江苏省高考物理大一轮复习第十四章（选修3-5）1动量守恒定律及其应用课件.ppt

第十四章选修3 5 第1讲动量守恒定律及其应用 2 碰撞可能有很多情形 两个质量相同的物体相碰撞 两个质量相差很大的物体相碰撞 两个速度大小相同 方向相反的物体相碰撞 一个运动物体与一个静止物体相碰撞 两个物体碰撞时 可能碰后分开 也可能粘在一起不再分开等 3 寻找不变量 在各种碰撞的情况下都不改变 2 方案二 利用等长悬线悬挂等大的小球实现一维碰撞 质量的测量 用天平测量 速度的测量 可以测量小球被拉起的角度 从而算出碰撞前对应小球的速度 测量碰撞后小球摆起的角度 算出碰撞后对应小球的速度 不同碰撞情况的实现 用贴胶布的方法增大两球碰撞时的能量损失 白纸在下 复写纸在上 在适当位置铺放好 记下重垂线所指的位置O 不放被撞小球 让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下 重复10次 用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面 圆心P就是小球落点的平均位置 把被撞小球放在斜槽末端 让入射小球从斜槽同一高度自由滚下 使它们发生碰撞 重复实验10次 用步骤 的方法标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N 如图所示 3 动量 运动物体的 和 的乘积 公式为p 4 动量守恒定律 一个系统不受 或者所受 为零 则这个系统的总动量保持不变 5 碰撞 两个物体在 时间内发生相互作用 这种情况称为碰撞 质量 速度 mv 外力 外力的矢量和 极短 6 分类 1 从形式分 对心碰撞 碰撞前后物体的速度在 上 非对心碰撞 碰撞前后物体的速度不在 上 2 从能量分 完全弹性碰撞 在弹性力作用下 系统内只产生机械能的 无机械能损失 非弹性碰撞 受非弹性力作用 使 机械能转化为物体内能 一条直线 一条直线 转移 部分 1 动量 1 动量是描述物体运动的量 定义为物体质量和运动速度的乘积 符号是p 即p mv 2 动量是矢量 它的方向与物体运动的速度方向相同 在一维问题中 用正 负号表示动量的方向 3 动量是状态量 p mv中的速度是瞬时速度 通常以地面为参考系 4 在国际单位中 动量的单位是kg m s 对动量概念的理解 2 动量的变化量 1 在一个过程中物体末状态的动量与初状态的动量的矢量差叫物体动量的变化 用 p表示 2 动量的变化 p是一个矢量 它的方向可以由初 末状态的动量大小及方向确定 初动量p 动量变化 p和末动量p 满足平行四边形关系 即以表示p和 p的有向线段为邻边作平行四边形 其对角线表示的就是末动量p 在一维情况下 可以规定一个正方向 用正 负号表示初 末动量的方向 则 p p p 3 动量的变化 p是一个过程量 它与一个物理过程相对应 3 动量 动能 动量变化量的比较 典题演示1下列关于动量及其变化的说法中 正确的是 A 两物体的动量相等 动能也一定相等B 物体动能发生变化 动量也一定发生变化C 动量变化的方向一定与初 末动量的方向都不同D 动量变化的大小不可能等于初 末状态动量大小之和 B 1 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 该式说明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 要选取正方向 将矢量运算转化为代数运算 对动量守恒定律的理解与应用 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 动量守恒定律的适用对象是系统 注意成立的条件是系统不受外力或所受外力为零 因此 要分清系统中的物体所受的力哪些是内力 哪些是外力 在同一物理过程中 系统的动量是否守恒 与系统的选取密切相关 因此 利用动量守恒定律解决问题时 一定要明确在哪些过程中哪些物体组成的系统的动量是守恒的 也就是要明确研究对象和研究过程 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 2 动量守恒定律的不同表达形式 1 p p 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 m1v1 m2v2 m1v 1 m2v 2 相互作用的两个物体组成的系统 作用前的动量的矢量和等于作用后的动量的矢量和 3 p1 p2 相互作用的两个物体动量的增量等大反向 4 p 0 系统总动量的增量为零 3 应用动量守恒定律解题的步骤 1 明确研究对象 确定系统的组成 系统包括哪几个物体及研究的过程 2 进行受力分析 判断系统动量是否守恒 或某一方向上动量是否守恒 3 规定正方向 确定初 末状态的动量 4 由动量守恒定律列出方程 5 代入数据求出结果 必要时讨论说明 典题演示2 2016 南京 盐城 连云港二模 如图所示 木块A和半径r 0 5m的四分之一光滑圆轨道B静置于光滑水平面上 A B质量mA mB 2 0kg 现让A以v0 6m s的速度水平向右运动 之后与墙壁碰撞 碰撞时间为t 0 2s 碰后速度大小变为v1 4m s 取重力加速度g 10m s2 求 1 A与墙壁碰撞过程中 墙壁对木块平均作用力的大小 答案 100N 2 A滑上圆轨道B后到达最大高度时的共同速度大小 答案 2m s 解析 1 A与墙碰撞过程 规定水平向左为正 对A由动量定理有Ft mAv1 mA v0 解得F 100N 2 A从返回到滑上B到最高度的过程 A B系统水平方向动量守恒有mAv1 mA mB v2 解得v2 2m s 典题演示3 2015 南通一模 如图所示 A和B两小车静止在光滑的水平面上 质量分别为m1 m2 A车上有一质量为m0的人 以速度v0水平向右跳上B车 并与B车相对静止 求 1 人跳离A车后 A车的速度大小和方向 2 人跳上B车后 A B两车的速度大小之比 弹性碰撞与非弹性碰撞 3 一般碰撞 动量守恒 动能有损失 4 碰撞现象满足的三个规律 1 动量守恒 2 机械能不增加 3 速度要合理 若碰前两物体同向运动 则应有v后 v前 碰后原来在前的物体速度一定增大 若碰后两物体同向运动 则应有v 前 v 后 若碰前两物体相向运动 碰后两物体的运动方向不可能都不改变 典题演示4 2016 苏锡常镇三模 在某次斯诺克比赛中 白球以4m s速度推出 与正前方另一静止的相同质量的红球发生对心正碰 碰撞后红球的速度为3m s 运动方向与白球碰前的运动方向相同 不计球与桌面间的摩擦 1 求碰后瞬间白球的速度 答案 1m s 2 试通过计算说明该碰撞是弹性碰撞还是非弹性碰撞 答案 略 典题演示5 2016 苏北四市一模 光滑水平面上质量为1kg的小球A以2 0m s的速度与同向运动的速度为1 0m s 质量为2kg的大小相同的小球B发生正碰 碰撞后小球B以1 5m s的速度运动 求 1 碰后A球的速度 答案 1 0m s 2 碰撞过程中A B系统损失的机械能 答案 0 25J 实验有四个基本设计方案 实验注意事项为 1 若利用气垫导轨进行实验 调整气垫导轨时 注意利用水平仪确保导轨水平 2 若利用摆球进行实验 两小球静止悬挂时球心应在同一水平线上 且刚好接触 摆线竖直 将小球拉起后 两条摆线应在同一竖直面内 3 若利用长木板进行实验 可在长木板下垫一小木片用来平衡摩擦力 4 若利用斜槽进行实验 安装实验装置时 应注意调整斜槽使其底端水平 探究动量守恒的实验思路 典题演示6某同学设计了一个 用电磁打点计时器验证动量守恒定律 的实验 在小车A的前端黏有橡皮泥 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相碰并合成一体 继续做匀速运动 他设计的装置如图甲所示 在小车A后连着纸带 电磁打点计时器所用电源频率为50Hz 长木板下垫着小木片以平衡摩擦力 1 若已测得打点纸带如图乙所示 并测得各计数点的间距 已标在图上 A为运动的起点 则应选 段来计算A碰前的速度 应选 段来计算A和B碰后的共同速度 以上两空填 AB BC CD 或 DE 2 已测得小车A的质量m1 0 4kg 小车B的质量m2 0 2kg 则碰前两小车的总动量为 kg m s 碰后两小车的总动量为 kg m s BC DE 0 420 0 417 解析 1 从分析纸带上打点情况看 BC段既表示小车做匀速运动 又表示小车有较大速度 因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况 应选用BC段计算A的碰前速度 从CD段打点情况看 小车的运动情况还没稳定 而在DE段小车运动稳定 故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度 1 如图所示 木块a和b用一根轻弹簧连接起来 放在光滑水平面上 a紧靠在墙壁上 在b上施加向左的水平力使轻质弹簧压缩 对a b和轻弹簧组成的系统 当撤去外力后 下列说法中正确的是 A a尚未离开墙壁前 系统动量守恒B a尚未离开墙壁前 系统动量不守恒C a离开墙壁后 系统动量守恒D a离开墙壁后 系统动量不守恒 BC 解析 动量守恒定律的适用条件是不受外力或所受合外力为零 a尚未离开墙壁前 系统受到墙壁对它的作用力 不满足动量守恒条件 a离开墙壁后 系统所受合外力为零 动量守恒 CD 解析 根据甲 乙二人和小车构成的系统动量守恒 由题知小车向右运动 表明甲 乙二人的总动量向左 从数值上 乙的动量大于甲的动量 C D正确 甲 乙的质量和速度无法判断 故A B错误 C 4 2016 南通 扬州 泰州三模 如图所示 在橄榄球比赛中 质量为100kg的橄榄球前锋以vA 5m s的速度跑动 想穿越防守队员到底线触地得分 就在他刚要到底线时 迎面撞上了对方两名质量均为75kg的球员 一个速度vB 2m s 另一个速度vC 4m s 他们腾空扭在了一起 他们碰撞后瞬间的速度大小约是 m s 在此过程中三名球员的总机械能 填 增大 不变 或 减小 0 2 减小 5 2016 苏北四市三模 质量为2