第一章 第六节 自然界中的守恒定律-2021-2022学年高二物理【创新设计】同步学考笔记（粤教版2019选择性必修1）word

第六节　自然界中的守恒定律 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.知道动量守恒和机械能守恒的条件，能应用守恒规律分析解决问题。 2.知道守恒定律和牛顿第二定律的区别，会选择合适的规律处理动力学问题。 1.物理观念 建立动量、能量守恒的思想。 2.关键能力 拆分物理过程，化繁为简的能力。 1.系统：物理学上常将物体及与之相互作用的因素视为一个系统。 2.动量守恒定律在微观、宏观和宇观都是适用的，是自然界普适的基本定律。 3.机械能守恒定律：由于系统内重力或弹力做功只引起系统内动能和势能的相互转化，不改变系统的机械能总量，所以当系统外力与系统内除重力和弹力外的其他内力做功的代数和为零，则系统的总机械能保持不变。 4.能量守恒定律：在系统机械能增加或减少的同时，必然有其他形式的能量减小或增加，而且系统机械能的变化量和其他形式能量的变化量是相同的。 [判一判] (1)动量守恒只适用于宏观低速，不适用于微观高速。(×) (2)系统动量守恒时，能量不一定守恒。(×) (3)系统发生弹性碰撞时，机械能守恒。(√) 探究1　守恒定律的比较与应用 1.动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 比较 机械能守恒定律 动量守恒定律 研究对象 相互作用的物体组成的系统 相互作用的物体组成的系统 守恒条件 只有重力或弹力做功的物体系统内，其他力不做功 系统不受外力或所受外力的合力等于零 守恒性质 标量守恒(不考虑方向性) 矢量守恒(规定正方向) 适用范围 仅限于宏观、低速领域 到目前为止物理学研究的一切领域 联系 动量守恒定律和机械能守恒定律虽然可以运用理论推导出来，但重要的是它们都可以用实验来验证，因此它们都是实验规律 注意 系统的动量守恒时，机械能不一定守恒；系统的机械能守恒时，其动量也不一定守恒。这是两个守恒定律的守恒条件不同而导致的必然结果。很多情况下，动量守恒但有内力做功，有其他形式的能量转化为机械能，而使机械能不守恒 2.应用“两个守恒”定律求解问题的路线图 →→→→ 【例1】 (多选)(2021·山西忻州一中月考)如图所示，两位同学穿旱冰鞋，面对面站立不动，互推后向相反的方向运动，不计摩擦阻力，下列判断正确的是(　　) A.互推后两同学总动量增加 B.互推后两同学动量大小相等，方向相反 C.分离时质量大的同学的速度小一些 D.互推过程中机械能守恒 答案　BC 解析　以两同学组成的系统为研究对象，在互推过程中，合外力为零，总动量守恒，故A错误；原来总动量为零，互推后两同学总动量保持为零，则两同学动量大小相等，方向相反，根据动量守恒定律可得m1v1－m2v2＝0，得，由此可知，分离时速度与质量成反比，即质量大的同学速度小，故B、C正确；互推过程中机械能增大，故D项错误。＝ 【训练1】 如图所示，一根劲度系数为k的轻质弹簧竖直放置，上下两端各固定质量均为M的物体A和B(均可视为质点)，物体B置于水平地面上，整个装置处于静止状态。一个质量m1＝M的小球P从物体A正上方距其高度h处由静止自由下落，与物体A发生碰撞(碰撞时间极短)，碰后A和P粘在一起共同运动，不计空气阻力，重力加速度为g。 (1)求碰撞后瞬间P与A的共同速度大小； (2)当地面对物体B的弹力恰好为零时，求P和A的共同速度大小。 答案　(1)　(2) 解析　(1)P自由下落的过程，由机械能守恒定律得 m1gh＝，得v1＝m1v P与A碰撞过程，取竖直向下为正方向，由动量守恒定律得m1v1＝(m1＋M)v2 又m1＝。 M，解得v2＝ (2)开始时A静止，则对A有Mg＝kx1，得弹簧的压缩量为x1＝ 当地面对物体B的弹力恰好为零时，对B有Mg＝kx2，得弹簧的伸长量为x2＝ 可见，x1＝x2，两个状态弹簧的弹性势能相等 从P与A碰撞后瞬间到地面对物体B的弹力恰好为零的过程，由系统的机械能守恒得 ＋(m1＋M)g(x1＋x2)， (m1＋M)v＝(m1＋M)v 联立解得v3＝。 探究2　守恒定律与牛顿第二定律的比较 1.动量守恒定律与牛顿运动定律的比较 比较 牛顿运动定律 动量守恒定律 研究对象 某个物体，而且涉及整个过程的力 由两个或两个以上物体所组成的相互作用系统，且只涉及过程始、末两个状态，与过程中力的细节无关 适用范围 仅限于宏观、低速领域 到目前为止物理学研究的一切领域 物体之间的相互作用 “力”的角度 “动量”的角度 联系 (1)动量守恒定律与牛顿第二定律在形式上可以相互导出； (2)本质上二者都是经典力学的基本规律，在经典力学中都占有重要地位，不过动量守恒定律更具有普遍意义 2.选用原则 (1)单个物体：受到恒力做匀变速直线运动，尤其涉及加速度时，首选牛顿运动定律。 (2)多个物体组成的系统：若涉及碰撞、