2018-2019高中物理 第16章 動量守恒定律 16.3 動量守恒定律課件 新人教版選修3-5.ppt

3動量守恒定律,【自主預習】1.系統(tǒng)、內(nèi)力和外力:(1)系統(tǒng):相互作用的兩個或多個物體組成一個_。(2)內(nèi)力:系統(tǒng)_物體間的相互作用力。(3)外力:系統(tǒng)_的物體對系統(tǒng)的作用力。,整體,內(nèi)部,以外,2.動量守恒定律:(1)內(nèi)容:如果一個系統(tǒng)不受_,或者所受_的矢量和為0,這個系統(tǒng)的總動量_。(2)表達式:對兩個物體組成的系統(tǒng),常寫成:m1v1+m2v2=_。(3)適用條件:系統(tǒng)不受_或者所受_的矢量和為零。,外力,外力,保持不變,m1v1+m2v2,外力,外力,3.動量守恒定律的普適性:(1)動量守恒定律只涉及過程始末兩個狀態(tài),與過程中力的細節(jié)無關。(2)近代物理的研究對象已經(jīng)擴展到我們直接經(jīng)驗所不熟悉的_、_領域,牛頓運動定律不再適用,而動量守恒定律仍然正確。,高速,微觀,(3)動量守恒定律是一個獨立的_定律,它適用于目前為止物理學研究的_領域。,實驗,一切,【預習小測】1.質(zhì)量為2kg的小車以2m/s的速度沿光滑的水平面向右運動,若將質(zhì)量為0.5kg的砂袋以3m/s的水平速度迎面扔上小車,則砂袋與小車一起運動的速度的大小和方向是()A.1.0m/s,向右B.1.0m/s,向左C.2.2m/s,向右D.2.2m/s,向左,【解析】選A。設小車質(zhì)量為m1,小車速度為v1,砂袋質(zhì)量為m2,砂袋速度為v2,共同速度為v共,由動量守恒定律得m1v1-m2v2=(m1+m2)v共,得v共=1m/s,方向向右,A項正確。,2.關于系統(tǒng)動量守恒的條件,下列說法中正確的是()A.只要系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力,系統(tǒng)的動量就不可能守恒B.只要系統(tǒng)中有一個物體具有加速度,系統(tǒng)的動量就不守恒C.只要系統(tǒng)所受的合外力為零,系統(tǒng)的動量就守恒D.系統(tǒng)中所有物體的加速度都為零時,系統(tǒng)的總動量不一定守恒,【解析】選C。根據(jù)動量守恒的條件即系統(tǒng)所受外力的矢量和為零可知,選項C正確;系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力,與系統(tǒng)所受外力無關,選項A錯誤;系統(tǒng)內(nèi)各物體之間有著相互作用,對單個物體來說,合外力不一定為零,加速度不一定為零,但整個系統(tǒng)所受的合外力仍可為零,動量守恒,選項B錯誤;系統(tǒng)內(nèi)所有物體的加速度都為零時,各物體的速度恒定,動量恒定,總動量一定守恒,選項D錯誤。,3.如圖,質(zhì)量為M的小船在靜止水面上以速率v0向右勻速行駛,一質(zhì)量為m的救生員站在船尾,相對小船靜止。若救生員以相對水面速率v水平向左躍入水中,則救生員躍出后小船的速率為(),【解析】選C。人在躍出的過程中,船、人組成的系統(tǒng)水平方向上動量守恒,規(guī)定向右為正方向。則:(M+m)v0=Mv-mv,解得:v=v0+(v0+v)。故選C。,主題一對動量守恒守恒定律的理解【互動探究】探究點1動量守恒定律,情景1:如圖甲所示,人用彈簧在水平地面上拉箱子。情景2:在光滑水平面上做勻速運動的兩個小球。,(1)圖甲中,木箱、彈簧和人組成一個系統(tǒng),受到重力、支持力、摩擦力和彈簧彈力作用,哪些是內(nèi)力?哪些是外力?提示:重力、支持力、摩擦力的施力物體分別是地球和地面,是外力;彈簧彈力是系統(tǒng)內(nèi)物體間的作用力,是內(nèi)力。,(2)一個力對某系統(tǒng)來說是外力,這個力能變成內(nèi)力嗎?提示:能。要看所選擇的系統(tǒng),一個力對A系統(tǒng)是外力,對B系統(tǒng)可能就是內(nèi)力,如發(fā)射炮彈時,地面對炮車的力針對炮彈和炮車組成的系統(tǒng)是外力,但選取炮彈、炮車及地球為系統(tǒng),則地面對炮車的力為內(nèi)力。,(3)在情景2中,設兩小球質(zhì)量分別是m1和m2,沿著同一直線向相同的方向運動,速度分別是v1和v2,且v1<v2,經(jīng)過一段時間后,m2追上了m1,兩球發(fā)生碰撞,碰撞后的速度分別是v1和v2。試推導m1、m2在碰撞前后是否滿足動量守恒定律。,提示:設兩個小球在碰撞過程中所受到的平均作用力分別為F1和F2,對第一、二個小球分別應用動量定理:F1t=m1v1-m1v1,F2t=m2v2-m2v2由牛頓第三定律:F1=-F2聯(lián)立解得:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2即:p1+p2=p1+p2,探究點2探究動量守恒定律的條件情景1:如圖甲所示,在光滑水平面上發(fā)生正碰的兩物體。情景2:如圖乙所示,小車A、B靜止在光滑水平面上。情景3:如圖丙所示,速度為v0的物體滑上光滑水平面上的小車。,(1)圖甲中,兩物體受哪些力作用?系統(tǒng)動量守恒嗎?提示:兩物體發(fā)生正碰時,它們之間的相互作用力是內(nèi)力。物體還受到重力和桌面對它們的支持力,是外力。由于外力的合力為零,故系統(tǒng)動量守恒。,(2)圖乙中,燒斷細線后,兩小車受彈簧彈力的作用,系統(tǒng)動量守恒嗎?提示:燒斷細線后,彈簧彈力是內(nèi)力,系統(tǒng)所受外力的合力為零,系統(tǒng)動量守恒。,(3)圖丙中,物體與小車組成的系統(tǒng)動量守恒嗎?提示:物體和小車組成的系統(tǒng),水平方向上合力為零,動量守恒,豎直方向上合力不為零,動量不守恒。,(4)對于某系統(tǒng),在某過程中所受合力為零,則對該過程中的任意時刻動量都守恒嗎?提示:由于系統(tǒng)在運動過程中的任意時刻合力均為零,故過程中的任意時刻動量都守恒。,【探究總結】1.動量守恒中,研究對象:兩個或兩個以上的物體組成的相互作用的系統(tǒng)。2.動量守恒條件:(1)理想條件:系統(tǒng)不受外力時,動量守恒。(2)實際條件:系統(tǒng)所受外力的矢量和為零時,動量守恒。,(3)近似條件:系統(tǒng)受外力,但外力遠小于內(nèi)力,則系統(tǒng)總動量近似守恒。(4)推廣條件:系統(tǒng)受力不符合以上三條中的任一條,則系統(tǒng)的總動量不守恒,但是,若系統(tǒng)在某一方向上符合以上三條中的某一條,則系統(tǒng)在該方向上動量守恒。,3.動量守恒常見的表達式:(1)p=p,其中p、p分別表示系統(tǒng)的末動量和初動量,表示系統(tǒng)作用后的總動量等于作用前的總動量。(2)p=0,表示系統(tǒng)總動量的增量等于零。(3)p1=-p2,其中p1、p2分別表示系統(tǒng)內(nèi)兩個物體初、末動量的變化量,即兩個物體組成的系統(tǒng),各自動量的增量大小相等、方向相反。,【典例示范】(多選)如圖所示,光滑水平面上兩小車中間夾一壓縮了的輕彈簧,兩手分別按住小車,使它們靜止,對兩車及彈簧組成的系統(tǒng),下列說法中正確的是(),A.兩手同時放開后,系統(tǒng)總動量始終為零B.先放開左手,后放開右手,動量不守恒C.先放開左手,后放開右手,總動量向左D.無論何時放手,兩手放開后在彈簧恢復原長的過程中,系統(tǒng)總動量都保持不變,但系統(tǒng)的總動量不一定為零,【解析】選A、C、D。當兩手同時放開時,系統(tǒng)所受的合外力為零,所以系統(tǒng)的動量守恒,又因開始時總動量為零,故系統(tǒng)總動量始終為零,選項A正確;先放開左手,左邊的小車就向左運動,當再放開右手后,系統(tǒng)所受合外力為零,故系統(tǒng)的動量守恒,且開始時總動量方向向左,放開右手后總動量方向也向左,故選項B錯誤,選項C、D正確。,【探究訓練】1.如圖所示的裝置中,木塊B與水平桌面間的接觸是光滑的。子彈A沿水平方向射入木塊后留在木塊內(nèi),將彈簧壓縮到最短,現(xiàn)將子彈、木塊和彈簧合在一起作為研究對象(系統(tǒng)),則此系統(tǒng)在子彈開始射入木塊到彈簧壓縮至最短的過程中(),A.動量守恒,機械能守恒B.動量不守恒,機械能不守恒C.動量守恒,機械能不守恒D.動量不守恒,機械能守恒,【解析】選B。把系統(tǒng)從子彈射入木塊到彈簧壓縮至最短的過程分段考慮。第一段:子彈射入木塊瞬間,彈簧仍保持原長,子彈與木塊間的摩擦力為內(nèi)力,合外力為零,所以此瞬間系統(tǒng)動量守恒,機械能不守恒。第二段:子彈射入木塊后,與木塊一起壓縮彈簧,系統(tǒng)受墻面彈力(外力)不為零,所以此過程系統(tǒng)動量不守恒。綜合在一起,整個過程中動量、機械能均不守恒,應選B。,2.(多選)(2018深圳高二檢測)兩位同學穿旱冰鞋,面對面站立不動,互推后向相反的方向運動,不計摩擦阻力,下列判斷正確的是()A.互推后兩同學總動量增加B.互推后兩同學動量大小相等,方向相反C.分離時質(zhì)量大的同學的速度小一些D.互推過程中機械能守恒,【解析】選B、C。對兩同學所組成的系統(tǒng),互推過程中,合外力為零,總動量守恒,故A錯;兩同學動量的變化量大小相等,方向相反,故B、C正確;互推過程中機械能增大,故D錯誤。,【補償訓練】(多選)若用p1、p2表示兩個在同一直線上運動并相互作用的物體的初動量,p1、p2表示它們的末動量,p1、p2表示它們相互作用過程中各自動量的變化,則下列式子能表示動量守恒的是()A.p1=p2B.p1+p2=p1+p2C.p1+p2=0D.p1+p2=常數(shù)(不為零),【解析】選B、C。動量守恒的含義是兩物體相互作用前的總動量等于其相互作用后的總動量,因此有p1+p2=p1+p2,變形后有p1-p1+p2-p2=0,即p1+p2=0,又可以變形為p1=-p2。,【通法悟道】系統(tǒng)動量是否守恒的判定方法(1)選定研究對象及研究過程,分清外力與內(nèi)力。(2)分析系統(tǒng)受到的外力矢量和是否為零,若外力矢量和為零,則系統(tǒng)動量守恒。(3)若外力在某一方向上合力為零,則在該方向上系統(tǒng)動量守恒。系統(tǒng)動量嚴格守恒的情況很少,在分析具體問題時要注意把實際過程理想化。,主題二動量守恒定律的應用【互動探究】1.牛頓定律和動量守恒定律適用范圍有什么不同?(1)牛頓定律_。(2)動量守恒定律_問題。,僅適用于分析宏觀低速問題,不適用于微,觀高速問題,既適用于宏觀低速問題,也適用于微,觀高速,2.試舉出微觀粒子相互碰撞滿足動量守恒定律的實例。(只要求一例)提示:電子碰撞機中兩電子碰撞時滿足動量守恒。,3.與牛頓第二定律相比,應用動量守恒定律解決問題的優(yōu)越性表現(xiàn)在哪里?提示:動量守恒定律只涉及始末兩個狀態(tài),與過程中力的細節(jié)無關,往往能使問題大大簡化。,4.請結合表格,對比分析在分別應用動量的觀點和能量的觀點解題時應注意的問題。,矢量式,方向,標量式,單個物體,系統(tǒng),系統(tǒng),合外力,重力,彈力,5.質(zhì)量為m的物體A以速度v0沿光滑水平面運動,與靜止的等質(zhì)量的物體B碰撞后一起運動,求兩者的共同速度應選誰為研究對象?如何選取初、末狀態(tài)?相互作用的過程中,系統(tǒng)機械能是否變化?,提示:應選A、B系統(tǒng)為研究對象;碰撞前為初狀態(tài),其動量為mv0,末狀態(tài)為碰撞后,其動量為2mv;通過計算可發(fā)現(xiàn)作用前后總動能減少,轉化為系統(tǒng)內(nèi)能。,【探究總結】動量守恒定律的“五性”1.條件性:動量守恒定律是有條件的,應用時一定要首先判斷系統(tǒng)是否滿足守恒條件。(1)系統(tǒng)不受外力作用或所受合外力為零。(2)系統(tǒng)所受的外力遠遠小于系統(tǒng)內(nèi)各物體間的內(nèi)力時,系統(tǒng)的總動量近似守恒。,(3)系統(tǒng)所受的合外力不為零,但在某一方向上合外力為零或不受外力(Fx=0或Fy=0),則系統(tǒng)在該方向上動量守恒。,2.矢量性:動量守恒定律的表達式是一個矢量式。(1)該式說明系統(tǒng)的總動量在任意兩個時刻不僅大小相等,而且方向也相同。(2)在求系統(tǒng)的總動量p=p1+p2+時,要按矢量運算法則計算。,3.相對性:動量守恒定律中,系統(tǒng)中各物體在相互作用前后的動量,必須相對于同一慣性系,各物體的速度通常均為相對于地面的速度。,4.同時性:動量守恒定律中p1、p2必須是系統(tǒng)中各物體在相互作用前同一時刻的動量,p1、p2必須是系統(tǒng)中各物體在相互作用后同一時刻的動量。5.普適性:動量守恒定律不僅適用于兩個物體組成的系統(tǒng),也適用于多個物體組成的系統(tǒng)。不僅適用于宏觀物體組成的系統(tǒng),也適用于微觀粒子組成的系統(tǒng)。,【典例示范】一輛質(zhì)量m1=3.0103kg的小貨車因故障停在車道上,后面一輛質(zhì)量m2=1.5103kg的轎車來不及剎車,直接撞入貨車尾部失去動力。相撞后兩車一起沿轎車運動方向滑行了s=6.75m停下。已知車輪與路面的動摩擦因數(shù)=0.6,求碰撞前轎車的速度大小。(重力加速度取g=10m/s2),【解題指南】解答本題應注意以下兩點:(1)由運動學公式求出相撞后一起運動的初速度。(2)相撞過程符合動量守恒。,【解析】由牛頓第二定律得(m1+m2)g=(m1+m2)a解得a=6m/s2則v=9m/s由動量守恒定律得m2v0=(m1+m2)v解得v0=v=27m/s答案:27m/s,【探究訓練】1.(多選)(2018臨沂高二檢測)如圖所示,在橄欖球比賽中,一個85kg的前鋒隊員以5m/s的速度跑動,想穿越防守隊員到底線觸地得分。就在他剛要到底線時,迎面撞上了對方兩名均為65kg的隊員,一個速度為2m/s,另一個速度為4m/s,然后他們就扭在了一起,則(),A.他們碰撞后的共同速率是0.2m/sB.碰撞后他們動量的方向仍向前C.這名前鋒能得分D.這名前鋒不能得分,【解析】選B、C。前鋒隊員的質(zhì)量為M,速度為v1,兩名65kg的隊員質(zhì)量均為m,速度分別為v2、v3。取前鋒隊員跑動的速度方向為正方向,根據(jù)動量守恒定律可得:Mv1-mv2-mv3=(M+m+m)v,代入數(shù)據(jù)得:v0.16m/s。所以碰撞后的速度仍向前,故這名前鋒能得分,B、C兩項正確。,2.(2018龍巖高二檢測)一彈丸在飛行到距離地面5m高時僅有水平速度v=2m/s,爆炸成為甲、乙兩塊水平飛出,甲、乙的質(zhì)量比為31,不計質(zhì)量損失,重力加速度g取10m/s2,則下列圖中兩塊彈片飛行的軌跡可能正確的是(),【解析】選B。彈丸在爆炸過程中,水平方向的動量守恒,有m彈丸v=m彈丸v甲+m彈丸v乙,解得4v=3v甲+v乙,爆炸后兩塊彈片均做平拋運動,豎直方向有h=gt2,水平方向對甲、乙兩彈片分別有x甲=v甲t,x乙=v乙t,代入各圖中數(shù)據(jù),可知B正確。,3.如圖所示,如果懸掛球的繩子能承受的最大拉力T0=10N,球質(zhì)量m=0.5kg,L=0.3m,錘頭質(zhì)量M=0.866kg,如果錘頭沿水平方向打擊球m,錘頭速度多大時才能把繩子打斷(設球原來靜止,打擊后錘頭靜止,g=10m/s2)?,【解析】球m被錘頭打擊后以O為圓心,L為半徑做圓周運動,且在剛打過后繩子拉力最大,由圓周運動向心力計算公式有T0-mg=v=,錘頭打擊m過程中,系統(tǒng)水平方向不受外力作用,系統(tǒng)水平方向動量守恒Mv0=mvv0=若要錘頭擊打小球后繩子被拉斷,錘頭的速度應大于等于1m/s。答案:大于等于1m/s,【通法悟道】應用動量守恒定律解題的基本步驟(1)分析題意,合理地選取研究對象,明確系統(tǒng)是由哪幾個物體組成的。(2)分析系統(tǒng)的受力情況,分清內(nèi)力和外力,判斷系統(tǒng)的動量是否守恒。(3)確定所研究的作用過程。選取的過程應包括系統(tǒng)的已知狀態(tài)和未知狀態(tài),通常為初態(tài)到末態(tài)的過程。,(4)對于物體在相互作用前后運動方向都在一條直線上的問題,設定正方向,各物體的動量方向可以用正、負號表示。(5)建立動量守恒方程,代入已知量求解。,【課堂小結】,