1.1 动量 课件-2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 台球的碰撞、微观粒子的散射，这些运动似乎有天壤之别。然而，物理学的研究表明，它们遵从相同的科学规律——动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一，无论是设计火箭还是研究微观粒子，都离不开它。 ▲生活、生产中的物理现象 1.两节火车车厢对接 2.撞车 3.飞鸟撞飞机 微观粒子相互作用 ——碰撞 台球由于碰撞而改变运动状态，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接，微观粒子之间更是由于相互碰撞而改变能量甚至使得一种粒子转化为其他粒子，碰撞是自然界中常见的现象。 碰撞这种相互作用过程有什么规律吗？ 1.1 动量 追寻守恒量 实验现象：小球总能回到等高位置 实验分析：小球好像“记得”自己起始高度 在物理学中，我们把这一事实说成是“有某一量是守恒的” ——“能量” 用两根长度相同的细线，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球拉起时同样的高度。为什么会发生这样的现象呢？ 从实验的现象似乎可以得出：碰撞后，A 球的速度大小不变地“传给”了 B 球。这意味着，碰撞前后，两球速度之和是不变的？所有的碰撞都有这样的规律吗？ 一、寻求碰撞中的不变量 演示实验： 质量不同小球的碰撞 如图1.1-1，将上面实验中的A球换成大小相同的C球， 使C球质量大于B球质量，用手拉起C球至某一高度后放 开，撞击静止的B球。 我们可以看到： 碰撞后B球获得较大的速度，摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。 从实验可以看出，质量大的C球与质量小的B球碰撞后，B球得到的速度比C球碰撞前的速度大，两球碰撞前后的速度之和并不相等。 仔细观察你会发现，两球碰撞前后的速度变化跟它们的质量有关系。质量大、速度较小的C球，使质量小的B球获得了较大的速度。对于图1.1-1所示实验的现象，可能有的同学会猜想，两个物体碰撞前后动能之和不变？所以质量小的球速度大； 也有的同学会猜想，两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的？…… 那么，对于所有的碰撞，碰撞前后是否存在守恒量？到底什么量会是不变的呢？ 下面我们通过分析实验数据来研究上述问题。 实验如图 ，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光电计时器测量。下表中的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。 再计两辆小车碰撞前后质量与速度的乘积，比较两辆小车碰撞前后质量与速度的乘积之和是否不变。 请你根据表中的数据，计算两辆小车碰撞前后的动能，比较此实验中两辆小车碰撞前后动能之和是否不变。 结论：改变实验条件多次实验，从实验的数据可以看出，此实验中两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等，但是质量与速度的乘积之和却基本不变。 这就提示我们，对于发生碰撞的两个物体来说，它们的mv之和在碰撞前后可能是不变的。这使我们意识到，mv 这个物理量可能具有特别的意义。 二、动量 物理学中把质量和速度的乘积 mv 定义为物体的动量（momentum），用字母 p 表示 p ＝ mv 动量的单位是由质量的单位与速度的单位构成的，是千克米每秒，符号是 kg·m/s。动量是矢量，动量的方向与速度的方向相同。 【例题】一个质量为 0.1 kg 的钢球，以 6 m/s 的速度水平向右运动，碰到坚硬的墙壁后弹回，沿着同一直线以 6 m/s 的速度水平向左运动（图 1.1-3）。碰撞前后钢球的动量变化了多少？ 如果物体沿直线运 动，即动量始终保持在同一条直线上，在选定坐标轴的方向之后，动量的运算就可以简化成代数运算。 动量的变化量是矢量，求得的数值为负值，表示它 的方向与坐标轴的方向相反，即 ∆ p 的方向水平向左。 做一做：让一位同学把一个充气到直径1.5 m左右的大乳胶气球，以某一速度水平投向你，请你接住（图1.1-4）。把气放掉后气球变得很小，再把气球以相同的速度投向你。两种情况下，你的体验有什么不同？这是为什么呢？ $