陕西省安康市石泉县高中物理 第1章 碰撞与动量守恒 1.2 探究动量守恒定律课件 沪科版选修35.ppt

第一章碰撞与动量守恒 第 节探究动量守恒定律 2 能够区分系统 内力和外力 3 能够自行推导动量守恒定律的表达式 4 了解动量守恒定律的普适性和牛顿运动定律适用范围的局限性 5 深刻理解动量守恒定律 练习用动量守恒定律解决实际问题 1 明确探究物体碰撞时动量的变化规律 掌握实验数据处理的方法 1 5m 她能跳上岸吗 很不幸 她落水了 估计到岸边只有1 5m 我平时立定跳远都是2m多呢 跳 啊 我怎么会跳到水里去了呢 问题1 这位自信的同学为什么会掉到水里呢 问题2 小球碰撞时 他们的动量变化遵守怎样的规律呢 m1 m2 实验探究 探究物体碰撞时动量的变化规律 建立模型 实验必须保证碰撞是一维的 即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动 碰撞之后还沿同一直线运动 且方向同向为正 反向为负 这种情况叫做一维碰撞 在一维碰撞的情况下 两个物体碰撞前后的动量有什么规律呢 问题3 如何探究物体碰撞时动量的变化规律 问题5 怎样测量物体的质量呢 用天平测量物体的质量 速度的测量 可以充分利用所学的运动学知识 如利用匀速运动 平抛运动 并借助于斜槽 气垫导轨 打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件 问题6 怎样测量物体的速度呢 问题4 实验室如何测量两个物体碰撞前后的动量呢 质量 速度 测速原理1 光电门测速 测出滑块经过光电门的时间t 挡光条的宽度为l 则滑块匀速运动的速度为 测速原理2 单摆测速 设摆绳长为l 测出摆角 和 机械能守恒可得速度为 测出相邻计数点间的距离 x 测速原理3 打点计时器测速 可得速度为 相邻计数点间的时间 t 还有其他方案吗 分析频闪照片中a b滑块碰撞前后的位置情况 设频闪时间间隔为 t 可得速度为 测速原理4 频闪照片测速 测出碰撞前后各球落点到o间的距离xop xom xon 各球空中运动时间均相同 设为 t 可得速度为 为防止碰撞中a球反弹 有 ma mb 落点确定 测速原理5 平抛测速 m2 m1 系统 有相互作用的两个 或两个以上 物体构成一个系统 内力 系统中相互作用的各物体之间的相互作用力 外力 外部其他物体对系统的作用力 系统 内力 外力 问题7 如何理解系统内力和外力 举例说明 m2 m1 光滑 问题8 试用牛顿运动定律推导两物体碰撞前后的总动量的关系 你还有其他的推导方法吗 m2 m1 光滑 问题9 试用动量定理推导两物体碰撞前后的总动量的关系 问题10 观看视频 你有何感想 如果一个系统不受外力 或者所受外力的矢量和为0 这个系统的总动量保持不变 这就是动量守恒定律 1 内容 2 表达式 3 适用条件 1 系统不受外力 理想条件 2 系统受到外力 但外力的合力为零 实际条件 3 系统所受外力合力不为零 但系统内力远大于外力 外力相对来说可以忽略不计 因而系统动量近似守恒 近似条件 4 系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条 但在某一方向上符合以上三条中的某一条 则系统在这一方向上动量守恒 单向条件 问题11 对动量守恒定律的理解 审题指导 本题中研究的是哪一个过程 该过程的初状态和末状态分别是什么 本题中相互作用的系统是什么 分析系统受到哪几个外力的作用 是否符合动量守恒的条件 碰撞前 后 地面摩擦力和空气阻力 远小于内力 动量守恒 系统 内力 外力 如图所示 一只质量为5 4kg的保龄球 撞上一只质量为1 7kg 原来静止的球瓶 此后球瓶以3 0m s的速度向前飞出 而保龄球以1 8m s的速度继续向前运动 求保龄球碰撞前的运动速度 问题12 处理课本案例 归纳如何动量守恒定律进行解题 如图所示 一只质量为5 4kg的保龄球 撞上一只质量为1 7kg 原来静止的球瓶 此后球瓶以3 0m s的速度向前飞出 而保龄球以1 8m s的速度继续向前运动 求保龄球碰撞前的运动速度 解析 沿保龄球碰撞前的运动方向建立坐标轴 有 碰撞前保龄球的总动量为 碰撞后保龄球的总动量为 由动量守恒定律可得 所以 代入数值 得 问题12 处理课本案例 归纳如何动量守恒定律进行解题 找 找研究对象 系统包括那几个物体 和研究过程 析 进行受力分析 判断系统动量是否守恒 或在某一方向是否守恒 定 规定正方向 确定初末状态动量正负号 画好分析图 列 由动量守恒定律列方程 算 合理进行运算 得出最后的结果 并对结果进行分析 应用动量守恒定律解题的基本步骤和方法 问题12 处理案例 归纳如何动量守恒定律进行解题 问题13 用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题并进行比较 如图所示 质量mb 1kg的平板小车b在光滑水平面上以v1 1m s的速度向左匀速运动 当t 0时 质量ma 2kg的小铁块a以v2 2m s的速度水平向右滑上小车 a与小车间的动摩擦因数为 0 2 若a最终没有滑出小车 取水平向右为正方向 g 10m s2 求 a在小车上停止运动时 小车的速度大小 a在小车上停止运动时 a b以共同速度运动 设其速度为v 取水平向右为正方向 解析 用动量守恒定律 方法一 mav2 mbv1 ma mb v 由动量守恒定律得 解得 v lm s 问题13 用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题并进行比较 如图所示 质量mb 1kg的平板小车b在光滑水平面上以v1 1m s的速度向左匀速运动 当t 0时 质量ma 2kg的小铁块a以v2 2m s的速度水平向右滑上小车 a与小车间的动摩擦因数为 0 2 若a最终没有滑出小车 取水平向右为正方向 g 10m s2 求 a在小车上停止运动时 小车的速度大小 解析 设小车的加速度为a1 小铁块的加速度为a2 运动时间为t 方法二 用牛顿运动定律 所以v1 a1t v2 a2t解得 t 0 5s 由牛顿运动定律得 得 v v1 a1t 1 4 0 5 1m s 1 动量守恒定律只涉及过程始末两个状态 与过程中力的细节无关 2 动量守恒定律不仅适用于宏观 低速问题 而且适用于高速 微观的问题 3 动量守恒定律是一个独立的实验规律 它适用于目前为止物理学研究的一切领域 动量守恒定律的普适性 问题13 用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题并进行比较 牛顿运动定律解决问题要涉及整个过程的力 这些领域 牛顿运动定律不在适用 abd 1 4 4 保持不变 最大误差 解析 课堂练习1 某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验 在小车a的前端粘有橡皮泥 推动小车a使之做匀速运动 然后与原来静止在前方的小车b相碰并粘合成一体 继续做匀速运动 他设计的具体装置如图所示 在小车a后连着纸带 电磁打点计时器电源频率为50hz 测得小车a的质量 包括橡皮泥 为310g 小车b的质量为205g 计算可知 两小车相互作用前质量与速度的乘积之和为 kg m s 两小车相互作用以后质量与速度的乘积之和为 kg m s 保留三位有效数字 两结果不完全相等的主要原因是 0 620 0 618 纸带与打点计时器的限位孔及小车与木板间有摩擦 t2 7t 0 14s t1 5t 0 10s 小车的a速度 ab相碰并粘合成一体速度 mav1 0 310 2kg m s 0 620kg m s ma mb v2 0 310 0 205 1 2kg m s 0 618kg m s 解析 课堂练习2 一辆平板车停止在光滑水平面上 车上一人用大锤敲打车的左端 如下图所示 在锤的连续敲打下 这辆平板车将 a 左右来回运动b 向左运动c 向右运动d 静止不动 a 课堂练习3 解析 对人 铁锤和平板车组成的系统 系统外力之和为0 系统总动量守恒 当锤头打下去时 锤头向右运动 车就向左运动 举起锤头 锤头向左运动 车就向右运动 连续敲击时 车就左右运动 一旦锤头不动 车就会停下 两个磁性很强的磁铁 分别固定在甲 乙两辆小车上 甲车的总质量为4kg 乙车的总质量为2kg 甲 乙两辆小车放在光滑的水平面上 它们相向运动 甲车的速度是5m s 方向水平向右 乙车的速度是3m s 方向水平向左 由于两车上同性磁极的相互排斥 某时刻乙车向右以8m s的水平速度运动 求此时甲车的速度 负号表示甲车的速度方向水平向左 课堂练习4 解析 以水平向右方向为正方向 确定正方向 v1 5m s v2 3m s v2 8m s 根据动量守恒定律 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 解得 v1 0 5m s 审题指导 在列车编组站里 一辆m1 1 8 104kg的货车在平直轨道上以v1 2m s的速度运动 碰上一辆m2 2 2 104kg的静止货车 它们碰撞后结合在一起继续运动 求货车碰撞后的运动速度 本题中研究的是哪一个过程 该过程的初状态和末状态分别是什么 本题中相互作用的系统是什么 分析系统受到哪几个外力的作用 是否符合动量守恒的条件 碰撞前 后 地面摩擦力和空气阻力 远小于内力 动量守恒 系统 内力 外力 课堂练习5 在列