高中物理 第1章 第2节 动量守恒定律精品课件 鲁科版选修35.ppt

第2节动量守恒定律 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第2节动量守恒定律 课前自主学案 课标定位 学习目标 1 知道牛顿运动定律和动量守恒定律的关系 能用牛顿运动定律推导动量守恒定律 2 理解动量守恒定律的确切含义和表达式 3 知道什么是反冲运动 了解它在实际中的简单应用 4 了解火箭的飞行原理和主要用途 重点难点 动量守恒定律的推导及其应用 课前自主学案 一 动量守恒定律1 内容 一个系统不受 或者所受 为零 这个系统的总动量保持不变 2 守恒条件 1 系统不受外力作用 2 系统受外力作用 但合外力 外力 合外力 为零 3 系统受外力作用 合外力不为零 但内力 外力 动量近似守恒 4 系统所受合外力不为零 但在某一方向上 为零 或在某一方向上 远大于 则系统在该方向上动量守恒或近似守恒 3 适用范围 它是自然界普遍适用的基本规律之一 不仅适用于宏观 低速领域 而且适用于 领域 远大于 合外力 内力 外力 微观 高速 二 动量守恒定律的推导设两质点质量分别为m1 m2 f1与f2表示两质点间相互作用力 两质点的加速度分别为a1 a2 初速度分别为v1 v2 末速度分别为v1 v2 相互作用时间为t 则对m1 由动量定理得f1t 对m2 由动量定理得f2t m2v2 m2v2 m1v1 m1v1 据牛顿第三定律 所以f2t 所以m2v2 m2v2 m1v1 m1v1 整理得 m1v1 m2v2 此式表明质点在相互作用前的 等于相互作用后的 这就是动量守恒定律的表达式 f2 f1 f1t m1v1 m2v2 总动量 总动量 思考感悟 1 动量守恒定律可由牛顿运动定律和运动学公式 动量定理 推导 那么二者的适用范围是否一样 提示 牛顿运动定律适用于宏观物体 低速运动 相对光速而言 动量守恒定律适用于任何物体 任何运动 三 反冲运动与火箭1 反冲运动 将气球充气后敞口释放 当空气喷出时 气球要向 方向运动 这种运动叫做反冲运动 在反冲运动中 系统的动量 2 火箭 火箭的发射是一种典型的 火箭喷气速度越大 火箭能达到的速度也就 燃料质量越大 负荷越小 火箭能达到的速度也 相反 守恒 反冲运动 越大 越大 思考感悟 2 划船时 船桨向后划水 水对桨有向前的推力 是不是也应用了反冲 提示 反冲是物体在内力作用下分裂为两部分 它们的运动方向相反 划船时 水不是船的一部分 运动方向也不一定相反 不是反冲 核心要点突破 一 动量守恒定律的理解及应用1 系统 所选定的有相互作用的物体组通常称为系统 系统中物体之间的相互作用力称为内力 外部其他物体对系统中物体的作用力叫做外力 2 总动量保持不变 不仅指系统在初末两个时刻的总动量相等 而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等 3 动量守恒定律的常用表达式 1 p p 或m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 系统作用前的总动量等于作用后的总动量 2 p1 p2或m1 v1 m2 v2 系统内一个物体的动量变化与另一物体的动量变化等大反向 3 p 0 系统总动量的变化量为零 4 动量守恒定律的 五性 1 矢量性 定律的表达式是一个矢量式 其矢量性表现在 系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等 而且方向也相同 在求初 末状态系统的总动量p p1 p2 和p p1 p2 时 要按矢量运算法则计算 如果各物体动量的方向在同一直线上 要选取一正方向 将矢量运算转化为代数运算 计算时切不可丢掉表示方向的正 负号 2 相对性 动量守恒定律中 系统中各物体在相互作用前后的动量 必须相对于同一惯性系 各物体的速度通常均为对地的速度 3 条件性 动量守恒定律是有条件的 应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件 系统不受外力或所受外力的矢量和为零 系统的动量守恒 系统受外力 但在某一方向上合外力为零 则系统在这一方向上动量守恒 系统受外力 但内力远大于外力 也可认为系统的动量守恒 如碰撞 爆炸等 系统受外力 但在某一方向上内力远大于外力 也可认为在这一方向上系统的动量守恒 4 同时性 动量守恒定律中p1 p2 必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量 p1 p2 必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量 5 普适性 动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统 也适用于多个物体组成的系统 不仅适用于宏观物体组成的系统 也适用于微观粒子组成的系统 5 应用动量守恒定律的解题步骤 1 确定相互作用的系统为研究对象 2 分析研究对象所受的外力 3 判断系统是否符合动量守恒条件 4 规定正方向 确定初 末状态动量的正 负号 5 根据动量守恒定律列式求解 即时应用 即时突破 小试牛刀 图1 2 1 如图1 2 1所示 光滑水平面上停放着a b两车 其间夹有一压缩弹簧 用手抓住小车使它们处于静止状态 则下列说法中不正确的是 a 若两手同时放开a b两车 则系统的动量守恒 且总动量为零b 若两手同时放开a b两车 a b的动量大小始终相等c 若先放开右边的b车 后放开左边的a车 则从放开a车后 系统的动量守恒 总动量等于零d 若先放开右边的b车 后放开左边的a车 在放开a车前的运动过程中系统动量不守恒 但机械能守恒 解析 选c 同时放开a b两车 a b系统所受合外力为零 动量守恒 a b两车的动量之和始终为零 即动量的大小始终相等 a b选项正确 先放开右边的b车 b车在弹簧的弹力下开始运动 系统受到手的作用力 动量不守恒 总动量也不等于零 但机械能守恒 c选项错误 d选项正确 二 对反冲运动的理解1 反冲运动的特点 1 物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 2 反冲运动中 相互作用的内力一般情况下远大于外力 所以可以用动量守恒定律来处理 3 反冲运动中 由于有其他形式的能转变为机械能 所以系统的总动能增加 2 讨论反冲运动时应注意的问题 1 相对速度问题 在讨论反冲运动时 有时给出的速度是相互作用的两物体的相对速度 由于动量守恒定律中要求速度为对同一参考系的速度 通常为对地的速度 应先将相对速度转换成对地的速度后 再列动量守恒定律方程 2 变质量问题 在讨论反冲运动时 还常遇到变质量物体的运动 如在火箭的运动过程中 随着燃料的消耗 火箭本身的质量不断减小 此时必须取火箭本身和在相互作用的短时间内喷出的所有气体为研究对象 取相互作用的这个过程为研究过程来进行研究 课堂互动讲练 试判断下列作用过程系统的动量是否守恒 1 如图1 2 2甲所示 水平地面上有一大炮 斜向上发射一枚弹丸的过程 2 如图乙所示 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 3 如图丙所示 光滑水平面上有一斜面体 将另一物体从斜面的顶端释放 在物体下滑的过程中 图1 2 2 思路点拨 根据动量守恒的条件结合物体运动过程的受力情况分析 精讲精析 1 对于图甲来说 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 在水平方向上系统不受外力 或者说受到的地面给炮身的阻力远小于火药爆发过程中的内力 故系统在水平方向上动量守恒 2 对于图乙来说 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上还是在竖直方向上所受合外力为零 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 3 对于图丙来说 物体在斜面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 见精讲精析 方法总结 动量是否守恒的条件有严格条件和近似条件 要结合具体的物理过程进行分析 要注意思考问题的全面性以及系统的选取 内力和外力 如图1 2 3所示 在光滑水平面上 有一质量为m 3kg的薄板和质量为m 1kg的物块 都以v 4m s的初速度向相反方向运动 它们之间有摩擦 薄板足够长 当薄板的速度为2 4m s时 物块的运动情况是 a 做加速运动b 做减速运动c 做匀速运动d 以上运动都可能 思路点拨 物块与薄板相对运动过程中 在竖直方向受重力和支持力的作用 刚好矢量和为零 所以物块与薄板组成的系统动量守恒 且在相对运动的过程中任一时刻系统的总动量都不变 答案 a 方法总结 应用动量守恒定律列方程时 应注意其矢量性 规定正方向后将矢量式转化为代数式 对方向不确定的速度 可假设其与正方向相同 若结果为正 说明假设成立 若结果为负 说明速度方向与规定的正方向相反 变式训练一只质量为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的速度向前飞去 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 设以保龄球碰撞前的速度方向为正方向 保龄球的质量m1 5 4kg 球瓶的质量m2 1 7kg 设碰撞前保龄球的速度为v1 球瓶的速度v2 0 两者组成的系统的总动量p m1v1 m2v2 5 4kg v1 碰撞后保龄球的速度v1 1 8m s 球瓶的速度v2 3 0m s 系统的总动量 p m1v1 m2v2 5 4 1 8 1 7 3 0 kg m s 14 82kg m s根据动量守恒定律有p p 所以保龄球碰撞前的运动速度v1 2 7m s 答案 2 7m s 一火箭喷气发动机每次喷出m 200g的气体 喷出的气体相对地面的速度v 1000m s 设此火箭初始质量m 300kg 发动机每秒喷