第一章 第六节 自然界中的守恒定律(Word教参)-【新课程学案】新教材2022-2023学年高中物理选择性必修第一册（粤教版2019）

第六节　自然界中的守恒定律 核心素养导学 物理观念 知道系统的概念。 科学思维 知道物理的守恒是有条件的，系统中某个物理量的变化是由系统外的因素决定的。 科学态度与责任 动量守恒定律是自然界普适的基本定律。 自然界中的守恒定律 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．物理量的守恒条件：物质所处的系统没有系统外的因素使系统的这些物理量发生改变，则这些物理量的总和保持不变。 3．系统物理量的改变量：系统中物理量总和的增加量(或减少量)等于外界对系统输入(或抽取)的量。 4．系统动量定理：系统在某个方向上所受的冲量等于系统在该方向动量的改变量。 5．系统机械能的改变量：系统内部机械能的改变量等于系统内部除重力和弹力外的其他力(如摩擦力)做的功；若有系统外力对系统做功，则系统机械能的改变量等于系统外力对系统所做的功。 6．动量守恒定律和能量守恒定律是自然界普适的基本定律。 如图所示，水池中质量相等的木块和铁块用细绳拴连后在水中悬浮，若不计水的阻力，剪断细绳，则 (1)木块浮出水面前，对铁块和木块组成的系统，动量是否守恒？机械能是否守恒？ (2)木块到达水面静止后，铁块未到达水底，木块和铁块组成的系统，动量是否守恒？机械能是否守恒？ 提示：(1)动量守恒　机械能增加 (2)动量增加　机械能减少 新知学习(一)|动量定理与动能定理的比较 [任务驱动] 如图所示是一种弹射装置，弹丸的质量为m，底座的质量为M＝3m，开始时均处于静止状态，释放弹簧，将弹丸以对地速度v向左发射出去后，底座反冲速度的大小为v，则 (1)摩擦力对底座的冲量是多大？方向如何？ (2)合外力对底座做的功是多大？ 提示：(1)摩擦力对底座的冲量等于系统动量的增量，故I＝mv－M＝mv，方向水平向左。 (2)合外力对底座做的功等于底座动能的增量，即W合＝M2＝mv2。　　　　　 [重点释解] 动量定理和动能定理比较 类别 动量定律 动能定理 公式 F合(t′－t)＝mv′－mv F合s＝mv22－mv12 标矢性 矢量式 标量式 因果系统 因 合外力的冲量 合外力的功(总功) 果 动量的变化 动能的变化 相同点 ①公式中的力都是指物体所受的合外力 ②动量定理和动能定理都注重初末状态，而不注重过程，因此都可以用来求变力作用的结果(变力的冲量或变力做功) ③研究对象可以是一个物体，也可以是一个系统；研究过程可以是整个过程，也可以是某一段过程 [典例体验] [典例]　如图所示，质量mA为4.0 kg的木板A放在水平面C上，木板与水平面间的动摩擦因数μ为0.24，木板右端放着质量mB为1.0 kg的小物块B(可视为质点)，它们均处于静止状态。木板突然受到水平向右的12 N·s的瞬时冲量I作用开始运动，当小物块滑离木板时，木板的动能EkA为8.0 J，小物块的动能EkB为0.50 J，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)瞬时冲量作用结束时木板的速度v。 (2)木板的长度L。 [解析]　(1)设水平向右为正方向，有：I＝mAv 代入数据得：v＝3.0 m/s，方向水平向右。 (2)设A对B、B对A、C对A的滑动摩擦力的大小分别为FAB、FBA、FCA，B在A上滑行的时间为t，B离开A时A和B的速度分别为vA和vB，有 －(FBA＋FCA)t＝mAvA－mAv FABt＝mBvB 由牛顿第三定律可知FAB＝FBA，FCA＝μ(mA＋mB)g 设A、B相对于C的位移大小分别为sA和sB， 有－(FBA＋FCA)sA＝mAvA2－mAv2 FABsB＝EkB 动量和动能之间的关系为：mAvA＝ mBvB＝ 木板A的长度L＝sA－sB 代入数据解得：L＝0.50 m。 [答案]　(1)3.0 m/s，方向水平向右　(2)0.50 m [针对训练] 1．(多选)在光滑水平面上有质量均为2 kg的a、b两质点，a质点在水平恒力Fa＝4 N作用下由静止出发运动4 s。b质点在水平恒力Fb＝4 N作用下由静止出发移动4 m。比较这两个质点所经历的过程，可以得到的正确结论是(　 ) A．a质点的位移比b质点的位移大 B．a质点的末速度比b质点的未速度小 C．力Fa做的功比力Fb做的功多 D．力Fa的冲量比力Fb的冲量小 解析：选AC　a质点发生的位移x1＝at2＝t2＝16 m,4 s末的速度为v1＝at＝8 m/s，力Fa做功为W1＝Fax1＝64 J，冲量为I1＝Fat＝16 N·s。b质点发生的位移x2＝4 m，根据公式v22＝2ax2末速度为v2＝4 m/s，根据v＝at可得运动时间是t′＝2 s，所以Fb做功为W2＝Fbx2＝16 J，冲量为I2＝Fbt′＝8 N·s，A、C正确。 2.如图所示，质量为