专题二 动量守恒定律的应用（教学课件）物理沪科版2020选择性必修第一册

第一章 动量 专题二 动量守恒定律的应用 【学习目标】 1.进一步理解动量守恒定律的含义及守恒条件. 2.会利用动量守恒定律分析多物体、多过程问题. 3.会分析动量守恒定律应用中的临界问题. 一、进一步理解动量守恒的条件 1.动量守恒定律成立的条件 (1)系统不受外力或所受外力的合力为零； (2)系统的内力远大于外力； (3)系统在某一方向上不受外力或所受外力的合力为0. 此种情况说明：当系统所受的合外力不为零时，系统的总动量不守恒，但是合外力在某个方向上的分量为零时，那么在该方向上系统的动量分量是守恒的. 2.动量守恒定律的研究对象是系统.研究多个物体组成的系统时，必须合理选择系统，分清系统的内力与外力，然后判断所选系统是否符合动量守恒的条件. 例1　质量分别为M和m0的两滑块用轻弹簧连接，均以 恒定速度v沿光滑水平面运动，与位于正对面的质量为m的静止滑块发生碰撞，如图所示，碰撞时间极短，在此过程中，下列情况可能发生的是 A.M、m0、m速度均发生变化，碰后分别为v1、 v2、v3，且满足(M＋m0)v＝Mv1＋m0v2＋mv3 B.m0的速度不变，M和m的速度变为v1和v2， 且满足Mv＝Mv1＋mv2 C.M、m0和m的速度都变为v′，且满足(M＋m)v＝(M＋m0＋m)v′ D.M、m0、m速度均发生变化，M和m0的速度都变为v1，m的速度变为v2， 　且满足(M＋m0)v＝(M＋m0)v1＋mv2 √ 解析　M和m碰撞时间极短，在极短的时间内弹簧形变极小，可忽略不计，因而m0在水平方向上没有受到外力作用，动量不变(速度不变)，可以认为碰撞过程中m0没有参与，只涉及M和m，由于水平面光滑，弹簧形变极小，所以M和m组成的系统水平方向动量守恒，两者碰撞后可能具有共同速度，也可能分开，所以只有B正确. 例2　如图所示，质量为0.5 kg的小球在距离车内上表面高20 m处以一定的初速度向左平抛，落在以大小为7.5 m/s的速度沿光滑水平面向右匀速行驶的小车中，车内上表面涂有一层油泥，车与油泥的总质量为4 kg，设小球在落到车底前瞬间速度大小是25 m/s，g取10 m/s2，不计空气阻力，则当小球与小车相对静止时，小车的速度是 A.5 m/s B.4 m/s C.8.5 m/s D.9.5 m/s √ 解析　小球抛出后做平抛运动，根据动能定理得 代入数据解得v0＝15 m/s. 小球和车作用过程中，水平方向动量守恒，规定向右为正方向，则有 －mv0＋Mv1＝(M＋m)v′， 解得v′＝5 m/s. 所以A选项正确. 二、动量守恒定律应用 1.动量守恒定律在多物体、多过程问题中的应用 多个物体相互作用时，物理过程往往比较复杂，分析此类问题时应注意： (1)正确进行研究对象的选取：有时对整体应用动量守恒定律，有时对部分物体应用动量守恒定律.研究对象的选取一是取决于系统是否满足动量守恒的条件，二是根据所研究问题的需要. (2)正确进行过程的选取和分析：通常对全程进行分段分析，并找出联系各阶段的状态量.根据所研究问题的需要，列式时有时需分过程多次应用动量守恒定律，有时只需针对初、末状态建立动量守恒的关系式. 例3　甲、乙两个溜冰者质量分别为48 kg和50 kg，甲手里拿着质量为2 kg的球，两人均以2 m/s的速率，在光滑的冰面上沿同一直线相向滑行，甲将球传给乙，乙再将球传给甲，这样抛接几次后，球又回到甲的手里，乙的速度为零，不计空气阻力，则此时甲的速度的大小为 A.0 B.2 m/s C.4 m/s D.无法确定 解析　以甲、乙及球组成的系统为研究对象，以甲原来的滑行方向为正方向，根据动量守恒，有(m甲＋m球)v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m球)v甲′， √ 例4　如图所示，A、B两个木块质量分别为2 kg与0.9 kg，A、B上表面粗糙，与水平地面间接触面光滑，质量为0.1 kg的铁块(可看成质点)以10 m/s的速度从A的左端向右滑动，最后铁块与B的共同速度大小为0.5 m/s，求： (1)A的最终速度大小； 答案　0.25 m/s 解析　选铁块和木块A、B为一系统，取水平向右为正方向， 由系统动量守恒得：mv＝(MB＋m)vB＋MAvA 解得：vA＝0.25 m/s. (2)铁块刚滑上B时的速度大小. 答案　2.75 m/s 解析　设铁块刚滑上B时的速度为v′， 此时A、B的速度均为vA＝0.25 m/s. 由系统动量守恒得：mv＝mv′＋(MA＋MB)vA 解得v′＝2.75 m/s. 2.动量守恒定律应用中的临界问题分析 分析临界问题的关键是寻找临界状态，在动量守恒定律的应用中，常常出现相互作用的两物体相距最近、避免相碰和物体开始反向运动等临界状态，其临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与