1.3 动量守恒定律（wrord教参）-【优化探究】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修1（教科版）

3　动量守恒定律 学习目标 素养提炼 1.知道相互作用的两个物体的动量变化特点。 2．理解系统、内力、外力的概念。 3．知道动量守恒定律的内容及表达式，理解其守恒的条件。 4．了解动量守恒定律的普遍意义。 物理观念：系统、内力、外力 科学思维：动量守恒定律 科学探究：相互作用的两个物体的动量变化 科学态度与责任：动量守恒定律的实际应用 一、动量守恒定律 1．如图所示是两个质量均为m的小球以相同的速率相向运动并发生碰撞的三个瞬间，其中(a)为刚接触的瞬间，二者的速度分别是v1和v2(v1＝－v2)；(b)为二者形变最大的瞬间，它们的相互作用力F1和F2达到最大(F1＝F2)；(c)为二者脱离接触的瞬间，二者的速度分别为v1′和v′2(－v′1＝v′2)。 　 从(a)到(b)的过程，两球间的相互作用力从零逐渐增大至F1和F2，而速度则从v1和v2逐渐减小至零；从(b)到(c)的过程则相反，相互作用力从F1和F2逐渐减小到零，而速度则从零逐渐增大至v′1和v′2。 把这个过程再分成很多小段，每段的时间为Δt，Δt足够短，这段时间内的相互作用力可以看作恒力，根据牛顿第三定律，这对相互作用力大小相等、方向相反，可以说，在这个相互作用过程的每时每刻相互作用力都满足F2对1＝－F1对2。因此，在整个碰撞过程中的平均力满足1对2。2对1＝－ 分别对两物体应用动量定理，得 2对1·t＝p′1－p1 1对2·t＝p′2－p2 则p′1－p1＝－(p′2－p2) 式中p1和p2分别是两个物体碰撞前的动量，p′1和p′2分别是两个物体碰撞后的动量。将上式变形，得 p1＋p2＝p′1＋p′2 2．结论：相互碰撞的两个物体组成的系统，总动量保持不变。 [思考] 推导相互作用的两个物体的动量变化特点的过程，研究对象是什么？所受作用力有什么特点？ 提示：研究对象是相互作用的两个小球。除了相互作用力外，其他力的合力为零。 2．动量守恒定律 (1)系统：由两个(或多个)相互作用的物体构成的整体。 (2)内力：系统中物体间的相互作用力。 (3)外力：系统以外的物体施加给系统内物体的力。 (4)动量守恒定律：如果一个系统不受外力，或者所受合外力为零，无论这一系统的内部发生了何种形式的相互作用，这个系统的总动量保持不变。 [判断正误] (1)对于由几个物体组成的系统，物体所受的重力为内力。(×) (2)某个力是内力还是外力是相对的，与系统的选取有关。(√) (3)一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒。(×) (4)只要合外力对系统做功为零，系统动量就守恒。(×) 二、动量守恒定律的普适性 随着物理学的发展，人们认识到动量守恒定律具有普适性，它比牛顿运动定律适用的范围要广得多。无论在微观、宏观还是高速领域，无论是何种形式的相互作用，只要系统所受的合外力为零，动量守恒定律都是适用的。动量守恒定律是自然界中最普遍、最基本的规律之一。如果系统内相互作用的物体不只是两个，而是三个或者多个，同样也可证明当系统不受外力或所受的合外力为零时，系统的动量也是守恒的。 [思考] 动量守恒定律和牛顿运动定律的适用范围是否一样？ 提示：动量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围要广。自然界中，大到天体的相互作用，小到质子、中子等基本粒子间的相互作用都遵循动量守恒定律，而牛顿运动定律有其局限性，它只适用于低速运动的宏观物体，对于运动速度接近光速的物体，牛顿运动定律不再适用。 要点一　对动量守恒定律的理解 [情景探究]　(1)在光滑的水平面上有一辆平板车，一个人站在车上用大锤敲打车的左端，如图所示。我们能看到非常有趣的现象：在连续的敲打下，这辆车不是持续地向右运动，而是左右振动。为什么会出现这种现象？ 提示：人、锤和车组成的系统水平方向动量守恒，人把锤向上挥起，车向右运动，当锤停下，车也停下。当人挥动锤击打车，车向左运动，击打结束，锤停止车也停止，故车左右振动，不能持续地向右运动。 (2)若以人、锤组成的系统为研究对象或者以人、车组成的系统为研究对象，在打击过程中，系统动量守恒吗？ 提示：两种情况下系统动量都不守恒，因为以人、锤组成的系统为研究对象，打击过程系统外的车参与了作用；以人、车组成的系统为研究对象，打击过程系统外的锤参与了作用。 1．研究对象：相互作用的物体组成的系统。 2．动量守恒定律的成立条件 (1)系统不受外力或所受合外力为零。 (2)系统所受合外力不为零，但合外力远远小于内力，此时动量近似守恒。 (3)系统所受合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒。 3．动量守恒定律的几个性质 (1)矢量性。公式中的v1、v2、v′1和v′2都是矢量，只有它们在同一直线上，并先选定正方向，确定各速度的正、负(表示方向)后，才能用代数方法运算。 (2)