高中物理-动量守恒定律教学课件设计

3动量守恒定律主题1对动量守恒定律的理解研读教材·自主认知1.系统、内力和外力:(1)系统:相互作用的两个或多个物体组成一个_____。(2)内力:系统_____物体间的相互作用力。(3)外力:系统_____的物体对系统的作用力。整体内部以外2.动量守恒定律:(1)内容:如果一个系统不受_____,或者所受_____的矢量和为0,这个系统的总动量_________。(2)表达式:对两个物体组成的系统,常写成:p1+p2=_________或m1v1+m2v2=____________。(3)适用条件:系统不受_____或者所受_____的矢量和为零。外力外力保持不变p1′+p2′m1v1′+m2v2′外力外力合作探究·核心归纳探究点1:动量守恒定律甲乙情景1:如图甲所示,人用弹簧在水平地面上拉箱子。情景2:在光滑水平面上做匀速运动的两个小球。根据上述情景讨论下列问题:(1)图甲中,木箱、弹簧和人组成一个系统,受到重力、支持力、摩擦力和弹簧弹力作用,哪些是内力?哪些是外力?提示:重力、支持力、摩擦力的施力物体分别是地球和地面,是外力;弹簧弹力是系统内物体间的作用力,是内力。(2)一个力对某系统来说是外力,这个力能变成内力吗?提示:能。要看所选择的系统,一个力对A系统是外力,对B系统可能就是内力,如发射炮弹时,地面对炮车的力针对炮弹和炮车组成的系统是外力,但选取炮弹、炮车及地球为系统,则地面对炮车的力为内力。(3)在情景2中,设两小球质量分别是m1和m2,沿着同一直线向相同的方向运动,速度分别是v1和v2,且v1<v2,经过一段时间后,m2追上了m1,两球发生碰撞,碰撞后的速度分别是v′1和v′2。试推导m1、m2在碰撞前后是否满足动量守恒定律。提示:设两个小球在碰撞过程中所受到的平均作用力分别为F1和F2,对第一、二个小球分别应用动量定理:F1t=m1v′1-m1v1,F2t=m2v′2-m2v2由牛顿第三定律:F1=-F2联立解得:m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2即:p1+p2=p′1+p′2探究点2:探究动量守恒定律的条件情景1:如图甲所示,在光滑水平面上发生正碰的两物体。情景2:如图乙所示,小车A、B静止在光滑水平面上。情景3:如图丙所示,速度为v0的物体滑上光滑水平面上的小车。结合上述情景讨论下列问题:(1)图甲中,两物体受哪些力作用?系统动量守恒吗?提示:两物体发生正碰时,它们之间的相互作用力是内力。物体还受到重力和桌面对它们的支持力,是外力。由于外力的合力为零,故系统动量守恒。(2)图乙中,烧断细线后,两小车受弹簧弹力的作用,系统动量守恒吗?提示:烧断细线后,弹簧弹力是内力,系统所受外力的合力为零,系统动量守恒。(3)图丙中,物体与小车组成的系统动量守恒吗?提示:物体和小车组成的系统,水平方向上合力为零,动量守恒,竖直方向上合力不为零,动量不守恒。(4)对于某系统,在某过程中所受合力为零,则对该过程中的任意时刻动量都守恒吗?提示:由于系统在运动过程中的任意时刻合力均为零,故过程中的任意时刻动量都守恒。【归纳总结】1.动量守恒中,研究对象:两个或两个以上的物体组成的相互作用的系统。2.动量守恒条件:(1)理想条件:系统不受外力时,动量守恒。(2)实际条件:系统所受外力的矢量和为零时,动量守恒。(3)近似条件:系统受外力,但外力远小于内力,则系统总动量近似守恒。(4)推广条件:系统受力不符合以上三条中的任一条,则系统的总动量不守恒,但是,若系统在某一方向上符合以上三条中的某一条,则系统在该方向上动量守恒。3.动量守恒常见的表达式:(1)p′=p,其中p′、p分别表示系统的末动量和初动量,表示系统作用后的总动量等于作用前的总动量。(2)Δp=0,表示系统总动量的增量等于零。(3)Δp1=-Δp2,其中Δp1、Δp2分别表示系统内两个物体初、末动量的变化量,即两个物体组成的系统,各自动量的增量大小相等、方向相反。过关小练·即时应用1.(多选)(2015·锦州高二检测)若用p1、p2表示两个在同一直线上运动并相互作用的物体的初动量,p′1、p′2表示它们的末动量,Δp1、Δp2表示它们相互作用过程中各自动量的变化,则下列式子能表示动量守恒的是(

)A.Δp1=Δp2

B.p1+p2=p′1+p′2C.Δp1+Δp2=0 D.Δp1+Δp2=常数(不为零)【解析】选B、C。动量守恒的含义是两物体相互作用前的总动量等于其相互作用后的总动量,因此有p1+p2=p′1+p′2,变形后有p′1-p1+p′2-p2=0,即Δp1+Δp2=0,又可以变形为Δp1=-Δp2。2.如图所示,光滑水平面上两小车中间夹一压缩了的轻弹簧,两手分别按住小车,使它们静止,对两车及弹簧组成的系统,下列说法中不正确的是(

)A.两手同时放开后,系统总动量始终为零B.先放开左手,后放开右手,动量不守恒C.先放开左手,后放开右手,总动量向左D.无论何时放手,两手放开后在弹簧恢复原长的过程中,系统总动量都保持不变,但系统的总动量不一定为零【解题探究】(1)两手同时放开后系统受到的外力总和为零。(2)不管先放开哪只手,系统所受到的外力总和不为零。(3)对于系统而言,弹簧弹力属于相互作用的__(A.外力B.内力)。【解析】选B。当两手同时放开时,系统所受的合外力为零,所以系统的动量守恒,又因开始时总动量为零,故系统总动量始终为零,选项A正确;先放开左手,左边的小车就向左运动,当再放开右手后,系统所受合外力为零,故系统的动量守恒,且开始时总动量方向向左,放开右手后总动量方向也向左,故选项B错误,选项C、D正确。B3.如图所示,设车厢长为L,质量为M,静止在光滑水平面上,车厢内有一质量为m的物体,以速度v0向右运动,与车厢壁来回碰撞n次后,静止于车厢中,这时车厢的速度为(

)A.0B.v0,水平向右C.,水平向右D.,水平向右【解析】选C。物体与车厢壁来回碰撞,碰撞时的作用力属于彼此之间的内力,由于水平面光滑,因此系统受到的合外力为零,满足动量守恒定律:mv0=(M+m)v车厢的最后速度v=,方向水平向右。【通法悟道】系统动量是否守恒的判定方法(1)选定研究对象及研究过程,分清外力与内力。(2)分析系统受到的外力矢量和是否为零,若外力矢量和为零,则系统动量守恒。(3)若外力在某一方向上合力为零,则在该方向上系统动量守恒。系统动量严格守恒的情况很少,在分析具体问题时要注意把实际过程理想化。主题2动量守恒定律的应用研读教材·自主认知动量守恒定律的普适性(1)相互作用的物体无论是低速运动还是_____运动,无论是宏观物体还是_________,动量守恒定律都适用。(2)动量守恒定律是一个独立的_____定律,它适用于目前为止物理学研究的_____领域。高速微观粒子实验一切合作探究·核心归纳1.牛顿定律和动量守恒定律的适用范围有什么不同?提示:牛顿定律仅适用于分析宏观低速问题,不适用于微观高速问题,而动量守恒定律既适用于宏观低速问题,也适用于微观高速问题。2.试举出微观粒子相互碰撞满足动量守恒定律的实例。(只要求一例)提示:电子碰撞机中两电子碰撞时满足动量守恒。3.与牛顿第二定律相比,应用动量守恒定律解决问题的优越性表现在哪里?提示:动量守恒定律只涉及始末两个状态,与过程中力的细节无关,往往能使问题大大简化。4.请结合表格,对比分析在分别应用动量的观点和能量的观点解题时应注意的问题。动量观点能量观点矢标性动量定理和动量守恒定律表达式为_______,解决问题时应考虑_____动能定理和能量守恒定律表达式为_______,解决问题时不考虑方向研究对象动量定理既可研究_________,又可研究多个物体组成的_____能量守恒定律多用于研究多个物体组成的_____应用条件动量守恒定律的前提是系统受_______为零或不受外力机械能守恒定律的前提条件是系统只受_____或_____作用矢量式方向标量式单个物体系统系统合外力重力弹力5.质量为m的物体A以速度v0沿光滑水平面运动,与静止的等质量的物体B碰撞后一起运动,求两者的共同速度应选谁为研究对象?如何选取初、末状态?相互作用的过程中,系统机械能是否变化?提示:应选A、B系统为研究对象;碰撞前为初状态,其动量为mv0,末状态为碰撞后,其动量为2mv;通过计算可发现作用前后总动能减少,转化为系统内能。【归纳总结】动量守恒定律的“五性”1.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。(1)系统不受外力作用或所受合外力为零。(2)系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时,系统的总动量近似守恒。(3)系统所受的合外力不为零,但在某一方向上合外力为零或不受外力(Fx=0或Fy=0),则系统在该方向上动量守恒。2.矢量性:动量守恒定律的表达式是一个矢量式。(1)该式说明系统的总动量在任意两个时刻不仅大小相等,而且方向也相同。(2)在求系统的总动量p=p1+p2+…时,要按矢量运算法则计算。3.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。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。过关小练·即时应用1.(2015·梅州高二检测)如图所示,一小车静止在光滑水平面上,甲、乙两人分别站在左右两侧,整个系统原来静止,则当两人同时相向走动时(

)A.要使小车静止不动,甲乙速率必相等B.要使小车向左运动,甲的速率必须比乙的大C.要使小车向左运动,甲的动量必须比乙的大D.要使小车向左运动,甲的动量必须比乙的小【解析】选C。甲、乙两人与小车组成的系统动量守恒,即甲、乙两人动量的矢量和与小车动量等大反向。2.(2015·浙江高考)一辆质量m1=3.0×103kg的小货车因故障停在车道上,后面一辆质量m2=1.5×103kg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s=6.75m停下。已知车轮与路面的动摩擦因数μ=0.6,求碰撞前轿车的速度大小。(重力加速度取g=10m/s2)【解析】由牛顿第二定律得μ(m1+m2)g=(m1+m2)a解得a=6m/s2①则v==9m/s②由动量守恒定律得m2v0=(m1+m2)v③解得v0==27m/s答案:27m/s3.如图所示,质量mB=2kg的平板车B上表面水平,开始时静止在光滑水平面上,在平板车左端静止着一块质量mA=2kg的物块A,一颗质量m