第一章 3.动量守恒定律-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（教科版）

3.动量守恒定律 【核心素养目标】 物理观念 了解系统、内力和外力的概念；理解动量守恒定律的内容。 科学思维 理解动量守恒的条件及其判定；理解动量守恒定律的常用表达式及其意义。 科学态度与责任 学会处理动量守恒定律在实际生产和生活中的应用。 一、动量守恒定律 1．理论探究 (1)作用情境：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)图为刚接触的瞬间，二者的速度分别是v1和v2(v1＝－v2)；(b)图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)图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)。 学生用书↓第11页 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v1′和v2′。 (2)推导分析：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2对1＝－1对2。 分别对两物体应用动量定理，得 2对1·t＝p1′－p1 1对2·t＝p2′－p2 则p1′－p1＝－(p2′－p2) 式中p1和p2分别是两个物体碰撞前的动量，p1′和p2′分别是两个物体碰撞后的动量。将上式变形，得 p1＋p2＝p1′＋p2′。 (3)结论：相互碰撞的两个物体组成的系统，总动量保持不变。 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。 二、动量守恒定律的普适性 动量守恒定律具有普适性，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。 1．判断正误 (1)某个力是内力还是外力是相对的，与系统的选取有关。(√) (2)相互作用的两个物体间相互作用力的冲量相同。(×) (3)碰撞前后满足动量之和不变的两个物体所受外力的矢量和为零。(√) (4)只要系统的合外力为零，系统的动量就守恒。(√) (5)一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒。(×) 2.链接实景 如图所示，甲乙两人原来面对面静止在光滑的冰面上，甲推乙后，两人向相反方向滑去。 请思考：(1)甲推乙的过程中，两人的动量守恒吗？ (2)甲推乙后，两人的速度有什么关系？ 提示：(1)由于冰面光滑，两人组成的系统动量守恒。 (2)甲推乙后，因为总动量为零，即0＝m甲v甲＋m乙v乙，所以两人速度的大小与质量成反比，方向相反。 学生用书↓第12页 知识点一　对动量守恒的理解 情境1：如图甲所示，在光滑水平面上发生正碰的两物体。(v＞v′) 情境2：如图乙所示，小车A、B静止在光滑水平面上。 情境3：如图丙所示，速度为v0的物体滑上光滑水平面上的小车。 (1)图甲中，两物体受哪些力作用？系统动量守恒吗？ (2)图乙中，烧断细线后，两小车受弹簧弹力的作用，系统动量守恒吗？ (3)图丙中，物体与小车组成的系统动量守恒吗？ 提示：(1)两物体发生正碰时，它们之间的相互作用力是内力。物体还受到重力和桌面对它们的支持力，是外力。由于外力的合力为零，故系统动量守恒。 (2)烧断细线后，弹簧弹力是内力，系统所受外力的合力为零，系统动量守恒。 (3)物体和小车组成的系统，水平方向上合力为零，动量守恒；竖直方向上合力不为零，动量不守恒。 动量守恒的条件的理解 (1)理想守恒条件： ①系统不受外力作用时，系统动量守恒。 ②系统所受外力的矢量和为零时，系统动量守恒。 (2)近似守恒条件：系统所受外力的矢量和不为零，但系统的内力远大于外力时，系统的动量可看成近似守恒。如碰撞、爆炸等现象。 (3)分方向守恒条件：系统所受外力的矢量和不为零，则系统的总动量不守恒，但若系统在某一方向上的合力为零，则在该方向上系统的动量守恒。 (多选)(2022·唐山市月考)下列各图所对应的物理过程中，系统动量守恒的是(　　) A．甲　　 B．乙　　　　 C．丙　　 D．丁 AC　[图甲中，子弹射入木块的过程中，系统水平方向受到的合力