2024-2025学年新教材高中物理第1章动量守恒定律1.动量课件新人教版选择性必修第一册

第一章1.动量学习目标1.通过实验用不同的方法探究碰撞中的不变量。(科学探究)2.经历寻求碰撞中的不变量的过程,体会探究过程中猜想、推理和证据的重要性。(科学思维)3.认识动量是描述物体运动状态的物理量,深化运动和相互作用的观念。(物理观念)基础落实·必备知识全过关一、寻求碰撞中的不变量1.现象:如图所示,用两根长度相同的线绳分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置。拉起A球,然后放开,该球与静止的B球发生碰撞。可以看到,碰撞后A球停止运动而静止,B球开始运动,最终摆到和A球被拉起时同样的高度。即B球的速度等于碰前A球的速度。

碰后A、B速度互换2.猜想:碰撞前后,两球速度之和不变。3.验证(1)设计实验:若A球的质量大于B球,则碰撞后B球摆起的高度大于A球被拉起时的高度,即B球获得较大的速度。(2)验证猜想:碰撞前后,两球速度之和并不相等。

“碰撞前”是指即将发生碰撞的那一时刻,“碰撞后”是指碰撞刚结束的那一时刻4.再次猜想:观察发现,两球碰撞前后的速度变化跟它们的质量有关系。可能碰撞前后两个物体的动能之和不变,可能两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和不变。实验(二)1.实验装置如图所示,两辆小车都放在滑轨上,用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车,碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的数字计时器测量。表1中数据是某次实验时采集的。其中,m1是运动小车的质量,m2是静止小车的质量,v是运动小车碰撞前的速度,v'是碰撞后两辆小车的共同速度。表1次数

m1/kgm2/kgv/(m·s-1)v'/(m·s-1)10.5190.5190.6280.30720.5190.7180.6560.26530.7180.5190.5720.321根据表1中的数据完成表2。

表2次数m1v2/J(m1+m2)v'2/Jm1v/(kg·m·s-1)(m1+m2)v'/(kg·m·s-1)10.102①

②

③

20.112④

⑤

⑥

30.117⑦

⑧

⑨

0.04890.3260.3190.04340.3400.3280.0637

0.4110.3972.结论:比较表2中

m1v2和(m1+m2)v'2的数据可知,两辆小车碰撞前后,动能之和

(选填“相等”或“不相等”)。

比较表2中m1v和(m1+m2)v'的数据可知,两辆小车碰撞前后,质量与速度的乘积之和基本相等。不相等二、动量1.定义:

和

的乘积。

2.公式:

。

3.单位:

,符号是

。

4.矢量性:方向与

的方向相同。运算遵守平行四边形定则。

质量速度p=mv千克米每秒kg·m/s速度情境链接如图甲所示,让不同质量的台球和网球分别从同一高度(约40

cm)落下,请你接住;如图乙所示,让相同质量的两个网球分别从不同的高度(约40

cm、80

cm)落下,请你接住。(1)图甲情境中,哪个球更难接住,图乙情境中呢?(2)球对手的作用效果可能与哪些因素有关?提示

(1)图甲情境中,台球;图乙情境中,从较高高度下落的网球。(2)球的质量和速度。教材拓展阅读教材P2~P4,教材以“寻求碰撞中的不变量”为目的,通过演示实验展示了多轮的科学探究过程,其环节为:问题—猜想—实验方案设计—证据收集—

—

。

提示

数据分析

得出结论

易错辨析(1)在“探究碰撞中的不变量”实验中,要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变。(

)(2)动量相同的物体运动方向不一定相同。(

)(3)质量大的物体的动量一定大。(

)√×动量相同指动量的大小和方向均相同,而动量的方向就是速度的方向,即运动方向,故动量相同的物体运动方向一定相同。×动量是质量和速度的乘积,因此质量大、速度小的物体的动量可能小。

(4)质量和速率都相同的物体的动量一定相同。(

)(5)做匀速圆周运动的物体,动量保持不变。(

)×动量是矢量,它的方向与速度的方向相同,而质量和速率都相同的物体,其动量大小一定相同,但方向不一定相同。×做匀速圆周运动的物体,动量大小不变,但方向时刻改变。

重难探究·能力素养全提升探究点一寻求碰撞中的不变量导学探究光滑的水平面上有两个半径相等的小球A、B,质量分别为m1和m2,A小球以速度v0与静止的B小球发生碰撞,碰后小球A、B的速度分别为v1和v2,v1、v2与v0同方向且在同一条直线上,如图为两小球碰撞后的情况,则:(1)A、B两小球碰撞后的速度之和一定等于碰撞前的速度之和吗?(2)A、B两小球碰撞前后的什么量可能会保持不变?提示

(1)不一定。(2)两小球碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的。知识归纳利用滑轨探究一维碰撞中的不变量实验装置如图所示。为了探究水平方向的一维碰撞,滑轨必须调水平。(1)质量的测量:用天平测量小车的质量。(2)速度的测量:利用公式,式中Δx为小车上挡光片的宽度,Δt为数字计时器显示的挡光片经过光电门的时间。(3)实验结论:此实验中两小车碰撞前后动能之和并不相等,但是质量和速度的乘积之和基本不变。典例剖析【例题1】

(2024山东泰安高二期中)某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验,气垫导轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。(1)下面是实验的主要步骤:①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;②向气垫导轨通入压缩空气;③接通数字计时器;④把滑块2静止放在气垫导轨的中间;⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与右侧有固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动;⑦读出滑块1通过光电门1的挡光时间为Δt1=10.01ms,通过光电门2的挡光时间为Δt2=49.99ms,滑块2通过光电门2的挡光时间为Δt3=8.35ms;⑧测出两滑块挡光片的宽度均为d=5mm,测得滑块1的质量为m1=300g,滑块2(包括弹簧)的质量为m2=200g。(2)数据处理与实验结论:①实验中气垫导轨的作用是

。

②碰撞前滑块1的速度v1为

m/s;碰撞后滑块1的速度v2为

m/s;碰撞后滑块2的速度v3为

m/s。(结果均保留2位有效数字)

③在误差允许的范围内,通过本实验,是否可以探究出两个滑块碰撞前后速度与质量的乘积之和保持不变?通过对实验数据的分析说明理由。

。

减小滑块和导轨之间的摩擦

0.500.100.60可以,理由见解析解析

(2)碰撞前滑块1的速度碰撞后滑块1的速度碰撞后滑块2的速度碰撞前系统的质量与速度的乘积m1v1=0.15

kg·m/s,碰撞后系统的质量与速度的乘积之和m1v2+m2v3=0.15

kg·m/s,即碰撞前后系统的质量与速度的乘积之和不变。对点演练1.(2024山西太原高二期中)用如图所示装置探究碰撞中的不变量,气垫导轨水平放置,挡光片宽度为9.0mm,两滑块被滑块间的弹簧(图中未画出)弹开后,左侧滑块通过左侧光电门的时间为0.040s,右侧滑块通过右侧光电门的时间为0.060s,左侧滑块质量为100g,左侧滑块质量与速度的乘积m1v1=

g·m/s,右侧滑块质量为150g,两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1+m2v2=

。

22.5

0探究点二对动量的理解导学探究在激烈的橄榄球比赛中,一个体重较轻的运动员携球奔跑时迎面撞上了体重较重的对方运动员,自己被撞倒在地,而对方却几乎不受影响。(1)质量为60kg的运动员(包括球)以5m/s的速度向东奔跑,他的动量是多大?方向如何?(2)若(1)中描述的运动员与对方运动员相撞后速度变为零,他的动量的变化量多大?动量的变化量的方向如何?提示

(1)动量是300

kg·m/s,方向向东。(2)300

kg·m/s,方向向西。知识归纳1.动量(1)动量是状态量。进行动量运算时,要明确是哪一物体在哪一状态(时刻)的动量,p=mv中的速度v是该时刻的瞬时速度。(2)动量的相对性:①物体的速度与参考系的选择有关,因此,物体的动量与参考系的选择也有关。②选不同的参考系时,同一物体的动量可能不同。③通常在不说明参考系的情况下,物体的动量是指物体相对地面的动量。2.动量的变化量(1)动量的变化量是过程量,分析计算时,要明确是物体在哪一个过程的动量变化。(2)Δp=p'-p是矢量式,Δp、p'、p间遵循平行四边形定则,如图所示。(3)Δp的计算①当p'、p在同一直线上时,可规定正方向,将矢量运算转化为代数运算;②当p'、p不在同一直线上时,应依据平行四边形定则运算。3.动量和动能的比较

比较项动量动能物理意义描述机械运动状态的物理量定义式p=mvEk=mv2标矢性矢量标量换算关系典例剖析【例题2】

(2024辽宁大连高二期末)如图所示,学生正在练习用头颠球。某一次足球从静止开始下落20cm,被竖直顶起,离开头部后上升的最大高度仍为20cm。已知足球与头部的作用时间为0.1s,足球的质量为0.4kg,重力加速度g取10m/s2,不计空气阻力。下列说法正确的是(

)A.下落到与头部刚接触时,足球动量大小为0B.与头部作用过程中,足球动量变化量的方向竖直向下C.与头部作用过程中,足球动量变化量的方向竖直向上D.与头部作用过程中,足球动量变化量大小为0.8kg·m/sC解析

下落到与头部刚接触时,足球速度v==2

m/s,足球动量大小为p0=mv=0.8

kg·m/s,故A错误;足球离开头部后上升高度与下落高度相同,所以足球离开头部时动量大小为p1=p0,方向竖直向上,以向上为正方向,则动量变化量为Δp=p1-(-p0)=1.6

kg·m/s,方向竖直向上,故B、D错误,C正确。教你析题

读取题干获取信息足球从静止开始下落20cm足球竖直向下的位移为20cm被竖直顶起,离开头部后上升的最大高度仍为20cm足球竖直向上的位移也为20cm教你破题获取题干关键信息↓足球从静止开始下落20

cm,被竖直顶起,离开头部后上升的最大高度仍为20

cm↓求得与头部接触时的速度和离开头部上升时的速度↓求出动量变化量对点演练2.(2024河南信阳月考)下列关于动量的说法正确的是(

)A.质量越大的物体动量一定越大B.质量和速率都相同的物体动量一定相同C.一个物体的加速度不变,其动量一定不变D.一个物体所受的合外力不为0,它的动量一定改变D解析

物体的动量p=mv,质量m越大,如果速度较小,则动量不一定大,故A错误;质量和速率都相同的物体,动量大小相同,方向不一定相同,故B错误;物体的加速度以一个不为0的值保持不变,物体的速度是变化的,所以动量会变化,故C错误;一个物体所受的合外力不为0,则速度发生变化,根据p=mv知,动量一定改变,故D正确。学以致用·随堂检测全达标123451.(寻求碰撞中的不变量)(2024湖南湘潭高二月考)利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验时,不需要测量的物理量是(

)A.滑块的质量B.挡光时间C.挡光片的宽度D.滑块移动的距离D解析

根据实验原理可知,滑块的质量、挡光时间、挡光片的宽度都是需要测量的物理量,其中滑块的质量用天平测量,挡光时间用光电计时器测量,挡光片的宽度可事先用刻度尺测量,只有滑块移动的距离不需要测量,D正确。123452.(动量的理解)(2024山西大同月考)下列关于动量的说法正确的是(

)A.物体的动量改变,其速度大小一定改变B.物体的动量改变,其速度方向一定改变C.物体运动速度的大小不变,其动量一定不变D.物体的运动状态改变,其动量一定改变D解析

动量是矢量,有大小也有方向,动量改变是指动量大小或方向的改变,而动量的大小与质量和速度两个因素有关,其方向与速度的方向相同,质量一定的物体,当速度的大小或方向有一个因素发生变化时,动量就发生变化,故A、B、C错误;物体的运动状态改变是指速度的大小或方向改变,因此物体的动量一定发生变化,故D正确。123453.(动量的变化量)(2024山东烟台高二月考)下列运动中的物体或人,动量始终保持不变的是(

)A.绕地球运行的同步卫星B.小球碰到竖直墙壁被弹回,速度大小不变C.用绳子拉着物体,沿斜面做匀速直线运动D.荡秋千的小孩,每次荡起的高度保持不变C解析

绕地球运行的同步卫星,速度大小不变,方向不断改变,所以动量改变,A错误;小球碰到竖直墙壁被弹回,速度大小不变,但方向改变,所以动量改变,B错误;用绳子拉着物体,沿斜面做匀速直线运动,速度大小和方向都不发生改变,所以动量保持不变,C正确;荡秋千的小孩,每次荡起的高度保持不变,