高中物理 1.5 自然界中的守恒定律同步备课课件 粤教版选修35.ppt

第一章碰撞与动量守恒第五节自然界中的守恒定律 栏目链接 1 理解所学过的守恒定律的内容 从守恒定律中认识到其本质是某种物理量保持不变 2 理解常见的几种模型并能结合守恒观点初步去解决问题 栏目链接 栏目链接 自然现象丰富多彩 物体运动千变万化 但总遵循着一定的规律 比如机械能守恒 能量守恒 动量守恒等 物理学研究表明守恒定律都来源于对称 守恒和对称是自然界最常见的现象和规律 也是物理学中的一部分 物理学的守恒定律闪耀着自然美的光辉 表现出物理学的简洁与和谐之美 在物理学中你能举出一些关系守恒与对称的例子吗 栏目链接 栏目链接 1 各种形式的能量可以相互转化 但总能量不变 可以说 的守恒是最重要的守恒形式 2 动量守恒定律通常是对相互作用的物体所构成的 而言的 适用于 的运动 3 物理学中各种各样的守恒定律 本质上就是某种 保持不变 例如能量守恒是对应着某种 中的不变性 动量守恒则对应着某种 中的不变性 栏目链接 能量 系统 任何形式 物理量 时间变换 空间变换 4 所谓对称 其本质也是具有某种 性 守恒定律来源于 物理规律的每一种对称性通常都相应于一种 5 物质世界三大守恒定律是指 三个方面 栏目链接 不变 对称 守恒定律 物质 能量 动量 栏目链接 知识点1对守恒定律的理解 1 守恒定律的特点 1 守恒定律并不告诉我们物体状态变化的全部细节 也不能判定某种变化是否会发生 也无法描述变化过程的快慢 2 守恒定律可以用来判断某个变化是否可能发生 以及一旦发生物体初 末状态间应满足什么样的关系 即在符合守恒条件时 可以不分析系统内相互作用过程的细节 而对系统的变化状态或一些问题作出判断 栏目链接 3 物理学中各种各样的守恒定律 本质上就是某种物理量保持不变 例如 在微观世界中我们对粒子之间的相互作用情况不清楚 但是仍然可以用守恒定律得出一些结论 当两个亚原子微粒碰撞时 由于对碰撞过程中的各种细节我们还缺乏完整而可靠的计算理论 因而事先并不能准确预知碰撞的结果 但却可以根据能量与动量守恒推断碰撞后是否会有未观察到的粒子产生 从而在实验中加以注意 进行检验 栏目链接 2 守恒与对称的关系 1 所谓对称 其本质也就是具有某种不变性 守恒定律来源于对称 物理规律的每一种对称 即不变性 通常都对应于一种守恒定律 对称和守恒这两个重要概念是紧密联系在一起的 2 物理规律的对称性就是某种物理状态或过程在一定的变换下 例如转动 平移等等 它所服从的物理规律不变 栏目链接 例1一辆小车静止在光滑水平面上 小车立柱上拴有一根长为l的轻绳 轻绳末端拴着一个小球 如图所示 现将小球拉至水平位置后自静止释放 小球摆动的过程中不计一切阻力 则下列说法中正确的是 栏目链接 栏目链接 a 小球摆动过程中机械能守恒b 小球开始摆动后 小球和小车组成的系统机械能守恒 动量守恒c 小球开始摆动后 小球和小车组成的系统机械能不守恒 动量不守恒d 小球开始摆动后 小球达最大速度时小车也同时达最大速度 解析 在小球下摆过程中 因小车运动 轻绳悬点移动 轻绳对小球做功不为零 故小球的机械能不守恒 但小球和小车组成的系统机械能是守恒的 小球在竖直方向上的动量是变化的 而小车无竖直动量 故系统在竖直方向上动量不守恒 但水平方向因无外力作用 水平方向上系统动量是守恒模 a b c均错误 小球在最低点时速度最大 由水平方向动量守恒可知 小车此时速度也为最大 故d正确 答案 d 栏目链接 课堂训练1 关于对自然界中的守恒定律的理解 下列说法不正确的是 a 守恒定律不能描述物体状态变化的全部细节 但能判断某种变化是否一定会发生b 守恒定律本质上就是某种物理量保持不变c 守恒定律来源于对称 物理规律的每一种对称性通常都对应一种守恒定律d 动量守恒定律对应着某种空间变换下的不变性 栏目链接 栏目链接 解析 守恒定律来源于对称 其本质上是某种物理量保持不变 例如能量守恒对应着某种时间变换中的不变性 动量守恒定律对应着某种空间变换下的不变性 故b c d对 守恒定律不能描述状态变化的全部细节 也不能判断某种变化是否一定发生 故a错 答案 a 知识点2解决动力学问题的方法 1 解决动力学问题的三个基本观点 1 力的观点 牛顿运动定律结合运动学规律解题 2 动量观点 用动量定理和动量守恒定律解题 3 能量观点 用动能定理和能量转化守恒定律解题 栏目链接 2 解决动力学问题方法的选择 1 研究某一物体所受力的瞬时作用与物体运动状态的关系时 一般用力的观点解题 2 研究某一个物体受到力的持续作用发生运动状态改变时 一般用动量定理和动能定理去解决问题 3 若研究的对象为一物体系统 且它们之间有相互作用 一般用动量守恒定律和能量守恒定律去解决问题 栏目链接 3 解决动力学问题的注意事项 在用动量和能量观点解题时 应分清物体或系统的运动过程 各个物理过程中动量 机械能是否守恒 不同能量之间的转化关系等 栏目链接 例2高射炮的炮筒与水平面的夹角 60 当它以v0 100m s的速度发射炮射时 炮身反冲后退 已知炮弹的质量m 10kg 炮身质量m 200kg 炮身与地面的动摩擦因数 0 2 则炮身后退多远才停下 栏目链接 栏目链接 课堂训练2 如图所示 足够长的小平板车b的质量为m 以速度v0向右在光滑水平面上运动 质量为m的物体a被轻放到车的右端 由于物体与车面之间的摩擦力f作用 a也运动起来 当a在车面上达到最大速度时以下判断错误的是 a 平板车的速度最小b 物体a不再受摩擦力作用c 在此过程 摩擦力的冲量为mv0d 此过程经历时间为 栏目链接 知识点3应用动量与能量求解滑块问题 滑块问题是常考的物理模型 题型多为力 电计算题 尽管试题所表述的物理过程较为简单 但它所表现出来的灵活性 知识的综合性 设问的技巧性和创新性都是值得称道的 滑块问题一般可分为两种 即力学中的滑块问题和电磁学中的带电滑块问题 在涉及运用动量守恒和能量守恒的习题中 主要是两个及两个以上滑块组成的系统 如滑块和小车 栏目链接 课堂训练 子弹和木块 滑块和箱子 磁场中导轨上的双滑竿 原子物理中的粒子间相互作用 等等 此类模型变化过程复杂 物理变量繁多 各物理量相互制约 解决动力学问题 一般有三种途径 牛顿第二定律和运动学公式 力的观点 动量定理和动量守恒定律 动量观点 动能定理 机械能守恒定律 功能关系 能的转化和守恒定律 能量观点 以上这三种观点俗称求解力学问题的三把 金钥匙 栏目链接 课堂训练 栏目链接 例3如右图所示 一质量为m 长为l的长方形木板b放在光滑的水平地面上 在其右端放一质量为m的小木块a m m 现以地面为参照系 给a和b以大小相等 方向相反的初速度 使a开始向左运动 b开始向右运动 但最后a刚好没有滑离b板 以地面为参照系 1 若已知a和b的初速度大小为v0 求它们最后的速度大小和方向 课堂训练 2 若初速度的大小未知 求小木块a向左运动到达的最远处 从地面上看 离出发点的距离 栏目链接 解析 方法一 用牛顿第二定律和运动学公式求解 a刚好没有滑离b板 表示当a滑到b板的最左端时 a b具有相同的速度 设此速度为v 经过时间为t a b间的滑动摩擦力为f 如右图所示 对a据牛顿第二定律和运动学公式有 可见a在运动过程中必须经历向左做减速运动直到速度为零 再向右做加速运动直到速度为v的两个阶段 设l1为a开始运动到速度变为零过程中向左运动的路程 l2为a从速度为零增加到速度为v的过程中向右运动的路程 l0为a从开始运动到刚好到达b的最左端的过程中b运动的路程 设a与b之间的滑动摩擦力为f 则由动能定理可得 课堂训练3 如图所示 质量为m 长为l的木板置于光滑的水平面上 质量为m的小物块以水平速度v0滑上木板左表面 已知木板与小物块的滑动摩擦因数为 o点是长木板ab的中点 问v0在什么范围内方能使小物块滑到ob间的任一点时停下来 知识点4应用动量与能量求解弹簧类问题 对两个 及两个以上 物体与弹簧组成的系统在相互作用过程中的问题 在能量变化方面 由于弹簧的伸长或压缩会具有相应的弹性势能 因而系统的总动能将发生变化 若系统所受的外力和除弹簧弹力以外的内力不做功 其动能的减少量 或增加量 等于弹簧弹性势能的增加量 或减少量 即系统总机械能守恒 若系统所受的外力和除弹簧弹力以外的内力做功 系统总机械能的改变量等于外力以及上述内力的做功之和 做功之和为正 系统总机械能增加 反之减少 栏目链接 课堂训练 在相互作用过程特征方面 弹簧伸长或压缩到最大限度时弹簧两端的物体具有相同速度 若系统内每个物体除弹簧的弹力外所受的合力为零 如光滑水平面的连结体问题 当弹簧为自然长度时 系统内弹簧的某一端的物体 如弹簧绷紧的系统由静止释放 具有最大速度 例4如图所示 栏目链接 课堂训练 坡道顶端距水平面高度为h 质量为m1的小物块a从坡道顶端由静止滑下 进入水平面上的滑道时无机械能损失 为使a制动 将轻弹簧的一端固定在水平滑道延长线m处的墙上 另一端与质量为m2挡板b相连 弹簧处于原长时 b恰位于滑道的末端o点 a与b碰撞时间极短 碰后结合在一起共同压缩弹簧 已知在om段a b与水平面间的动摩擦因数均为 其余各处的摩擦不计 重力加速度为g 求 栏目链接 课堂训练 栏目链接 课堂训练 栏目链接 课堂训练 栏目链接 课堂训练