粤教版选修35 第1章第五节自然界中的守恒定律 学案.doc

第五节自然界中的守恒定律学习目标重点难点1通过对物理学中的守恒定律的理解，体会自然界的和谐与统一2知道守恒与对称的关系，加深对以前学过的物理规律的认识重点：对已学过的守恒定律的理解难点：应用各种守恒定律处理实际问题1三大守恒定律物质守恒定律、_守恒定律和_守恒定律2守恒与不变的关系守恒定律的本质就是某种物理量_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下的不变性3守恒与对称的关系对称的本质，是具有某种_，守恒定律的本质，也是某种物理量_，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_对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的预习交流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？在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点答案：1能量动量2保持不变3不变性保持不变守恒定律预习交流：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一、动量守恒定律与机械能守恒定律的比较对于相互作用的物体组成的系统，动量守恒定律与机械能守恒定律的异同点是什么？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（1）因为两个守恒定律的守恒条件不同，系统的动量守恒时，机械能不一定守恒，系统的机械能守恒时，动量不一定守恒（2）那种见到力学问题就习惯运用牛顿运动定律解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二、动量、能量综合问题的求解1处理力学问题的基本规律有哪些？它们的适用条件各是什么？2利用动量和能量的观点解题时应注意哪些问题？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，然后自己刚好能回到高处a求男演员落地点c与o点的水平距离x已知男演员质量m1和女演员质量m2之比2，秋千的质量不计，秋千的摆长为r，c点比o点低5r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1（2011贵州遵义中学高二期末）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2（双选）（2011河南汤阳调研）如图所示，在质量为m的小车上挂有一单摆，摆球质量为m0，小车和单摆以恒定的速度v沿光滑水平地面运动，与位于正对面的质量为m的静止平板车发生碰撞，碰撞的时间极短，在此碰撞过程中，下列情况中可能发生的是（）a小车、平板车、摆球的速度都发生变化，分别变为v1、v2、v3，满足（mm）vmv1mv2m0v3b摆球的速度不变，小车和平板车的速度变为v1和v2，满足mvmv1mv2c摆球的速度不变，小车和平板车的速度都变为v，满足mv（mm）vd小车和摆球的速度都变为v1，平板车的速度变为v2，满足（mm0）v（mm0）v1mv23（双选）如图所示，在光滑的水平支持面上，有a、b两个小球a球动量为10 kgm/s，b球动量为12 kgm/sa球追上b球并相碰，碰撞后，a球动量变为8 kgm/s，方向没变，则a、b两球质量的比值可能为（）a0.5b0.6c0.65 d0.754质量为m的小球a以水平速度v与原来静止在光滑水平面上的质量为3m的小球b发生正碰，已知碰撞过程中a球的动能减少了75%，求碰撞后b球的速度提示：用最精炼的语言把你当堂掌握的核心知识的精华部分和基本技能的要领部分写下来并进行识记知识精华技能要领答案：活动与探究1：答案：迁移与应用1：b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。活动与探究2：1答案：（1）牛顿运动定律、动量关系、能量关系（2）若考查有关物理量的瞬时对应关系，需应用牛顿定律；若考查一个过程，三种方法都可以，但方法不同，处理问题的难易、繁简程度可能有很大的差别若研究对象为一个系统，应优先考虑两大守恒定律；若研究对象为单一物体，可优先考虑两个定理，特别是涉及时间问题时应优先考虑动量定理，涉及功和位移问题时应优先考虑动能定理两个守恒定律和两个定理只考查一个物理过程的始末两个状态有关物理量间的关系，对过程的细节不予细究，这正是它们的方便之处特别是对于变力做功问题，在中学阶段无法用牛顿定律处理时，就更显示出它们的优越性2答案：（1）动量定理和动量守恒定律是矢量表达式，还可写出分量表达式；而动能定理和能量守恒定律是标量表达式，绝无分量表达式（2）从研究对象上看，动量定理既可研究单体，又可研究系统，但高中阶段一般用于研究单体，动能定理在高中阶段只能用于研究单体（3）动量守恒定律和能量守恒定律是自然界最普遍的规律，它们研究的是物体系统，在力学中解题时必须注意动量守恒的条件及机械能守恒的条件迁移与应用2：答案：8r解析：设分离前男女演员在秋千最低点b的速度为v0，由机械能守恒定律：（m1m2）gr（m1m2）v设刚分离时男演员速度的大小为v1，方向与v0相同，女演员速度的大小为v2，方向与v0相反，由动量守恒有（m1m2）v0m1v1m2v2，分离后，男演员做平抛运动，设男演员从被推出到落在c点所需的时间为t，根据题给条件，由运动学规律，4rgt2，xv1t根据题给条件，女演员刚好回到a点，由机械能守恒定律，m2grm2v已知m12m2，由以上各式可得x8r当堂检测1c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2bc解析：由于水平地面光滑，在小车与平板车碰撞前，小车与摆球在水平方向上做匀速直线运动，因此挂摆球的悬线处于竖直方向小车与平板车的碰撞时间极短，因此悬线仍处于竖直方向上，摆球在水平方向上不受力，所以摆球水平方向的动量不变，即速度不变，故a和d选项不正确由于碰撞过程中，摆球悬线竖直，且水平面光滑，因此小车与平板车在碰撞过程中动量守恒但由于碰后小车与平板车的运动状态不确定，因而应有小车与平板车碰撞后分开和不分开两种可能性若碰撞后小车与平板车分开，设小车速度为v1，平板车速度为v2，由动量守恒定律有：mvmv1mv2，所以b选项正确若碰撞后小车与平板车不分开，设共同速度为v，由动量守恒定律有mv（mm）v，所以c选项正确3bc解析：a、b两球同向运动，a球要追上b球要有条件vavb两球碰撞过程中动量守恒，且动能不会增加，碰撞结束要有条件vbva由vavb得，即0.83由