1、第十一章 动量近代物理初步【研透全国卷】高考对本章知识的考查主要以选择、计算为主，本章的主要考点有碰撞模型、动量定理、动量守恒定律、经典物理理论、原子和原子核部分的最新科技成果.以生活中的具体事例及经典物理学理论为命题背景，结合物理知识在生活中的应用及最新科技成果的命题趋势较强，2018年高考应予以高度关注.第十一章动量近代物理初步 考点内容要求题型必考实验一、碰撞与动量守恒动量、动量定理、动量守恒定律及其应用选择、计算1.实验内容验证动量守恒定律2.命题形式填空弹性碰撞和非弹性碰撞二、光电效应、波粒二象性光电效应选择爱因斯坦光电效应方程三、原子结构、氢原子光谱氢原子光谱选择氢原子的能级结构、
2、能级公式四、天然放射现象、核反应、核能原子核的组成、放射性、原子核的衰变、半衰期选择放射性同位素核力、核反应方程结合能、质量亏损裂变反应和聚变反应、裂变反应堆射线的危害和防护第1讲动量和动量定理知识点一动量1.定义：物体的与的乘积.2.表达式：p.3.特征：矢量性、瞬时性、相对性.4.动量的变化(也叫动量的变化量、动量的改变量、动量的增量等等)(1)定义：动量的变化等于与之差.(2)表达式：，p也是矢量，p的方向由初末动量的方向共同决定.答案：1.质量速度2.mv4.(1)末动量初动量(2)ppp知识点二冲量1.定义：与的乘积叫做力的冲量.2.公式：.3.单位：，符号是.4.矢标性：冲量是，方
3、向是由决定的.5.物理意义：表示力的作用对的积累效果.6.作用效果：使物体的发生变化.答案：1.力力的作用时间2.IFt3.牛顿秒Ns4.矢量力的方向5.时间6.动量知识点三动量定理1.内容：物体在一个过程始末的等于它在这个过程中所受力的冲量.2.表达式：F(tt)mvmv或Ipp.3.注意：(1)动量定理内容有两方面：一是合外力冲量的大小与动量变化的大小，二是动量变化的方向与冲量的方向.(2)动量定理的研究对象，可以是，也可以是.对物体系统，内力的作用不改变系统的总动量，外力的总冲量等于物体系统的动量变化.4.用动量概念表示牛顿第二定律F，此式表示：物体等于它所受的力.答案：1.动量变化量3
4、.(1)相等相同(2)单个物体物体系统4.动量的变化率(1)冲量是物体动量变化的原因.()(2)作用在静止的物体上的力的冲量一定为零.()(3)动量越大的物体受到的冲量越大.()(4)冲量的方向就是物体运动的方向 .()(5)物体的动量发生变化，其动能一定变化.()(6)物体的动能发生变化，其动量一定变化.()(7)动量大的物体惯性一定大.()(8)动量相同的物体运动方向一定相同.()答案：(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) 考点动量的概念以及动量的变化1.动量是矢量，是物体的质量与速度的乘积，而不是质量与速率的乘积.2.动量是状态量，物体的动量总是指物体在某一时刻
5、的动量，因此在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度.3.物体动量的变化是矢量，其方向与物体速度的变化量v的方向相同.在合力为恒力的情况下，物体动量变化的方向也与物体加速度的方向相同，即与物体所受合力的方向相同.4.有关物体动量变化的运算，一定要按照矢量运算的法则(平行四边形定则或三角形定则)进行，如果物体的初、末动量都在同一条直线上，常常选取一个正方向，使物体的初、末动量都带有表示自己方向的正负号，这样，就可以把复杂的矢量运算化为简单的代数运算了.考向1动量、动量变化的理解典例1对于竖直向上抛出的物体，下面关于物体在上升阶段的动量和动量变化量说法中，哪个是正确的()A.物体的动量方向向上，动
6、量变化量的方向也向上B.物体的动量方向向上，动量变化量的方向向下C.物体的动量方向向下，动量变化量的方向向上D.物体的动量方向向下，动量变化量的方向也向下解析物体在上升阶段时，速度向上，则物体的动量方向向上，根据动量定理可知，动量的变化量pmgt，重力的方向竖直向下，则动量变化量的方向向下.B选项正确.答案B考向2动量变化的计算典例2质量是8 g的玻璃球，以3 m/s的速度向右运动，碰到一个物体后被弹回，以2 m/s的速度沿同一直线向左运动，试求该玻璃球的动量变化量.解析设水平向右的方向为正方向，则pmv81033 kgm/s2.4102 kgm/s，pmv8103(2) kgm/s1.610
7、2 kgm/s故玻璃球动量的变化量为ppp1.6102 kgm/s2.4102 kgm/s4.0102 kgm/s“”表示动量变化量的方向水平向左.答案4.0102 kgm/s，方向水平向左1.动量是状态量，方向与速度方向相同，速度指的是瞬时速度.2.动量变化量是两个矢量的差，注意在一维情况下动量变化量的矢量运算可转化为代数运算.考点冲量的理解与计算1.对冲量的理解(1)冲量是过程量：冲量描述的是作用在物体上的力对时间的积累效应，与某一过程相对应.(2)冲量的矢量性：冲量是矢量，在作用时间内力的方向不变时，冲量的方向与力的方向相同，如果力的方向是变化的，则冲量的方向与相应时间内物体动量变化量的
8、方向相同.(3)冲量的绝对性：冲量仅由力和时间两个因素决定，具有绝对性.2.冲量的计算(1)单个力的冲量：利用公式IFt计算.(2)合力的冲量：如果是一维情形，可以化为代数和，如果不在一条直线上，求合冲量遵循平行四边形定则.两种方法：可分别求每一个力的冲量，再求各冲量的矢量和；另外，如果各个力的作用时间相同，也可以先求合力，再用公式I合F合t求解.变力的冲量：用动量定理列式求解.考向1对冲量的理解典例3(多选)恒力F作用在质量为m的物体上，如图所示，由于地面对物体的摩擦力较大，物体没有被拉动，则经时间t，下列说法正确的是()A.拉力F对物体的冲量大小为零B.拉力F对物体的冲量大小为FtC.拉力
9、F对物体的冲量大小为Ftcos D.合力对物体的冲量大小为零解析由冲量的定义知拉力F对物体的冲量IFt，选项A、C错误，B正确；物体处于静止状态，合力为零，故合力对物体的冲量大小为零，选项D正确.答案BD考向2冲量的计算典例4一个铁球，从静止状态由10 m高处自由下落，然后陷入泥潭中，从进入泥潭到静止用去0.4 s，该铁球的质量为336 g，求从开始下落到进入泥潭前，重力对小球的冲量为多少？从进入泥潭到静止，泥潭的阻力对小球的冲量为多少？(保留两位小数，取g10 m/s2)解析小球进入泥潭前做自由落体运动，求出小球下落的时间，便可以求出恒定重力在这一过程的冲量；小球进入泥潭后，泥土对小球的阻力
10、是变力，此变力的冲量要由动量定理求得.小球自由下落10 m所用的时间是t1 s s，重力的冲量IGmgt10.33610 Ns4.75 Ns.对小球从静止开始运动至停在泥潭中的全过程运用动量定理得mg(t1t2)Ft20.泥潭的阻力F对小球的冲量Ft2mg(t1t2)0.33610(0.4) Ns6.10 Ns，方向竖直向上.如图所示.答案4.75 Ns6.10 Ns变力的冲量不能由IFt求出，可以由动量定理求出动量的变化，从而求得变力的冲量；同理，当物体做曲线运动时，动量的变化可以通过求合力的冲量，从而求得动量变化.考点用动量定理定性解释物理现象用动量定理解释的现象一般可分为两类：(1)物体
11、的动量变化p一定，由动量定理Ftp可知，若力的作用时间t越短，则作用力F越大，因此在需要增大作用力时，可尽量缩短作用时间，如打击、碰撞等过程；若力的作用时间越长，则作用力F就越小，因此在需要减小作用力时，可设法延长力的作用时间，如利用软垫、弹簧的缓冲作用来延长作用的时间.(2)作用力F一定，由动量定理Ftp可知，力的作用时间越长，动量的变化就越大；力的作用时间越短，动量的变化就越小.考向1缩短作用时间，增大作用力典例5(2017河北邯郸广平一中期中)从同一高度自由落下的玻璃杯，掉在水泥地上易碎，掉在软泥地上不易碎.这是因为()A.掉在水泥地上，玻璃杯的动量大B.掉在水泥地上，玻璃杯的动量变化大
12、C.掉在水泥地上，玻璃杯受到的冲量大，且与水泥地的作用时间短，因而受到水泥地的作用力大D.掉在水泥地上，玻璃杯受到的冲量和掉在软泥地上一样大，但与水泥地的作用时间短，因而受到水泥地的作用力大解析杯子从同一高度落下，到达地面时的速度一定相等，故着地时动量相等；与地面接触后速度减小为零，故动量的变化相同，由动量定理Ip可知，冲量也相等；但由于在软泥地上，软泥地的缓冲使接触时间较大，由IFt可知，杯子受到的作用力较小，故杯子在水泥地上比在软泥地上更易破碎；只有D选项正确.答案D考向2延长作用时间，减小作用力典例6篮球运动员通常伸出双手迎接传来的篮球.接球时，两手随球迅速收缩至胸前.这样做可以()A.
13、减小球对手的冲量B.减小球对人的冲击力C.减小球的动量变化量D.减小球的动能变化量解析接球过程中，球的初动量和末动量一定，所以球的动量变化量恒定不变，选项C错误；根据动量定理，手对球的冲量等于球的动量的改变量，也恒定不变，球对手的冲量也不变，选项A错误；球的初动能和末动能一定，所以球的动能变化量恒定不变，选项D错误；根据冲量IFt，球对手的冲量I不变，接球时两手随球迅速收缩至胸前，是通过延长受力时间t以减小球对人的冲击力F，所以选项B正确.答案B考点应用动量定理定量计算1.动量定理表达式为Ftp，它的左边是物体受到的所有力的总冲量，而不是某一个力的冲量.其中力F可以是恒力，也可以是变力，如果是
14、变力，则F应是在t时间内的平均值.2.动量定理说明的是合力的冲量I合和动量的变化量p的关系，I合与p不仅大小相等而且方向相同.3.动量定理的研究对象是单个物体或物体系统.系统的动量变化等于在作用过程中组成系统的各个物体所受外力冲量的矢量和，而系统内物体之间的作用力(内力)，由大小相等、方向相反和等时性可知，其总冲量为零，不会改变系统的总动量.4.在不涉及加速度和位移的情况下，研究运动和力的关系时，用动量定理求解一般较为方便，不需要考虑运动过程的细节.考向1计算变力的冲量典例7(2017河北衡水中学期中)如图所示，A、B经细绳相连挂在弹簧下静止不动，A的质量为m，B的质量为M，当A、B间绳突然断
15、开，物体A上升到某位置时速度为v，这时B下落速度为u，在这段时间内弹簧弹力对物体A的冲量为.解析分别对A、B两物体应用动量定理列式，联立即可以求出弹簧的弹力对A的冲量.以向上为正方向，由动量定理得：对B：MgtMu0，对A：Imgtmv0，解得：Im(vu).答案m(uv)考向2计算平均作用力典例8一质量为m的铁锤，以速度v竖直打在木桩上，经过t时间后停止，则在打击时间内，铁锤对木桩的平均冲力的大小是()A.mgtB.C.mgD.mg解析对铁锤应用动量定理.设木桩对铁锤的平均作用力为F，则(Fmg)t0(mv)，解得Fmg，所以铁锤对木桩的平均冲力FFmg.答案C考向3动量定理的综合应用典例9
16、(2016新课标全国卷)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中.为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开.忽略空气阻力.已知水的密度为，重力加速度大小为g.求：(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度.解析(1)设t时间内，从喷口喷出的水的体积为V，质量为m，则mVVv0St由式得，单位时间内从喷口喷出的水的质量为v0S.(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达
17、玩具底面时的速度大小为v.对于t时间内喷出的水，由能量守恒得mv2mghmv20在h高度处，t时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为pmv设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有Ftp由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得FMg联立式得h.答案(1)v0S(2)应用动量定理解题的注意事项(1)动量定理的表达式是矢量式，列式时要注意各个量与规定的正方向之间的关系(即要注意各个量的正负).(2)动量定理中的冲量是合外力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，也可以是各力冲量的矢量和，还可以是外力在不同阶段的冲量的矢量和.(3)应用动量定理可以只研究一个物体，也可以研究几
18、个物体组成的系统.1.对动量变化的理解质量为5 kg的小球以5 m/s的速度竖直落到地板上，随后以3 m/s的速度反向弹回，若取竖直向下的方向为正方向，则小球动量的变化为()A.10 kgm/sB.10 kgm/sC.40 kgm/sD.40 kgm/s答案：D解析：动量的变化是末动量减去初动量，规定了竖直向下为正方向，则小球的初动量p1mv125 kgm/s，末动量p2mv215 kgm/s，所以动量的变化pp2p140 kgm/s.2.动量如图所示，PQS是固定于竖直平面内的光滑的圆周轨道，圆心O在S的正上方.在O和P两点各有一质量为m的小物块a和b，从同一时刻开始，a自由下落，b沿圆弧下
19、滑.下列说法正确的是()A.a比b先到达S，它们在S点的动量不相等B.a与b同时到达S，它们在S点的动量不相等C.a比b先到达S，它们在S点的动量相等D.b比a先到达S，它们在S点的动量相等答案：A解析：由机械能守恒定律可知，两物体在同一高度处下落，最后速度的大小相同，但因为b物块沿竖直方向的分速度小于a物块沿竖直方向的速度，所以a物块先到达S点；此时a物块的速度方向为竖直向下，b物块的速度方向为水平向左，所以两物块的动量不相同.3.动量定理、冲量(多选)以初速度v水平抛出一质量为m的石块，不计空气阻力，则对石块在空中运动过程中的下列各物理量的判断中，正确的是()A.在两个相同的时间间隔内，石
20、块受到的冲量相同B.在两个相同的时间间隔内，石块动量的增量相同C.在两个下落高度相同的过程中，石块动量的增量相同D.在两个下落高度相同的过程中，石块动能的增量相同答案：ABD解析：不计空气阻力，石块只受重力作用，无论路程怎样，只要两个过程的时间相同，重力的冲量就相同，A项正确.由动量定理可知，石块动量的增量等于它受到的冲量，由于在两个相同的时间间隔内，石块受到重力的冲量相同，所以动量的增量必然相同，B项正确.由于石块下落时在竖直方向上做加速运动，两个下落高度相同的过程所用时间不同，所受重力的冲量就不同，所以动量的增量不同，C项错误.根据动能定理，外力对石块所做的功等于石块动能的增量，由于石块只
21、受重力的作用，且在重力的方向上石块的位移相同，所以重力做的功就相同，因此动能增量就相同，D项正确.4.对冲量的理解如图所示，两个质量相同的物体在同一高度沿倾角不同的两个光滑斜面由静止自由滑下，在到达斜面底端的过程中()A.重力的冲量相同B.弹力的冲量相同C.合力的冲量相同D.合力的冲量大小相同答案：D解析：重力的冲量IGmgt，物体下滑时间不同，故IG不同，A项错误.弹力与斜面垂直，两物块所受弹力方向不同，故弹力的冲量不同，B项错误.两物块所受合力的方向平行于斜面，故合力的冲量方向也与斜面平行，所以合力的冲量不同，C项错误.由机械能守恒定律可知，物体到达底端时的速率相同，又两物体的质量相同，所以由Imv知，合力的冲量大小相同，故D项正确.5.动量定理、动能定理物体在恒定的合力F作用下做直线运动，在时间t1内速度由0增大到v，在时间t2内速度由v增大到2v.设F在t1内做的功是W1，冲量是I1；在t2内做的功是W2，冲量是I2.那么()A.I1I2，W1W2B.I1I2，W1W2C.I1I2，W1W2D.I1I2，W1W2答案：D解析：在t1时间内I1Ft1mv，在t2时间内，I2Ft22mvmvmv，所以I1I2.又因为W1mv2，W2m(2v)2mv2mv2，故W1W2，D项正确.提醒 完成课时作业(五十)
