高中物理 1.2 探究动量守恒定律2课件 沪科版选修35 .ppt

第1章碰撞与动量守恒 1 2探究动量守恒定律2 1 在了解系统 内力和外力的基础上理解动量守恒定律 2 能运用牛顿运动定律分析碰撞前后的总动量关系 3 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 4 练习用动量守恒定律解决生产 生活中的问题 学习目标定位 知识储备区 3 1 有相互作用的物体 2 系统内 3 系统外系统内 知识链接 新知呈现 1 矢mv速度v2 动量变化i ft p 4 1 不受外力合外力为零保持不变 2 微观高速 学习探究区 一 动量守恒定律 二 动量守恒定律的简单应用 一 动量守恒定律 问题设计 如图1所示 在水平桌面上做匀速运动的两个小球 质量分别为m1和m2 沿着同一直线向相同的方向运动 速度分别是v1和v2 v2 v1 当第二个小球追上第一个小球时两球发生碰撞 碰撞的速度分别为v1 和v2 试用动量定理和牛顿第三定律推导两球碰前总动量m1v1 m2v2与碰后总动量m1v1 m2v2 的关系 图1 答案设碰撞过程中两小球间的作用力分别为f1 f2 相互作用时间为t根据动量定理 f1t m1v1 m1v1f2t m2v2 m2v2 根据牛顿第三定律 f1 f2 则有 m1v1 m1v1 m2v2 m2v2 即有 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 此式表明两个小球在相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量 要点提炼 1 动量守恒定律的数学表达式 1 p p 系统内物体相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p 2 m1v1 m2v2 适用于作用前后都运动的两个物体组成的系统 3 p 系统的总动量增量为零 4 p1 p2 系统内两个物体的动量增量大小相等 方向相反 m1v1 m2v2 0 2 动量守恒定律的研究对象两个或两个以上的物体组成的 3 动量守恒条件 1 系统不受外力或系统所受合外力 2 系统所受合外力虽不为零 但系统所受外力内力 如碰撞问题中的摩擦力 爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力小得多 此时外力可以忽略不计 3 系统所受合外力虽不为零 但在某个方向上的分量为零 则在系统的总动量的分量保持不变 系统 为零 远远小于 该方向上 例1光滑水平面上a b两小车间有一弹簧 如图2所示 用手抓住两小车并将弹簧压缩后使小车均处于静止状态 将两小车及弹簧看做一个系统 下列说法正确的是 a 两手同时放开后 系统总动量始终为零b 先放开左手 再放开右手后 动量不守恒c 先放开左手 后放开右手 总动量向左d 无论何时放手 两手放开后 在弹簧恢复原长的过程中 系统总动量都保持不变 但系统的总动量不一定为零 图2 解析a项 在两手同时放开后 水平方向无外力作用 只有弹簧的弹力 内力 故动量守恒 即系统的总动量始终为零 b项 先放开左手 再放开右手后 两手对系统都无作用力之后的那一段时间 系统所受合外力也为零 即动量是守恒的 c项 先放开左手 系统在右手作用下 产生向左的冲量 故有向左的动量 再放开右手后 系统的动量仍守恒 即此后的总动量向左 d项 无论何时放开手 只要是两手都放开就满足动量守恒的条件 即系统的总动量保持不变 若同时放开 那么作用后系统的总动量就等于放手前的总动量 即为零 若两手先后放开 那么两手都放开后的总动量也是守恒的 但不为零 答案acd 针对训练试判断下列作用过程中系统的动量是否守恒 a 如图3 a 所示 水平地面上有一大炮 斜向上发射一枚弹丸的过程 b 如图3 b 所示 粗糙水平面上有两个物体压紧它们之间的一根轻弹簧 在弹簧弹开的过程中 c 如图3 c 所示 光滑水平面上有一斜面体 将另一物体从斜面体的顶端释放 在物体下滑的过程中 图3 解析对于 a 来说 大炮发射弹丸的过程中 弹丸加速上升 系统处于超重状态 地面对于系统向上的支持力大于系统的重力 所以系统在竖直方向动量不守恒 在水平方向上系统受到的地面给炮身的阻力远小于火药爆炸发过程中的内力 故系统在水平方向上动量守恒 对于 b 来说 在弹簧弹开的过程中 地面给两物体的摩擦力方向相反且是外力 若两个摩擦力大小相等 则系统无论在水平方向还是在竖直方向上所受合外力都为零 则系统动量守恒 若两个物体受到的摩擦力大小不相等 则系统动量不守恒 对于 c 来说 物体在斜面体上加速下滑的过程处于失重状态 系统在竖直方向上受到的合外力竖直向下 系统的动量增加 不守恒 而在水平方向上系统不受外力作用 故系统在水平方向上动量守恒 答案a 系统动量不守恒 但水平方向动量守恒 b 无法判断 c 系统动量不守恒 但水平方向动量守恒 返回 二 动量守恒定律的简单应用 要点提炼 应用动量守恒定律解题的基本思路 1 找 找研究对象 系统包括哪几个物体 和研究的过程 2 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 3 定 规定正方向 确定初末状态动量正负号 画好分析图 4 列 由动量守恒定律列式 5 算 合理进行运算 得出最后的结果 并对结果进行讨论 例2质量为3kg的小球a在光滑水平面上以6m s的速度向右运动 恰遇上质量为5kg以4m s的速度向左运动的小球b 碰撞后b球恰好静止 求碰撞后a球的速度 解析两球在光滑水平面上运动 碰撞过程中系统所受合外力为零 系统动量守恒 取a球初速度方向为正方向初状态 va 6m s vb 4m s末状态 vb 0 va 待求 根据动量守恒定律 有mava mbvb mava 得 答案0 67m s 方向向左 例3质量m 100kg的小船静止在水面上 船首站着质量m甲 40kg的游泳者甲 船尾站着质量m乙 60kg的游泳者乙 船首指向左方 若甲 乙两游泳者在同一水平线上 甲朝左 乙朝右以3m s的速率跃入水中 则 a 小船向左运动 速率为1m sb 小船向左运动 速率为0 6m sc 小船向右运动 速率大于1m sd 小船仍静止 答案b 返回 解析设水平向右为正方向 两游泳者同时跳离小船后小船的速度为v 根据甲 乙两游泳者和小船组成的系统动量守恒有 m甲v甲 m乙v乙 mv 0 代入数据 可得v 0 6m s 其中负号表示小船向左运动 所以选项b正确 自我检测区 1 2 3 4 1 把一支枪水平固定在小车上 小车放在光滑的水平面上 枪发射出一颗子弹时 关于枪 子弹和车 下列说法中正确的是 a 枪和弹组成的系统动量守恒b 枪和车组成的系统动量守恒c 三者组成的系统因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小 使系统的动量变化很小 可忽略不计 故系统动量近似守恒 1 2 3 4 d 三者组成的系统动量守恒 因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用 这两个外力的合力为零 1 2 3 4 解析由于枪水平放置 故三者组成的系统除受重力和支持力 两外力平衡 外 无其他外力 动量守恒 子弹和枪筒之间的力应为系统的内力 对系统的总动量没有影响 故选项c错误 分开枪和车 则枪和弹的系统受到车对其外力作用 车和枪的系统受到子弹对其外力作用 动量都不守恒 故选项a b错误 正确答案为选项d 答案d 2 水平面上质量分别为0 1kg和0 2kg的物体相向运动 过一段时间则要相碰 它们与水平面间的动摩擦因数分别为0 2和0 1 假定除碰撞外在水平方向这两个物体只受摩擦力作用 则碰撞过程中这两个物体组成的系统 a 动量不守恒b 动量守恒c 动量不一定守恒d 以上都有可能 1 2 3 4 答案b 1 2 3 4 解析选取这两个相向运动的物体为一个系统 这两个物体受到的重力与支持力平衡 受到的两个摩擦力方向相反 大小根据计算都是0 02n 所以系统受到的合外力为零 系统的动量守恒 所以本题选b 3 如图4所示 质量为m的小车置于光滑的水平面上 车的上表面粗糙 有一质量为m的木块以初速度v0水平地滑至车的上表面 若车足够长 则 a 木块的最终速度为b 由于车表面粗糙 小车和木块所组成的系统动量不守恒c 车表面越粗糙 木块减少的动量越多d 车表面越粗糙 小车获得的动量越多 1 2 3 4 图4 解析由m和m组成的系统水平方向动量守恒得mv0 m m v 所以a正确 m和m动量的变化与小车上的粗糙程度无关 因为车足够长 最终各自的动量与摩擦力大小无关 答案a 1 2 3 4 4 如图5所示 质量为m的小车静止在光滑水平地面上 车上有n个质量均为m的小球 现用两种方式将球相对于地面以相同的恒定速度v向右水平抛出 一种是一起抛出 抛出后小车速度为 另一种是一个接着一个地抛出