,p2=7 kg·m/s,甲从后面追上乙并发生碰撞,碰后乙球
碰撞结束后,两物体合二为一,以同一速度运动,动能损失最大。
m1v1+m2v2=(m1+m2)v






m1 + m2 = (m1+m2)v +ΔEk 损 max
2
[例题] 如图所示,水平地面上有两个静止的物块A和B,A、B的质量分别为
m1=2 kg,m2=1 kg,它们与地面间的动摩擦因数均为μ=0.5。现对物块A施加
答案:3v0-2v。在最高点水平方向上动量守恒,由动量守恒定律可知,3mv0=
2mv+mv′,解得另一块的速度为v′=3v0-2v。
3.如图所示小船静止于水面上,站在船尾上的人不断将物块抛向船头的船
舱内,将一定质量的物块抛完后,小船的速度和位移是怎样的?
答案:小船静止,船向右发生一定的位移。人、船、物块构成的系统水平
+
( - ) +
+
(2)v2=0 时,v1′=
-
+
v1,v2′=

+
v1
讨论:①若 m1=m2,则 v1′=0,v2′=v1(速度交换);
②若m1>m2,则v1′>0,v2′>0(碰后,两物体沿同一方向运动);
③若m1≫m2,则v1′≈v1,v2′≈2v1;
一大小I=40 N·s,水平向右的瞬时冲量,使物块A获得一个初速度,t=1 s后
与物块B发生弹性碰撞,且碰撞时间很短,A、B两物块均可视为质点,重力加
速度g=10 m/s2。
(1)求A与B碰撞前瞬间,物块A的速度大小;
解析:(1)设物块A获得的初速度为v0,
则I=m1v0
A与B碰撞前的运动过程有v1=v0-at
其中a=μg
解得A与B碰撞前瞬间,物块A的速度大小为v1=15 m/s。
答案:(1)15 m/s
(2)若物块B的正前方20 m处有一危险区域,请通过计算判断碰撞后物块A、
B是否会到达危险区域。
解析:(2)A 与 B 碰撞过程中机械能守恒、动量守恒,则有 m1v1=m1v1′+m2v2





m1 = m1v1′ + m2
的动量变为10 kg·m/s,则两球质量m1与m2间的关系可能是( C
A.m1=m2
B.2m1=m2
C.4m1=m2
D.6m1=m2
)
解析:甲、乙两球在碰撞过程中动量守恒,所以有 p1+p2=p1′+p2′,即 p1′=2 kg·m/s。
由于在碰撞过程中,不可能有其他形式的能量转化为机械能,只能是系统内物体间
于 质量 的反比,这样的问题即为“人船模型”问题。
2.模型特点
(1)两物体满足动量守恒定律:m1v1-m2v2=0。
(2)运动特点:人动船动,人静船静,人快船 快 ,人慢船 慢 ,人左船 右 ;人船位移比


等于它们质量的反比;人船平均速度(瞬时速度)比等于它们 质量 的反比,即 = =


A.3 J
B.4 J
C.5 J
D.6 J
)
解析:设乙物块的质量为 m,由动量守恒定律有 m 甲 v 甲+m 乙 v 乙=m 甲 v 甲′+m 乙 v 乙′,代入

图中数据解得 m 乙=6 kg,进而可求得碰撞过程中两物块损失的机械能为 E 损= m 甲甲 +






m 乙乙 - m 甲 v 甲′ - m 乙 v 乙′ ,代入图中数据解得 E 损=3 J,选项 A 正确。

x=4



答案:4


练后总结
(1)反冲运动的三点说明
作用
原理
反冲运动是系统内物体之间的作用力和反作用力产
生的效果
动量
守恒
反冲运动中系统不受外力或内力远大于外力,所以反
冲运动遵循动量守恒定律
机械能
增加
反冲运动中,由于有其他形式的能转化为机械能,所
以系统的总机械能增加
(2)爆炸现象的三个规律






的速度,即

,所以 m2≤5m1,综上所述
m1≤m2≤5m1,C 正确。
[能力演练2] 甲、乙两个物块在光滑水平桌面上沿同一直线运动,甲追上
乙,并与乙发生碰撞,碰撞前后甲、乙的速度随时间的变化如图中实线所
示。已知甲的质量为1 kg,则碰撞过程两物块损失的机械能为(
A

人 +船
L,x 船=

人 +船
L。
2.模型特征
(1)开始整个系统处于静止状态。
(2)系统不受外力,仅在内力作用下各自向相反方向做变速运动。
(3)“人船模型”的迁移——类人船模型(瞬时过程):如爆炸、发射炮弹和
火箭、射击子弹、喷出气体或液体、跳车、扔出物体、推出物体、原子核
衰变等。
3.物理规律
方向上动量守恒,据“人船模型”,物块动船动,物块停船静止;物块对地
发生向左的位移,则人、船的位移向右。
提升关键能力
考点一
弹性碰撞与非弹性碰撞
1.碰撞遵循的三条原则
(1)动量守恒定律:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′
(2)机械能不增加:Ek1+Ek2≥Ek1′+Ek2′或

+

(3)规律:遵循动量守恒定律。
2.爆炸问题
爆炸与碰撞类似,物体间的相互作用时间很短,作用力很大,且 远大于 系
统所受的外力,所以系统动量 守恒 ,如爆竹爆炸等。
三、人船模型
1.模型介绍:两个原来静止的物体发生相互作用时,若所受外力的矢量和为
零,则动量守恒。在相互作用的过程中,任一时刻两物体的速度大小之比等
第2节
碰撞
反冲和爆炸
物理
积累必备知识
提升关键能力
教ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ梳理
积累必备知识
一、弹性碰撞和非弹性碰撞
碰撞
(1)定义:相对运动的物体相遇时,在极短的时间内它们的运动状态发生显著
变化,这个过程就可称为碰撞。
(2)特点:作用时间极短,内力(相互作用力)远 大于 外力,总动量守恒。
(3)碰撞分类
①弹性碰撞:碰撞过程中机械能 守恒
,重力加速度为g,不计空气阻力和火药的质量,求炮弹的两部分落地点之间
的距离。














解析:爆炸之前 E= m ,爆炸过程中动量守恒有 mv0= mv1+ mv2, · + · =2E,

2
解得 v1=0,v2=2v0,随后一块做自由落体运动,一块做平抛运动,则由 h= gt ,x=2v0t,解得

②非弹性碰撞:碰撞过程中机械能 不守恒 。
③完全非弹性碰撞:碰撞后合为一体,机械能损失 最大

二、反冲和爆炸
1.反冲
(1)定义:当物体的一部分以一定的速度离开物体时,剩余部分将获得一个
反向冲量,这种现象叫反冲运动。
(2)特点:系统内各物体间的相互作用的内力 远大于 系统受到的外力。
实例:发射炮弹、发射火箭等。

,选项 C
-

错误;由竖直上抛运动规律可知,火箭上升的最大高度为 h= =

(-)
,选项 D 正确。
2.(爆炸类问题)如图所示,质量为m的炮弹运动到水平地面O点正上方时速度
沿水平方向,离地面高度为h,炮弹动能为E,此时发生爆炸,炮弹炸为质量相
等的两部分,两部分的动能之和为2E,速度方向仍沿水平方向,爆炸时间极短
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