第一章 第1节 动量（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第1节　动　量

 

1．碰撞：做相对运动的两个(或几个)物体相遇并发生相互作用，在很短的时间内，它们的运动状态会发生显著变化，这一过程叫作碰撞．

2．历史上对碰撞现象的研究

(1)马尔西的碰撞实验．

(2)惠更斯的碰撞实验．

1．实验目的：探究碰撞过程的不变量．

2．实验结论：两个物体相互碰撞时，碰撞前运动量的总和与碰撞后运动量的总和总是相等的，即质量与速度的乘积的矢量和在碰撞过程中保持不变．

3．动量

(1)定义：物理学中把质量m与速度v的乘积称为物体的动量．

(2)公式：p＝mv．

(3)单位：在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号是kg·m/s．

(4)方向：动量是矢量(选填“标量”或“矢量”)，动量的方向与速度的方向相同．

(5)动量的变化量：Δp＝p′－p．

(6)说明：动量和速度一样，反映物体的运动状态，可见动量是状态量．

[思考]

如图所示，游乐场中一名小朋友开着一辆运动的车与另一辆静止的车相碰，为什么运动的车质量越大、速度越大，静止的车就会被碰得越远？

提示　因为运动的车质量越大，速度越大，其动量就越大．

[判断](对的画“√”，错的画“×”)

(1)物体的质量越大，动量一定越大．(×)

(2)若物体的速度大小不变，则其动量可能是变化的.(√)

(3)物体的动量大小相同，动量一定相同．(×)

 

探究点一　实验探究：探究碰撞前后运动量的变化

[实验原理]

先测出两个物体的质量m1、m2，使它们发生一维碰撞(即碰撞前两物体沿同一直线运动)，再测定碰撞前后两个物体的速度v1、v2及v1′、v2′，判断两个物体碰撞前后质量与速度的乘积矢量和是否改变．

[实验装置]

气垫导轨、数字计时器、天平、光电门、带有挡光条和弹簧片的滑块，如图所示．

[探究过程]

1．先用天平分别测出带弹簧片的滑块1、滑块2的质量m1、m2，然后用手推动滑块1，使其获得初速度v1，与静止的滑块2相碰(相碰时，两弹簧片要正对).测定碰撞前后两滑块的速度大小，算出相关数据，填入表中．

2．再换用不带弹簧片的两滑块按照上面的步骤进行实验，并读取实验数据，填入表中．

3．将两滑块上的弹簧片换成橡皮泥，用天平分别测出滑块1、滑块2的质量．使有橡皮泥的两端正对，让滑块1与滑块2相碰，测算出相关数据，并填入表中．

[数据处理]

根据表格中的数据进行计算，对比碰撞前后的运动量的总和，得出质量m与速度v乘积的矢量和在碰撞过程中保持不变的结论．

下图为探究碰撞中的不变量的实验装置示意图，挡光条D经过光电门时的遮光时间Δt被数字计时器自动记录下来．在某次实验中，滑块1和滑块2质量分别为m1＝0.240 kg、m2＝0.220 kg，用手推动滑块1，向着静止在导轨上的滑块2撞去，碰撞之前滑块1的挡光条经过光电门时，数字计时器自动记录下来的时间Δt＝110.7 ms.碰撞之后，滑块1和滑块2粘连在一起，挡光条通过光电门的时间Δt′＝214.3 ms，已知两滑块上的挡光条的宽度都是Δx＝3 cm，问：

(1)碰撞前后两滑块各自的质量与速度乘积之和相等吗，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′成立吗？

(2)碰撞前后两滑块各自的质量与速度平方的乘积之和相等吗，即m1v＋m2v＝m1v1′2＋m2v2′2成立吗？

解析　(1)因为滑块上挡光条的宽度是Δx，挡光条通过光电门的时间是Δt，所以滑块速度可用公式v＝求出．

碰撞之前，滑块1的速度

v1＝＝ m/s≈0.271 m/s

碰撞之前，滑块2静止，所以v2＝0

碰撞之后，两滑块粘连在一起，其速度

v1′＝v2′＝＝ m/s≈0.140 m/s

m1v1＋m2v2＝0.240×0.271 kg·m/s＋0

≈0.065 kg·m/s