2017_2018学年高中物理碰撞与动量守恒第二节动量动量守恒定律二同步备课教学案粤教版.docx

第二节动量动量守恒定律(二)学习目标 1.理解系统、内力、外力的概念.2.知道动量守恒定律的内容及表达式，理解守恒的条件.3.了解动量守恒定律的普遍意义，会初步利用动量守恒定律解决实际问题一、动量守恒定律导学探究1如图1所示，公路上三辆汽车发生了追尾事故如果将甲、乙两辆汽车看做一个系统，丙车对乙车的作用力是内力，还是外力？如果将三车看成一个系统，丙对乙的力是内力还是外力？图1答案内力是系统内物体之间的作用力，外力是系统以外的物体对系统以内的物体的作用力一个力是内力还是外力关键是看选择的系统如果将甲和乙看成一个系统，丙车对乙车的力是外力，如果将三车看成一个系统，丙对乙的力是内力2.如图2所示，水平桌面上的两个小球，质量分别为m1和m2，沿着同一直线向相同的方向做匀速运动，速度分别是v1和v2，v2v1.当第二个小球追上第一个小球时两球发生碰撞，碰撞后两球的速度分别为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m1v1m2v2与碰后总动量m1v1m2v2的关系图2答案设碰撞过程中两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：F1tm1(v1v1)，F2tm2(v2v2)因为F1与F2是两球间的相互作用力，根据牛顿第三定律知，F1F2，则有：m1v1m1v1m2v2m2v2即m1v1m2v2m1v1m2v2此式表明两球在相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量，这就是动量守恒定律的表达式知识梳理1系统、内力与外力(1)系统：相互作用的两个或多个物体组成一个力学系统(2)内力：系统内部物体间的相互作用力(3)外力：系统外部物体对系统内物体的作用力2动量守恒定律(1)内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变(2)表达式：m1v1m2v2m1v1m2v2(作用前后动量相等)(3)适用条件：系统不受外力或者所受外力的矢量和为零即学即用判断下列说法的正误(1)一个系统初、末态动量大小相等，即动量守恒()(2)两个做匀速直线运动的物体发生碰撞，两个物体组成的系统动量守恒()(3)只要系统受到的外力的功为零，动量就守恒()(4)只要系统所受到的合力的冲量为零，动量就守恒()(5)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零()二、对动量守恒定律的认识导学探究如图3所示，进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80 kg和100 kg，他们携手远离空间站，相对空间站的速度为0.1 m/s.A将B向空间站方向轻推后，A的速度变为0.2 m/s.(1)A、B二人相互作用时动量守恒吗？(2)如果守恒，应以什么为参考系？(3)轻推后B的速度大小是多少？方向如何？图3答案(1)守恒(2)以空间站为参考系(3)0.02 m/s远离空间站方向解析规定远离空间站的方向为正方向，则v00.1 m/s，vA0.2 m/s根据动量守恒定律(mAmB)v0mAvAmBvB代入数据可解得vB0.02 m/s，方向为远离空间站方向知识梳理对动量守恒定律的理解1对系统“总动量保持不变”的理解(1)系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等，不能误认为只是初、末两个状态的总动量相等(2)系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能都在不断变化2动量守恒定律的“四性”(1)矢量性：动量守恒定律的表达式是一个矢量式(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相对于地面的速度(3)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(4)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即学即用如图4所示，甲木块的质量为m1，以速度v沿光滑水平地面向前运动，正前方有一静止的、质量为m2的乙木块，乙木块上连有一轻质弹簧甲木块与弹簧接触后()图4A甲木块的动量守恒B乙木块的动量守恒C甲、乙两木块所组成系统的动量守恒D甲、乙两木块所组成系统的机械能守恒答案C一、动量守恒条件的理解1系统不受外力作用：这是一种理想化的情形2系统受外力作用，但所受合外力为零3系统受外力作用，但当系统所受的外力远小于系统内各物体间的内力时，系统的总动量近似守恒例如，抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间，弹片所受火药爆炸时的内力远大于其重力，重力可以完全忽略不计，系统的动量近似守恒4系统受外力作用，所受的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒例1(多选)如图5所示，A、B两物体质量之比mAmB32，原来静止在平板小车C上，A、B间有一根被压缩的弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，则下列说法正确的是()图5A若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统动量守恒B若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统动量守恒C若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成的系统动量守恒D若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统动量守恒答案BCD解析如果A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，弹簧释放后，A、B分别相对于小车向左、向右滑动，它们所受的滑动摩擦力fA向右，fB向左由于mAmB32，所以fAfB32，则A、B组成的系统所受的外力之和不为零，故其动量不守恒，A选项错；对A、B、C组成的系统，A、B与C间的摩擦力为内力，该系统所受的外力为竖直方向上的重力和支持力，它们的合力为零，故该系统的动量守恒，B、D选项均正确若A、B所受摩擦力大小相等，则A、B组成的系统的外力之和为零，故其动量守恒，C选项正确1动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统判断系统的动量是否守恒，与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系2判断系统的动量是否守恒，要注意守恒的条件是不受外力或所受合外力为零，因此要分清哪些力是内力，哪些力是外力3一般来说，系统的动量守恒时，系统内各物体的动量是变化的，但系统内各物体的动量的矢量和是不变的针对训练1如图6所示，小车与木箱紧挨着静放在光滑的水平冰面上，现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱，关于上述过程，下列说法正确的是()图6A男孩和木箱组成的系统动量守恒B小车与木箱组成的系统动量守恒C男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒D木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同答案C解析由动量守恒定律成立的条件可知男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒，选项A、B错误，C正确；木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量大小相等，方向相反，选项D错误二、动量守恒定律的简单应用1动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义：(1)pp：系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p.(2)m1v1m2v2m1v1m2v2：相互作用的两个物体组成的系统，作用前的动量和等于作用后的动量和(3)p1p2：相互作用的两个物体组成的系统，一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反(4)p0：系统总动量增量为零2应用动量守恒定律的解题步骤：例2将两个完全相同的磁铁(磁性极强)分别固定在质量相等的小车上，水平面光滑开始时甲车速度大小为3 m/s，乙车速度大小为2 m/s，方向相反并在同一直线上，如图7所示图7(1)当乙车速度为零时，甲车的速度多大？方向如何？(2)由于磁性极强，故两车不会相碰，那么两车的距离最小时，乙车的速度是多大？方向如何？答案(1)1 m/s方向向右(2)0.5 m/s方向向右解析两个小车及磁铁组成的系统在水平方向不受外力作用，两车之间的磁力是系统内力，系统动量守恒，设向右为正方向(1)v甲3 m/s，v乙2 m/s.据动量守恒得：mv甲mv乙mv甲，代入数据解得v甲v甲v乙(32) m/s1 m/s，方向向右(2)两车相距最小时，两车速度相同，设为v，由动量守恒得：mv甲mv乙mvmv.解得v m/s0.5 m/s，方向向右例3如图8所示，一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为()图8Av0v2 Bv0v2Cv0v2 Dv0(v0v2)答案D解析根据动量守恒定律有(m1m2)v0m1v1m2v2，可得v1v0(v0v2)，故选D.应用动量守恒定律解题，在规定正方向的前提下，要注意各已知速度的正负号，求解出未知速度的正负号，一定要指明速度方向针对训练2质量m110 g的小球在光滑的水平桌面上以30 cm/s的速率向右运动，恰遇上质量为m250 g的小球以10 cm/s的速率向左运动，碰撞后，小球m2恰好停止，则碰后小球m1的速度大小和方向如何？答案20 cm/s方向向左解析碰撞过程中，两小球组成的系统所受合外力为零，动量守恒设向右为正方向，则v130 cm/s，v210 cm/s；v20.由动量守恒定律列方程m1v1m2v2m1v1m2v2，代入数据解得v120 cm/s.故碰后小球m1的速度大小为20 cm/s，方向向左1(多选)如图9所示，在光滑水平地面上有A、B两个木块，A、B之间用一轻弹簧连接A靠在墙壁上，用力F向左推B使两木块之间的弹簧压缩并处于静止状态若突然撤去力F，则下列说法中正确的是()图9A木块A离开墙壁前，A、B和弹簧组成的系统动量守恒，机械能也守恒B木块A离开墙壁前，A、B和弹簧组成的系统动量不守恒，但机械能守恒C木块A离开墙壁后，A、B和弹簧组成的系统动量守恒，机械能也守恒D木块A离开墙壁后，A、B和弹簧组成的系统动量不守恒，但机械能守恒答案BC解析若突然撤去力F，木块A离开墙壁前，墙壁对木块A有作用力，所以A、B和弹簧组成的系统动量不守恒，但由于A没有离开墙壁，墙壁对木块A不做功，所以A、B和弹簧组成的系统机械能守恒，选项A错误，选项B正确；木块A离开墙壁后，A、B和弹簧组成的系统所受合外力为零，所以系统动量守恒且机械能守恒，选项C正确，选项D错误2解放军鱼雷快艇在南海海域附近执行任务，假设鱼雷快艇的总质量为M，以速度v前进，现沿快艇前进方向发射一颗质量为m的鱼雷后，快艇速度减为原来的，不计水的阻力，则鱼雷的发射速度为()A.v B.vC.v D.v答案A解析设快艇的速度方向为正方向，根据动量守恒定律有：Mv(Mm)vmv，解得vv.3如图10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()图10A木块的最终速度为v0B由于车上表面粗糙，小车和木块所组成的系统动量不守恒C车上表面越粗糙，木块减少的动量越多D车上表面越粗糙，小车获得的动量越多答案A解析由m和M组成的系统水平方向动量守恒易得A正确；m和M动量的变化与小车上表面的粗糙程度无关，因为车足够长，最终各自的动量与摩擦力大小无关4一辆质量m13.0103 kg的小货车因故障停在车道上，后面一辆质量m21.5103 kg的轿车来不及刹车，直接撞入货车尾部失去动力，相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了s6.75 m停下已知车轮与路面间的动摩擦因数0.6，求碰撞前轿车的速度大小(重力加速度取g10 m/s2)答案27 m/s解析由牛顿第二定律得ag6 m/s2v9 m/s，由动量守恒定律得m2v0(m1m2)vv0v27 m/s.一、选择题(17题为单选题，810题为多选题)1下列情形中，满足动量守恒条件的是()A用铁锤打击放在铁砧上的铁块，打击过程中，铁锤和铁块的总动量B子弹水平穿过放在光滑桌面上的木块的过程中，子弹和木块的总动量C子弹水平穿过墙壁的过程中，子弹和墙壁的总动量D棒击垒球的过程中，棒和垒球的总动量答案B解析A中竖直方向合力不为零；C中墙壁受地面的作用力；D中棒受人手的作用力，故合外力不为零，不符合动量守恒的条件2.如图1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()图1A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、机械能守恒答案B3某公路上发生一起交通事故，一辆质量为1 500 kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3 000 kg向北行驶的卡车，撞后两辆车接在一起，并向南滑行了一段距离后停止根据测速仪的测定，长途客车在撞前以20 m/s的速率行驶，由此可判断卡车碰前的行驶速率()A小于10 m/sB大于10 m/s，小于20 m/sC大于20 m/s，小于30 m/sD大于30 m/s，小于40 m/s答案A解析设长途客车和卡车的质量分别为m1、m2，撞前的速度大小分别为v1、v2，撞后共同速度为v，规定向南为正方向，根据动量守恒定律有m1v1m2v2(m1m2)v，又v0，则m1v1m2v20，代入数据得v210 m/s，故选项A正确4如图2所示，质量为M的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶，一质量为m的救生员站在船尾，相对小船静止若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中，则救生员跃出后小船的速率为()图2Av0v Bv0vCv0(v0v) Dv0(v0v)答案C解析小船和救生员组成的系统满足动量守恒：(Mm)v0m(v)Mv解得vv0(v0v)故C项正确，A、B、D项均错5设a、b两球相撞，碰撞前后都在同一直线上运动，若它们碰撞前的速度分别为va、vb，碰后的速度分别为va、vb，则两个小球的质量比mamb为()A. B.C. D.答案A解析根据动量守恒定律得mavambvbmavambvb，整理得，故A项正确，B、C、D项错误6质量为M的木块在光滑水平面上以速度v1水平向右运动，质量为m的子弹以速度v2水平向左射入木块，要使木块停下来，必须使发射子弹的数目为(子弹留在木块中不穿出)()A. B.C. D.答案C解析设发射子弹的数目为n，选择n颗子弹和木块M组成的系统为研究对象系统在水平方向所受的合外力为零，满足动量守恒的条件选子弹运动的方向为正方向，由动量守恒定律有：nmv2Mv10，得n，所以选项C正确7质量为2 kg的小车以2 m/s的速度沿光滑的水平面向右运动，若将质量为0.5 kg的砂袋以3 m/s的水平速度迎面扔上小车，则砂袋与小车一起运动的速度的大小和方向是()A1.0 m/s，向右 B1.0 m/s，向左C2.2 m/s，向右 D2.2 m/s，向左答案A解析取向右为正方向，设小车质量为m1，小车速度为v1，砂袋质量为m2，砂袋速度为v2，共同速度为v共，由动量守恒定律得m1v1m2v2(m1m2)v共，得v共1 m/s，方向向右，A项正确8两个小木块A和B中间夹着一轻质弹簧，用细线捆在一起，放在光滑的水平桌面上，松开细线后，木块A、B分别向左、右方向运动，离开桌面后做平抛运动，落地点与桌面边缘的水平距离分别为lA1 m，lB2 m，如图3所示，则下列说法正确的是()图3A木块A、B离开弹簧时的速度大小之比vAvB12B木块A、B的质量之比mAmB21C木块A、B离开弹簧时的动能之比EkAEkB12D弹簧对木块A、B的作用力大小之比FAFB12答案ABC解析A、B两木块脱离弹簧后做平抛运动，由平抛运动规律得：木块A、B离开弹簧时的速度之比为，A对；根据动量守恒定律得：mAvAmBvB0，因此，由此可知B正确；木块A、B离开弹簧时的动能之比为：，C正确；弹簧对木块A、B的作用力大小之比：1，D错9如图4所示，光滑的水平面上，质量为m1的小球以速度v与质量为m2的静止小球正碰，碰后两小球的速度大小都为v，方向相反，则两小球质量之比m1m2和碰撞前后动量变化量大小之比p1p2为()图4Am1m213 Bm1m211Cp1p213 Dp1p211答案AD10如图5所示，三辆完全相同的平板小车a、b、c成一直线排列，静止在光滑水平面上c车上有一小孩跳到b车上，接着又立即从b车跳到a车上小孩跳离c车和b车时对地的水平速度相同他跳到a车上相对a车保持静止，此后()图5Aa、b两车运动速率相等Ba、c两车运动速率相等C三辆车的速率关系vcvavbDa、c两车运动方向相反答案CD解析若人跳离b、c车时对地的水平速度为v，由动量守恒定律知：人和c车组成的系统：0M车vcm人v对人和b车：m人vM车vbm人v对人和a车：m人v(M车m人)va所以：vc，vb0，va即vcvavb，并且vc与va方向相反二、非选择题11a、b两个小球在一直线上发生碰撞，它们在碰撞前后的xt图象如图6所示若a球的质量ma1 kg，则b球的质量mb等于多少？图6答案2.5 kg解析由题图知va4 m/s，va1 m/s，vb0，