粤教高中物理选修(3-5)第一章《物体的碰撞动量动量守恒定律》学案

1、11 / 132019最新粤教版高中物理选修(3-5)第一章物体的碰撞 动量动量守恒定律学案学习目标定位1.探究物体弹性碰撞的一些特点 ，知道弹性碰撞和非弹性碰撞 .2.理解动量、冲量的概念，知道动量的变化量也是矢量 .3.理解动量定理的确切含义，会用其来 解释和计算碰撞、缓冲等现象.盘故谓本溯源 推阵方可知新知识储备区121.动能的表达式R=2mv,动能是标量.Vt V02,牛顿第二定律的表达式 F=ma加速度a = t新知呈现3 .正碰和斜碰：两个小球的碰撞，作用前后沿同一直线运动，称为正碰;两个小球的碰撞，作用前后不沿同一直线运动 ，称为斜碰.4 .碰撞：碰撞就是两个或两个以上的物体在相

2、遇的极短时回内产生非常大的相互作用 的过程.其最主要特点是：相互作用时间厘,作用力变化快和作用力峰值大等.5 .弹性碰撞和非弹性碰撞(1)若两个小球碰撞后形变能完全恢复，则没有能量损失，碰撞前后两个小球构成的系统 的动能相等，我们称它为弹性碰撞.(2)若两个球碰撞后它们的形变不育贫全恢复原状，这时将有一部分动能最终会转变为其他形式的能(如热能)，碰撞前后系统的动能不再相等 ，我们称它为非弹性碰撞.6 .冲量和动量物理学中,物体受到的力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量.而运动物体的质量和它_的速度的乘积叫做物体的动量.动量是一个矢量，用符号p表示.它的方向和速度的方向相同.在国际单位制中,动量的

3、单位是千克米每秒，符号是kg m-s 1.7 .动量定理物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量，这个关系叫做动量定理，其表达式为F A t = mv' mv解决学生疑难点:基此自学落实 重点互动探究学习探究区一、弹性碰撞和非弹性碰撞问题设计演示实验：小明用如图 1所示装置做实验.图1(1)如图1所示，让橡皮球 A与另一静止的橡皮球 B相碰，两橡皮球的质量相等，会看到什么现象？两橡皮球碰撞过程中总动能相等吗？(2)小明在A B两球的表面涂上等质量的橡皮泥，再重复实验(1),可以看到什么现象？若两橡皮球粘在一起上升的高度为橡皮球A摆下时的高度的1,则碰撞过程中总动能相4等吗？答案(1)可看

4、到碰撞后橡皮球 A停止运动，橡皮球B摆到橡皮球 A开始时的高度；根 据机械能守恒定律知，碰撞后橡皮球 B获得的速度与碰撞前橡皮球 A的速度相等，这说 明碰撞中A、B两球的总动能相等.(2)可以看到碰撞后两球粘在一起，摆动的高度减小.碰前总动能&=mgh,h 1碰后总动能 & =2mg 4=2mgh因为所以碰撞过程中总动能减少.要点提炼1 .弹性碰撞：两个物体碰撞后形变能够完全恢复，碰撞后没有动能转化为其他形式的能量，则碰撞前后两物体构成的系统的动能相等3a碰撞也称为完全弹性碰撞.2 .非弹性碰撞：两个物体碰撞后形变不能完全恢复，该过程有动能转化为其他形式的能量,总动能减少.非弹

5、性碰撞的特例:两物体碰撞后粘在一起以共同的速度运动,该碰撞称为完全非弹性碰撞，碰撞过程能量损失最多. 二、动量及其变化 问题设计假定一个质量为 m的物体，初速度为v,在合力F(恒力)的作用下，经过一段时间 A t后， 速度变为v'.求这一过程中 m v、v'、F、At的关系., 、 一一，一 ， ， 、 v - v答案 在这一过程中物体的加速度 a= A tm v' - v由牛顿第二定律F= ma=-A t整理得 F , A t = mv' - mv要点提炼1 .冲量冲量的定义式：I =F- At .冲量是经t，方向与力F的方向相同.(2)冲量是过程(填“过程”

6、或“状态”)量，反映的是力在一段时间内的积累效果.2 .动量(1)动量的定义式：p=mv动量是至曼，方向与速度v的方向相同.(2)动量是状态(填“过程”或“状态”)量，进行运算时必须明确是哪个物体在哪一状 态(时刻)的动量.，一一，一 一1动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，它们的表达式分别为p= mv和E<=mv.动量是矢量，而动能是标量.当速度发生变化时,物体的动量发生变化，而动能不一定发生变化.(4)动量的变化(A p)A p= p' p为矢量式.若p'、p不在一条直线上，要用平行四边形定则求矢量差.若p'、p在一条直线上，先规定正方向，再用正、负号表示

7、 p'、p的方向，则可用 A p= p' p = mv mv并行代数运算.动量变化的方向：与速度变化的方向相同.3 .动量定理(1)动量定理的数学表达式：F-At = mv-mv，其中F为物体受到的合外力.(2)对动量定理的理解动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因.动量定理的表达式是矢量式 ，运用动量定理解题时，要注意规定正方向.公式中的F是物体所受的合外力，若合外力是变力，则F应是合外力在作用时间内的 平均值.X典例精析一、对碰撞的理解例1 一个质量为2 kg的小球A以Vo=3 m/s的速度与一个静止的、质量为 1 kg的 小球B正碰,试根据以下数据，分析碰撞性质：(1

8、)碰后小球 A B的速度均为2 m/s；(2)碰后小球 A的速度为1 m/s,小球B的速度为4 m/s.1 2解析 碰前系统的动能 Ek0 = 2mv0 =9 J.(1)当碰后小球A、B速度均为2 m/s时，碰后系统的动能E= !mvA2+ rravB2 221 .2 1.= (2X2X2 +2X1X2 )J=6 J<Eo故该碰撞为非弹性碰撞.(2)当碰后Va' = 1 m/s, Vb' = 4 m/s时，碰后系统的动能1 ° 1°1° 1°E/ = 2nAVA' +2mVB' =(2X2X1 + - x 1 x4

9、)J = 9 J = Eko,故该碰撞为弹性碰撞.答案(1)非弹性碰撞(2)弹性碰撞二、对动量及其变化量的理解例2羽毛球是速度较快的球类运动之一，运动员扣杀羽毛球的速度可达到 342 km/h,假设球飞来白速度为90 km/h,运动员将球以 342 km/h的速度反向击回.设羽毛球的质量为5 g,试求：(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量.(2)在运动员的这次扣杀中，羽毛球的速度变化、动能变化各是多少？解析(1)以球飞来的方向为正方向，则_- 390 , ,P1=mv=5X10 x " kg - m/s=0.125 kgm/s3.6S= mv= 5X 10 3x 34 kg m/

10、s= 0.475 kg m/s 3.6所以动量的变化量 A p= p2 pi = 0.475 kg m/s 0.125 kg m/s = 0.600 kg m/s.即羽毛球的动量变化量大小为0.600 kg m/s,方向与球飞来的方向相反.(2)羽毛球的初速度：v=25 m/s,羽毛球的末速度：v' = 95 m/s,所以Av=v' v = 120 m/s.羽毛球的初动能：11cE=2mV=1.56 J,羽毛球的末动能：=2mv 2=22.56 J .所以 AEk=Ek, - E =21 J.答案 (1)0.600 kg m/s,方向与球飞来的方向相反(2)120 m/s,方向

11、与初速度方向相反21 J三、动量定理的应用例3质量为0.5 kg的弹性小球，从1.25 m高处自由下落，与地板碰撞后回跳高度为0.8 m, g 取 10 m/s 2.(1)若地板对小球的平均冲力大小为100 N,求小球与地板的碰撞时间.(2)若小球与地板碰撞无机械能损失,碰撞时间为0.1 s,求小球对地板的平均冲力.解析(1)碰撞前的速度:V1 = 42ghi = 5 m/s碰撞后的速度：方向向下V2= 42gh2= 4 m/s取竖直向上为正方向方向向上,如图所示，碰撞过程由动量定理得:(F mg A t = mv ( mv)解得 At =0.047 s(2)由于小球与地板碰撞无机械能损失，故

12、碰撞后小球的速度：V2' = 5 m/s,方向向上取竖直向上为正方向，由动量定理得(F' mg A t' = mv' ( mv)解得F' =55 N由牛顿第三定律得小球对地板的平均冲力大小为答案 （1）0.047 s （2）55 N,方向竖直向下55 N,方向竖直向下.课堂要点小结特点：作用时间短作用力变化快碰撞（作用力峰值大I”弹性碰撞分类:I非弹性碰撞物体的碰撞动量冲量：力与作用时间的乘积：I=F, At方向与力的方向相同动量：质量与速度的乘积：p=mv方向与速度的方向相同动量定理：F A t = mv' mv自我检测区检测学习效果悔验成功快

13、乐1.（单选）关于常见的碰撞的分类，下列说法错误的是（）A.碰撞前后两物体的总动能不变的碰撞，叫弹性碰撞B.碰撞前后两物体的总动能减少的碰撞，叫非弹性碰撞C.碰撞前后两物体的总动能增加的碰撞，叫非弹性碰撞D.碰撞后两物体具有共同速度的碰撞，叫完全非弹性碰撞答案 C解析常见的碰撞是按照碰撞前后总动能的变化进行分类的，总动能减少的一类碰撞叫非弹性碰撞，碰撞后两物体具有共同速度 ，总动能减少的最多，则叫完全非弹性碰撞.另一类是碰撞前后动能守恒，这类碰撞叫做弹性碰撞，或者叫完全弹性碰撞.故 C错,A、B D正确.2.（单选）关于物体的动量，下列说法中正确的是（）A.运动物体在任一日刻的动量方向，一定是

14、该时刻的速度方向B.物体的加速度不变，其动量一定不变C.动量越大的物体，其速度一定越大D.动量越大的物体，其惯性一定越大 答案 A解析本题侧重于准确理解动量的概念.动量具有瞬时性，任一时刻物体动量的方向，即为该时刻的速度方向，选项A正确.加速度不变，则物体速度的变化率恒定，物体的速 度均匀变化，故其动量也均匀变化，选项B错误.物体动量的大小由物体质量及速度的 大小共同决定，不是只由物体的速度决定的，故物体的动量大，其速度不一定大，选项C错误.惯性由物体的质量决定 ，物体的动量越大，其质量并不一定越大，惯性也不一定越 大，故选项D错误.3.(双选)关于动量的变化量，下列说法中正确的是()A.做直

15、线运动的物体速度增大时，动量的增量 A p与速度的方向相同B.做直线运动的物体速度减小时，动量的增量 A p与运动方向相同C.物体的速度大小不变时，动量的增量Ap为零D.物体做曲线运动时，动量的增量Ap 一定不为零答案 AD解析当做直线运动的物体速度增大时，其末动量8大于初动量pi,由矢量的运算法则 可知A p= p2pi>0,与速度方向相同，如图甲所示,选项A正确；当做直线运动的物体 速度减小时，A p= p>2pi V 0,即p2pi,如图乙所示，此时 A p与物体的运动方向相反， 选项B错误；当物体的速度大小不变时，动量可能不变化，即Ap=0,也有可能动量大小不变而方向变化，

16、此种情况 Apw0,选项C错误；物体做曲线运动时，速度的方向不 断变化，故动量一定变化，A p一定不为零，如图丙所示，选项D正确.4.(单选)质量为m的钢球自高处落下，以速率vi碰地，竖直向上弹回，碰撞时间为At,离地时的速率为V2,在碰撞过程中，地面对钢球的冲量方向和大小为()A.向下，m(vi V2)m8 tB.向下，m(vi + v2)m8 tC.向上，m(vi V2)m8 tD.向上，m(vi + v2)+m8 t答案 D解析 取竖直向上为正方向，如图所示，由动量定理I = Ap得（F mg At = mvm（ vi）即 I f- mg t = n(v2 + vi) .则 I f= m

17、 V2+ vi) + mg t,方向向上.40分钟课时作业概念规律题组1.（双选）下列关于动量的说法中，正确的是（）A.物体的动量越大，其惯性也越大B.做匀速圆周运动的物体，其动量不变C. 一个物体的速率改变，它的动量一定改变D. 一个物体的运动状态发生变化，它的动量一定改变答案 CD解析 因为p=mv所以动量越大，质量不一定越大，故其惯性也不一定越大，A错.做匀 速圆周运动的物体速度的方向时刻变化，所以其动量时刻变化，B错.速度的大小、方向有一个量发生变化都认为速度变化，动量也变化,C对.运动状态发生变化即速度发生变化,D对.2.（双选）对下列物理现象的解释，正确的是（）A.击钉时，不用橡皮

18、锤仅仅是因为橡皮锤太轻B.跳远时，在沙坑里填沙，是为了减小冲量C.易碎品运输时，要用柔软材料包装，船舷常常悬挂旧轮胎，都是为了延长作用时间，减 小作用力D.在车内推车推不动，是因为合外力冲量为零答案 CD解析 击钉时，不用橡皮锤是因为橡皮锤与钉子的作用时间长；跳远时，在沙坑里填沙，是为了延长人与地的接触时间 ，所以A B不正确；据动量定理 F- At = Ap知，当Ap 相同时，At越长，作用力越小，故C正确；车能否移动或运动状态能否改变取决于外力 的作用，与内部作用无关，所以D正确.3.（单选）物体在恒定的合力 F作用下做直线运动，在时间Ati内速度由0增大到v,在时间At 2内速度由v增大

19、到2v.设F在At 1内做的功是W,冲量是Il；在At 2内做的功是W,冲量是I 2.那么（）A. Iivl2,W = W B , I1VI2, Wv WC. Ii=l2,W = W D . Ii=l2, WvW答案 D解析在 Ati 内，Ii = FAti = mv- 0 = mv在 At2内，l2=FAt2 = 2mv- mv= mv所以Il=l2,1 21, _ ,21232又因为 W= 2mv, W= 2m2 v） -2mv=2mv,所以Wv W,选项D正确.4.（单选）质量为m的木箱放置在光滑的水平地面上，在与水平方向成 0角的恒定拉力F作用下由静止开始运动，经过时间t速度变为v,则

20、在这段时间内拉力F与重力的冲量大小分别为（）A. Ft, 0 B . Ftcos 0 ,0C. mvmgt D . Ft, mgt答案 D解析 力F的冲量就是F与时间t的乘积，即I f= Ft；重力的冲量就是重力与时间t的乘积，即I g= mgt,故选D.5.（双选）如图1所示，把重物G压在纸带上，用一水平力缓慢拉动纸带，重物跟着一起运动，若迅速拉动纸带，纸带将会从重物下抽出，则关于这些现象，下列说法正确的是（）A.在缓慢拉动纸带时B.在迅速拉动纸带时C.在缓慢拉动纸带时,重物和纸带间摩擦力小,纸带给重物的摩擦力大,纸带给重物的冲量大D.在迅速拉动纸带时，纸带给重物的冲量小答案 CD解析 在缓

21、慢拉动纸带时，重物与纸带之间是静摩擦力，在迅速拉动纸带时，它们之间是 滑动摩擦力，静摩擦力与滑动摩擦力可认为相同.缓慢拉动纸带时，作用时间长，摩擦力的冲量大，重物的动量变化大，所以重物跟随纸带一起运动；迅速拉动纸带时 ，作用时间 短，滑动摩擦力的冲量小，重物的动量变化小，所以重物几乎不动.6 .（双选）“神舟七号”飞船的成功着陆，标志着我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术并能够进行太空行走的国家.为了保证航天员的安全，飞船上使用了降落伞、反推火箭、缓冲座椅三大法宝，在距离地面大约1m时，返回舱的4个反推火箭点火工作，返回舱速度一下子降到了2 m/s以内,随后又渐渐降到1 m/s,最终安全着

22、陆.把返回舱离地1 m开始到完全着陆称为着地过程，则关于反推火箭的作用，下列说法正确的 是（）A.减小着地过程中返回舱和航天员的动量变化 B.减小着地过程中返回舱和航天员所受的冲量 C.延长着地过程的作用时间D.减小着地过程返回舱和航天员所受的平均冲力答案 CD解析 反推火箭并没有改变返回舱的动量变化，所以由动量定理得，返回舱所受冲量不变，只是作用时间延长，平均冲力减小.7 .（单选）质量为1 kg的物体做直线运动，其速度图象如图 2所示.则物体在前 10 s 内和后10 s内所受外力的冲量分别是（）图2A. 10 N s,10 N - sB. 10 N - s, -10 N sC. 0,10

23、 N - sD. 0, -10 N s答案 D解析 由题图可知，在前10 s内物体初、末状态的动量相等，p1=R = 5 kg m/s,由动量定理知 11=0;在后 10 s 内 6= 5 kg m/s, l2=p3-p2=-10 N - s,故选 D.方法技巧题组8.（单选）如图3所示，运动员挥拍将质量为m的网球击出.如果网球被拍子击出前、后瞬间速度的大小分别为Vi、V2,Vi与V2方向相反，且V2>Vi.忽略网球的重力，则此过程中拍子对网球作用力的冲量()图3A.大小为m(V2 vi),方向与vi方向相同8 .大小为m(V2+vi),方向与vi方向相同C.大小为m(V2-vi),方向

24、与V2方向相同D.大小为m(v2+ vi),方向与v2方向相同答案 D解析 在球拍拍打网的过程中，选取v2方向为正方向，对网球运用动量定理有 I = mv (mv) = Mv2+vi),即拍子对网球作用力的冲量大小为mv2+vi),方向与v2方向相同.本题答案为D.9 .蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目.一个质量为60 kg的运动员，从离水平网面3.2 m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回 到离水平网面 5.0 m高处.已知运动员与网接触的时间为i.2 s .若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小.(g取i0 m/s 2)答案 i.5Xi

25、03 N解析 将运动员看做质量为m的质点，从高hi处下落，刚接触网时速度的大小vi =V2ghi(竖直向下).弹跳后到达的高度为 h2,刚离网时速度的大小 v2= «2gh2(竖直向上).选向上为正方向.由动量定理得(F mg At = m v2-( - vi)2gh2：2ghi由以上各式解得F= m/m g At g代入数据得F= i.5xi03 Ni0.质量 m= 70 kg的撑竿跳高运动员从 h= 5.0 m高处落到海绵垫子上，经Ati=i s 后停止，则该运动员身体受到的平均冲力约为多少？如果是落到普通沙坑中，经At2 =0.i s停下，则沙坑对运动员的平均冲力约为多少？(g取i0 m/s 2)答案 i 400 N 7 700 Nii / i3解析 以全过程为研究对象，初、末动量的数值都是0,所以运动员的动量变化量为零 ，根据动量定理，合力的冲量为零，根据自由落体运动的知识，运动员下落的时间是t =下落到海绵垫子上时,mgt + Ati) F Ati=0代入数据，解得"F = 1 400 N下落到沙坑中，mgt+ At。一"F= At 2=0代入数据，解得Fp = 7 700 N.创新应用题组11. (1)质量为0.6 kg的球沿地面向东运动，速度大小为10 m/s.经过一段时间，球向东的速度减小为8 m/s.