物理：第1章第三節(jié)《動量守恒定律在碰撞中的應(yīng)用》課件（粵教版選修3-5）

歡迎進(jìn)入物理課堂 第三節(jié)動量守恒定律在碰撞中的應(yīng)用 課前自主學(xué)案 核心要點(diǎn)突破 課標(biāo)定位 課堂互動講練 第三節(jié) 知能優(yōu)化訓(xùn)練 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 進(jìn)一步理解彈性碰撞 非彈性碰撞 2 加深對動量守恒定律和能量守恒定律的理解 重點(diǎn)難點(diǎn) 應(yīng)用動量守恒定律解決碰撞問題 課前自主學(xué)案 一 動量守恒定律的意義動量守恒定律是物理學(xué)中最常用的定律之一 它在 和 中均發(fā)揮了巨大的作用 二 應(yīng)用動量守恒定律的解題步驟1 確定研究對象組成的 分析所研究的 系統(tǒng)受外力的情況是否滿足動量守恒定律的應(yīng)用條件 理論探索 實(shí)際應(yīng)用 系統(tǒng) 物理過程中 2 設(shè)定 分別寫出系統(tǒng)初 末狀態(tài)的 3 根據(jù)動量守恒定律 4 解方程 統(tǒng)一單位后代入數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算 得出結(jié)果 正方向 總動量 列方程 三 動量守恒定律和牛頓運(yùn)動定律在碰撞類問題中 相互作用力往往是變力 過程相當(dāng)復(fù)雜 很難用牛頓運(yùn)動定律來求解 而應(yīng)用動量守恒定律只需考慮過程的 不必涉及 所以動量守恒定律在解決各類碰撞問題中有著極其廣泛的應(yīng)用 初 末狀態(tài) 過程的細(xì)節(jié) 思考感悟1666年 有人在英國皇家學(xué)會表演了如圖1 3 1所示的實(shí)驗 把A B兩個質(zhì)量相等的硬木球并排掛在一起 然后把A球向左拉開 再松手 它向右回擺 到達(dá)原來的平衡位置時跟B球發(fā)生碰撞 碰撞后 A球立即停止運(yùn)動 B球向右擺去 擺到與剛才A球開始回擺時差不多的高度 又向左回擺 跟A球相撞 這時B球立即停止運(yùn)動 而A球向左擺去 如此往復(fù) 圖1 3 1 當(dāng)時的許多科學(xué)家對這一現(xiàn)象百思不得其解 1668年 英國皇家學(xué)會正式懸賞征答 你能給出解釋嗎 提示 此為彈性碰撞 兩球質(zhì)量相等 速度交換 核心要點(diǎn)突破 一 彈性碰撞和非彈性碰撞遵循的規(guī)律1 彈性碰撞的規(guī)律 1 遵循的規(guī)律質(zhì)量為m1的物體 以速度v1與原來靜止的物體m2發(fā)生完全彈性碰撞 如圖1 3 2所示 圖1 3 2 2 推論 若m1 m2 則v1 0 v2 v1 即質(zhì)量相等的兩物體發(fā)生彈性碰撞將交換速度 惠更斯早年的實(shí)驗研究的就是這種情況 若m1 m2 則v1 v1 v2 2v1 即質(zhì)量極大的物體與質(zhì)量極小的靜止物體發(fā)生彈性碰撞 前者速度不變 后者以前者速度的2倍被撞出去 若m1 m2 則v1 v1 v2 0 即質(zhì)量極小的物體與質(zhì)量極大的靜止物體發(fā)生彈性碰撞 前者以原速度大小被反彈回去 后者仍靜止 乒乓球落地反彈 臺球碰到桌壁后反彈 籃球飛向籃板后彈回 都近似為這種情況 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 1 單選 在光滑水平面上有三個完全相同的小球 它們成一條直線 2 3小球靜止 并靠在一起 1球以速度v0射向它們 如圖1 3 3所示 設(shè)碰撞中不損失機(jī)械能 則碰后三個小球的速度可能是 圖1 3 3 解析 選D 由彈性碰撞的規(guī)律可知 當(dāng)兩球質(zhì)量相等時 碰撞時兩球交換速度 先球1與球2碰 再球2與球3碰 故選D 如果碰前兩物體相向運(yùn)動 則碰后兩物體的運(yùn)動方向不可能都不改變 除非兩物體碰撞后速度均為0 在討論碰撞結(jié)果等問題時要依據(jù)碰撞的三個特點(diǎn)進(jìn)行分析 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 2 單選 2011年高考福建卷 在光滑水平面上 一質(zhì)量為m 速度大小為v的A球與質(zhì)量為2m靜止的B球碰撞后 A球的速度方向與碰撞前相反 則碰撞后B球的速度大小可能是 A 0 6vB 0 4vC 0 3vD 0 2v 三 類碰撞問題1 碰撞的特點(diǎn)是動量守恒 動能不增加 相互作用的兩個物體在很多情況下具有類似的特點(diǎn) 例如 子彈射入自由木塊中 兩相對運(yùn)動物體間的繩子繃緊 物塊在放置于光滑水平面上的木板上運(yùn)動直至相對靜止 如圖1 3 4所示 這些情景中 系統(tǒng)動量守恒 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能 末狀態(tài) 兩物體相對靜止 這些過程與完全非彈性碰撞具有相同的特征 可應(yīng)用動量守恒定律 必要時結(jié)合能量守恒定律分析求解 圖1 3 4 2 相互作用的兩個物體在很多情況下皆可當(dāng)成碰撞處理 那么對相互作用中兩物體相距恰 最近 相距恰 最遠(yuǎn) 或恰上升到 最高點(diǎn) 等一類臨界問題 求解的關(guān)鍵都是 速度相等 具體分析如下 1 如圖1 3 5甲所示 光滑水平面上的A物體以速度v去撞擊靜止的B物體 A B兩物體相距最近時 兩物體速度必定相等 此時彈簧最短 其壓縮量最大 此后A B被彈簧彈開 至彈簧恢復(fù)原長時 A B組成的系統(tǒng)的總機(jī)械能等于作用前的總機(jī)械能 圖1 3 5 2 如圖乙所示 質(zhì)量為m的滑塊靜止在光滑水平面上 滑塊的光滑弧面底部與桌面相切 一個質(zhì)量為m的小球A以一定初速度v滑上滑塊 設(shè)小球不能越過滑塊 則小球到達(dá)滑塊上的最高點(diǎn)時 即小球豎直方向上的速度為零 兩物體的速度恰好相等 系統(tǒng)一部分動能轉(zhuǎn)化為重力勢能 總機(jī)械能保持不變 此后小球再滾下滑塊 整個過程中系統(tǒng)水平方向動量守恒 機(jī)械能守恒 由以上分析知以上兩種情景中系統(tǒng)不僅動量守恒 或某一方向上動量守恒 而且機(jī)械能也守恒 所以與彈性碰撞類似 只是物體間相互作用的時間較長 即時應(yīng)用 即時突破 小試牛刀 3 雙選 如圖1 3 6所示 光滑的水平面上有A B兩個物體 其中帶有輕彈簧的B靜止 質(zhì)量為m的A以速度v0向著B運(yùn)動 A通過彈簧與B發(fā)生相互作用的過程中 圖1 3 6 A 彈簧恢復(fù)原長時A的速度最大B 兩物體速度相等時彈簧壓縮量最大C 任意時刻A B的總動量大小總是mv0D 任意時刻B的動量大小總小于mv0 解析 選BC A B通過彈簧發(fā)生作用過程中動量守恒 C項正確 根據(jù)碰撞的特點(diǎn) 當(dāng)兩物體碰后以共同的速度運(yùn)動時 系統(tǒng)動能損失最多 而A B系統(tǒng) 包括彈簧 機(jī)械能守恒 因此 兩物體A B速度相等時 彈簧的彈性勢能最大 即彈簧壓縮量最大 B選項正確 從A壓縮彈簧到彈簧恢復(fù)原長的過程中彈簧彈力一直對A做負(fù)功 所以彈簧恢復(fù)原長時 A的速度最小 A項錯誤 由動量守恒定律和機(jī)械能守恒定律可得 當(dāng)mA mB時 彈簧恢復(fù)原長時 B的動量大小為mv0 D選項錯誤 課堂互動講練 單選 甲 乙兩球在光滑水平軌道上同向運(yùn)動 已知它們的動量分別是p甲 5kg m s p乙 7kg m s 甲追上乙并發(fā)生碰撞 碰后乙球的動量變?yōu)閜乙 10kg m s 則兩球質(zhì)量m甲 m乙的關(guān)系可能是 A m乙 m甲B m乙 2m甲C m乙 4m甲D m乙 6m甲 答案 C 方法總結(jié) 1 碰撞過程遵循的原則 動量守恒 動能不增加 速度符合實(shí)際情況 2 彈性碰撞和完全非彈性碰撞是兩種極限情況 光滑水平面上放著一質(zhì)量為M的槽 槽與水平面相切且光滑 如圖1 3 7所示 一質(zhì)量為m的小球以v0向槽運(yùn)動 圖1 3 7 1 若開始時槽固定不動 求小球上升的高度 槽足夠高 2 若開始時槽不固定 則小球又能上升多高 精講精析 槽固定時 球沿槽上升過程中機(jī)械能守恒 達(dá)最高點(diǎn)時 動能全部轉(zhuǎn)為球的重力勢能 槽不固定時 小球沿槽上升過程中 槽向右加速運(yùn)動 當(dāng)小球上升到最高點(diǎn)時 兩者速度相同 球與槽組成的系統(tǒng)水平方向上不受外力 因此水平方向動量守恒 由于該過程中只有兩者間彈力和小球重力做功 故系統(tǒng)機(jī)械能守恒 方法總結(jié) 1 在判斷動量是否守恒時 應(yīng)特別注意區(qū)分動量守恒的條件與機(jī)械能守恒的條件 2 在應(yīng)用動量守恒定律列式時 特別是某一方向上動量守恒的列式 應(yīng)特別注意系統(tǒng)初 末狀態(tài)的動量應(yīng)為在該方向上的動量 即把動量分解到該方向上 光滑的水平地面上放著一塊質(zhì)量為M 長度為d的木塊 一個質(zhì)量為m的子彈以水平速度v0射入木塊 當(dāng)子彈從木塊中出來后速度變?yōu)関1 子彈與木塊的平均摩擦力為f 求 1 子彈打擊木塊的過程中摩擦力對子彈做功多少 摩擦力對木塊做功多少 2 子彈從木塊中出來時 木塊的位移為多少 3 在這個過程中 系統(tǒng)產(chǎn)生的內(nèi)能為多少 思路點(diǎn)撥 把子彈和木塊看成一個系統(tǒng) 利用以下知識解答 1 系統(tǒng)水平方向動量守恒 2 系統(tǒng)的能量守恒 3 對木塊和子彈分別利用動能定理 自主解答 1 如圖1 3 8所示 由于水平面光滑則子彈和木塊組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒 可得圖1 3 8 變式訓(xùn)練如圖1 3 9所示 質(zhì)量m1 0 3kg的小車靜止在光滑的水平面上 車長L 1 5m 現(xiàn)有質(zhì)量m2 0 2kg可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊 以水平向右的速度v0 2m s從左端滑上小車 最后在車面上某處與小車保持相對靜止 物塊與車面間的動摩擦因數(shù) 0 5 取g 10m s2 求 圖1 3 9 1 物塊在車面上滑行的時間t 2 要使物塊不從小車右端滑出 物塊滑上小車左端的速度v0 不超過多少 解析 1 設(shè)物塊與小車共同速度為v 以水平向右為正方向 根據(jù)動量守恒定律有m2v0 m1 m2 v 設(shè)物塊與車面間的滑動摩擦力為f 對物塊應(yīng)用動量定理有 ft m2v m2v0 又f m2g 答案 1 0 24s 2 5m s 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全