第一章 第3节 动量守恒定律-【高考领航】2023-2024学年高中物理选择性必修第一册同步核心辅导与测评（人教版）

第3节　动量守恒定律 [学习目标要求]　1.了解系统、内力和外力的概念。理解动量守恒定律的确切含义、表达式和守恒条件。2.能推导动量守恒定律的表达式，掌握应用动量守恒定律解决实际问题的方法。3.通过阅读材料，了解动量守恒定律的普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性。 　相互作用的两个物体的动量改变 1．情景设置：如图所示，在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体A、B，质量分别为m1 、m2，沿同一直线向同一方向运动，速度分别是v1和v2，v2>v1。当B追上A时两物体发生碰撞，碰撞后A、B的速度分别为v1′和v2′。 2．理论推导 根据动量定理，物体A动量的变化量等于它所受作用力F1的冲量，即F1Δt＝m1v1′－m1v1。 物体B动量的变化量等于它所受作用力F2的冲量，即F2Δt＝m2v2′－m2v2。 根据牛顿第三定律F1＝－F2，两个物体碰撞过程中的每个时刻相互作用力F1与F2大小相等、方向相反，故有m1v1′－m1v1＝－(m2v2′－m2v2)，m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2。 3．结论形成：两个物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和。 [判一判] (1)相互作用的两个物体，动量变化的方向相反。(√) (2)一对相互作用力的冲量总是等大反向的。(√) (3)相互碰撞的两个物体，碰撞前动量之和等于碰撞后动量之和，并不一定等于碰撞过程中动量之和。(×) (4)只有碰撞前A、B两物体沿同一方向运动，两物体碰撞前后动量之和才相等。(×) 　动量守恒定律 1．系统：相互作用的两个或多个物体组成的整体。 2．内力：系统中物体间的作用力。 3．外力：系统以外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，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。 [判一判] (1)某个力是内力还是外力是相对的，与系统的选取有关。(√) (2)一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒。(×) (3)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零。(√) (4)只要系统内存在摩擦力，动量就不可能守恒。(×) 　动量守恒定律的普适性 1．牛顿运动定律的局限性：用牛顿运动定律解决问题要涉及整个过程中的力，往往涉及多个力，力随时间变化的规律也可能很复杂，使得问题难以求解。高速(接近光速)、微观(小到分子、原子的尺度)领域，牛顿运动定律不再适用。 2．动量守恒定律的普适性：动量守恒定律只涉及过程始末两个状态，与过程中力的细节无关。高速(接近光速)、微观(小到分子、原子的尺度)领域，动量守恒仍然正确。 [想一想] 动量守恒定律和牛顿第二定律的适用范围有哪些不一样？ 提示：动量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围要广，动量守恒定律适用于低速、高速、微观和宏观物体，牛顿运动定律只适用于低速运动的宏观物体，不适用于微观粒子和接近光速的物体。 学习任务一　动量守恒的条件 [导学探究] 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？若以人、锤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：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。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。 [思维深化] 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)系统受外力作用，合外力也不为零，但合外力远远小于内力。此时动量近似守恒。 (3)系统所受到的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒。 　 (多选)下列四幅图所反映的物理过程中，系统动量守恒的是(　　) 解析：AC　A图中，在光滑水平面上，子弹射入木块的过程中，系统所受外力之和为零，系统动量守恒，故A正确；B图中，剪断细线，弹簧恢复原长的过程中，墙壁对滑块有作用力，系统所受外力之和不为零，系统动量不守恒，故B错误；C图中，木球与铁球组成的系统所受合力为零，系统动量守恒，故C正确；D图中，木块下滑过程中，斜面始终受挡板作用力，系统动量不守恒，故D错误。 判断动量守恒的两关键环节 (1)动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统。判断系统的动量是否守恒，与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系。 (2)判断系统的动量是否守恒，要注意守恒的条件是不受外力或所受合外力为零，因此要分清哪些力是内力，哪些力是外力。 [针对训练] 1．如图所示，甲木块的质量为m1，以v的速度沿光滑水平地面向前运动，