高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 1.5 自然界中的守恒定律课件 粤教版选修35.ppt

第五节自然界中的守恒定律 目标导航 预习导引 目标导航 预习导引 二 三 一 一 三大守恒定律物质守恒定律 能量守恒定律和动量守恒定律 目标导航 二 三 一 预习导引 二 守恒与不变的关系守恒定律的本质就是某种物理量保持不变 例如 能量守恒对应着某种时间变换中的不变性 动量守恒对应着某种空间变换中的不变性 目标导航 三 二 一 预习导引 三 守恒与对称的关系对称的本质 是具有某种不变性 守恒定律的本质 也是某种物理量保持不变 因此守恒和对称性之间有着必然的联系 守恒定律来源于对称 物理规律的每一种对称性 即不变性 通常都对应于一种守恒定律 对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的 目标导航 预习导引 张开胳膊旋转的花样滑冰运动员 在她合拢胳膊时旋转速度突然加快 然后当她重新伸开胳膊时 她又恢复到原来的旋转速度 也就是说 没有外界的作用 物体形状改变时角速度也可能变化 而物体形状改变可导致角速度变化 说明这个物理量含有角速度 那么 它应满足怎样的守恒定律呢 答案 因为涉及角速度 涉及物体形状 这个量称为角动量 它应满足角动量守恒定律 三 二 一 知识精要 迁移应用 典题例解 动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 知识精要 迁移应用 典题例解 例题 如图所示的装置中 木块b与水平桌面间的接触是光滑的 子弹a沿水平方向射入木块后留在木块内 将弹簧压缩到最短 现将子弹 木块和弹簧合在一起作为研究对象 系统 则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中 a 动量守恒 机械能守恒b 动量不守恒 机械能不守恒c 动量守恒 机械能不守恒d 动量不守恒 机械能守恒 解析 由于子弹打入木块的过程作用时间极短 弹簧还没有来得及变形 在这个过程中系统的动量守恒 机械能不守恒 子弹打入后 子弹和木块共速 而压缩弹簧 墙对弹簧有冲量 但不做功 压缩过程中系统机械能守恒 动量不守恒 从子弹开始射入到弹簧压缩到最短的整个过程中 动量和动能均不守恒 答案 b 决的思维显然是较低层次的 应当根据具体问题用动量的观点 动能的观点以及能量的观点来分析解决问题 知识精要 迁移应用 典题例解 知识精要 迁移应用 典题例解 如图所示 质量相同的两木块m n中间固定一轻弹簧 m放在粗糙的水平面上 n放在光滑的水平面上 用力将两物体靠近使弹簧压缩 此时弹簧的弹力大于m所受到的最大静摩擦力 当松手后两物体被弹开的过程中 不计空气阻力 则对两木块 有 a 动量守恒 机械能守恒b 动量守恒 机械能不守恒c 动量 机械能都不守恒d 加速度大小时刻相等 解析 机械能守恒的条件是除了重力 弹力以外 其他力不做功 动量守恒的条件是系统的合外力为零 两木块在弹开的过程中 合外力不为零 摩擦力做负功 动量不守恒 机械能也不守恒 c正确 a b错误 m所受的合外力与n所受的合外力大小不等 根据牛顿第二定律 d错误 答案 c 在应用动量守恒定律解题时可按下面的顺序进行 1 确定研究对象 两个或两个以上相互作用的物体所组成的系统 通过适当变换划入系统的物体 可以找到满足守恒条件的系统 2 确定研究阶段 动量守恒是对研究系统的某过程而言的 注意研究的是哪一阶段 3 判断动量守恒 对研究对象在研究阶段进行受力分析 分清内力 外力 判断系统是否满足动量守恒的条件 4 选参考系 一般选地球为参考系 将系统中的各速度或动量转化为相对同一参考系的速度或动量 5 建立坐标系 选定正方向 若物体系统中每个物体的动量都在同一直线上 则与选定正方向相同的物体动量为正 相反为负 动量不在同一直线上时 应建立直角坐标系 并把各速度进行正交分解 6 列方程求解 并对结果进行必要的讨论 结果如果是正的 说明该量的方向与规定的正方向相同 反之则相反 知识链接 类题试解 案例探究 知识链接 类题试解 案例探究 2014山东理综 如图 光滑水平直轨道上两滑块a b用橡皮筋连接 a的质量为m 开始时橡皮筋松弛 b静止 给a向左的初速度v0 一段时间后 b与a同向运动发生碰撞并粘在一起 碰撞后的共同速度是碰撞前瞬间a的速度的两倍 也是碰撞前瞬间b的速度的一半 求 1 b的质量 2 碰撞过程中a b系统机械能的损失 思路分析 a b碰撞过程遵从动量守恒 易得b的质量 然后由碰前总动能减去碰后总动能即可得到碰撞过程a b系统损耗的机械能 解析 1 以初速度v0的方向为正方向 设b的质量为mb a b碰撞后的共同速度为v 由题意知 碰撞前瞬间a的速度为v2 碰撞前瞬间b的速度为2v 由动量守恒定律得 知识链接 类题试解 案例探究 mv2 2mbv m mb v 由 式得mb m2 2 从开始到碰后的全过程 由动量守恒定律得mv0 m mb v 设碰撞过程a b系统机械能的损失为 e 则 e 12m v2 2 12mb 2v 2 12 m mb v2 联立 式得 e 16mv02 答案 1 m2 2 16mv02 如图所示 一对杂技演员 都视为质点 荡秋千 秋千绳处于水平位置 从a点由静止出发绕o点下摆 当摆到最低点b时 女演员在极短时间内将男演员沿水平方向推出 然后自己刚好