第1节 动量(课件PPT)-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册(人教版2019 江苏北京版)
2024-10-24
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | 高中物理人教版选择性必修 第一册 |
| 年级 | 高二 |
| 章节 | 1. 动量 |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 同步教学-新授课 |
| 学年 | 2024-2025 |
| 地区(省份) | 江苏省,北京市 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 4.71 MB |
| 发布时间 | 2024-10-24 |
| 更新时间 | 2024-10-24 |
| 作者 | 山东一帆融媒教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 新课程学案·高中同步导学 |
| 审核时间 | 2024-10-24 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/48155441.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
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内容正文:
第一章
动量守恒定律
动量
(强基课—逐点理清物理观念)
第 1 节
课标要求 学习目标
理解动量。 1.认识常见碰撞现象,知道碰撞特点,了解历史上对碰撞的研究。
2.会通过实验探究碰撞前后运动量的变化,寻求碰撞中的不变量。
3.理解动量的概念及其矢量性,会计算动量的变化量。
1
逐点清(一) 寻求碰撞中的不变量
2
逐点清(二) 动量及动量的变化量
3
逐点清(三) 动量与动能的区别和联系
4
课时跟踪检测
CONTENTS
目录
逐点清(一) 寻求碰撞中的不变量
1.两球碰撞实验演示
(1)B球与C球质量相等时,C球碰B球后,C球______,
B球可摆到C球被拉起时同样的______。
(2)质量大的C球碰质量小的B球时,碰后B球获得较
大的_____,摆起的最大高度大于C球被拉起时的______。
(3)结论:两球碰撞前后的_____之和并不相等。
多维度理解
静止
高度
速度
高度
速度
两小球静止时应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直。将小球拉起后,两摆线应在同一竖直平面内,以保证碰撞是一维的。两球最好用双线摆。
2.碰撞实验数据分析
如图所示,两辆小车都放在滑轨上,用质量为m1的小车碰撞静止的质量为m2的小车,碰后两辆小车粘在一起运动,测出碰撞前质量为m1的小车运动的速度v和碰后一起运动的速度v′。可根据实验数据分析:
(1)两车碰撞前后,______之和并不相等。
(2)两车碰撞前后,质量与速度的乘积之和基本______。
动能
不变
1.判断下列说法是否正确。
光滑的水平面上有两个半径相等的小球,质量为m1的小球以速度v0与静止的质量为m2的小球发生碰撞,碰后质量为m1、m2的小球速度分别为v1、v2,v1、v2与v0同方向且在同一直线上,如图所示为两球碰撞后的运动情况,则
全方位练明
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√
2.在“寻求碰撞中的不变量”实验中,某同学采用如图所示
的装置进行实验。把两个小球用等长的细线悬挂(使两小球
在竖直方向静止时刚好接触),让B球静止,拉起A球,由静
止释放后使它们相碰,碰后粘在一起。实验过程中除了要测量A球被拉起的角度θ1及它们碰后摆起的最大角度θ2之外,还需测量________________(写出物理量的名称和符号)才能验证碰撞中的不变量。用测量的物理量表示碰撞中的不变量应满足的关系式是:__________。
3.某同学利用气垫导轨上滑块间的碰撞来寻找物体相互作用过程中的“不变量”,实验装置如图所示,实验过程如下(“+、-”表示速度方向):
实验1 使m1=m2=0.25 kg,让运动的质量为m1的滑块碰静止的质量为m2的滑块,碰后两滑块一起运动,数据如下表。
碰前 碰后
滑块m1 滑块m2 滑块m1 滑块m2
速度v/(m·s-1) +0.140 0 +0.069 +0.069
根据实验数据可推知,在误差允许范围内:
①碰前物体的速度________(填“等于”或“不等于”)碰后物体速度的矢量和。
②碰前物体的动能________(填“等于”或“不等于”)碰后物体动能的和。
③碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和。
实验2 使2m1=m2=0.5 kg,让运动的质量为m1的滑块碰静止的质量为m2的滑块,碰后两滑块分开,数据如下表。
碰前 碰后
滑块m1 滑块m2 滑块m1 滑块m2
速度v/(m·s-1) +0.120 0 -0.024 +0.070
根据实验数据可推知,在误差允许范围内:
①碰前物体的速度________(填“等于”或“不等于”)碰后物体速度的矢量和。
②碰前物体的动能________(填“等于”或“不等于”)碰后物体动能的和。
③碰前物体的质量m与速度v的乘积mv________(填“等于”或“不等于”)碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和。
实验结论:
(1)还进行了其他情境的实验,最终在实验中发现的“不变量”是:______________________________________________________________________________________________________________________
(2)在“探究碰撞中的不变量”实验中,关于实验结论的说明,正确的是________。
A.只需找到一种情境的“不变量”即可,结论对其他情境也同样适用
B.只找到一种情境的“不变量”还不够,其他情境未必适用
C.实验中要寻找的“不变量”必须在各种碰撞情况下都不改变
D.进行有限次实验找到的“不变量”具有偶然性,结论还需要检验
③碰前物体的质量m与速度v的乘积为mv=0.035 0 kg·m/s,碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和为m′v′=(0.25+0.25)×0.069 kg·m/s=0.034 5 kg·m/s,二者在误差允许的范围内是相等的。
实验2 ①碰后物体速度的矢量和为-0.024 m/s+0.070 m/s=0.046 m/s,所以碰前物体的速度不等于碰后物体速度的矢量和。
③碰前物体的质量m与速度v的乘积为mv=0.030 kg·m/s,碰后物体的质量m与速度v的乘积mv的矢量和为m′v′=0.25×(-0.024)kg·m/s+0.5×0.070 kg·m/s=0.029 kg·m/s,二者在误差允许的范围内是相等的。
实验结论:
(1)碰撞中的“不变量”是:相互作用的物体的质量与速度乘积的矢量和。
(2)在“探究碰撞中的不变量”实验中,只找到一种情境的“不变量”还不够,其他情境未必适用,必须在各种碰撞的情况下都不改变,有限次实验偶然性较大,得出的结论需要检验,B、C、D正确,A错误。
答案:实验1:①等于 ②不等于 ③等于
实验2:①不等于 ②不等于 ③等于
(1)相互作用的物体的质量与速度乘积的矢量和 (2)BCD
逐点清(二) 动量及动量的变化量
1.动量
(1)定义:物体的______和______的乘积。
(2)公式:p=_____。
(3)单位:____________,符号是_______。
(4)矢量性:动量是矢量,方向与______的方向相同,运算遵守_____________定则。
多维度理解
质量
速度
mv
千克米每秒
kg·m/s
速度
平行四边形
2.动量的变化量
(1)动量的变化量是过程量,分析计算时,要明确是物体在哪一个过程的动量变化。
(2)动量的变化量Δp=p′-p是矢量式,Δp的方向与速度变化的方向______ (填“相同”或“相反”)。
相同
(3)Δp的计算
①当p′、p在同一直线上时,可规定正方向,将矢量运算转化为代数运算;
②当p′、p不在同一直线上时,应依据平行四边形定则运算,如图所示。
瞬时性 动量是状态量,通常说物体的动量是物体在某一时刻或某一位置的动量,动量的大小可用p=mv表示
矢量性 动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同
相对性 因物体的速度与参考系的选取有关,故物体的动量也与参考系的选取有关,因而动量具有相对性,通常情况是指相对地面的动量
动量的三个特征
1.判断下列说法是否正确。
(1)动量越大,物体的速度越大。 ( )
(2)物体的动量发生变化时,运动方向一定改变。 ( )
(3)物体的速度方向改变,其动量一定改变。 ( )
(4)动量变化量的方向一定和物体初动量的方向相同。 ( )
全方位练明
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2.(2024·无锡期中检测)关于动量,以下说法正确的是( )
A.做匀速圆周运动的物体,其动量保持不变
B.悬线拉着的摆球在竖直面内摆动时,每次经过最低点时的动量均相同
C.动量大小相等的物体,其速度大小一定相等
D.动量相同的物体,其速度方向一定相同
√
解析:做匀速圆周运动的物体,速度方向时刻发生变化,动量的方向时刻发生变化,其动量是变化的,故A错误;
悬线拉着的摆球在竖直面内摆动时,相邻两次经过最低点时的速度大小相等、方向相反,动量大小相等、方向相反,故B错误;
动量大小相等的物体,物体质量不一定相等,其速度大小不一定相等,故C错误;
动量方向与速度方向相同,动量相同的物体,其速度方向一定相同,故D正确。
3.(2024·南通高二阶段检测)如图,p、p′分别表示物体某过程前、后两个状态的动量,短线表示的动量大小为15 kg·m/s,长线表示的动量大小为30 kg·m/s,箭头表示动量的方向。在下列所给的四种情况下,物体动量变化量相同的是( )
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
√
解析:取向右为正方向,①中初动量p=15 kg·m/s,末动量p′=30 kg·m/s,则动量变化量为Δp=p′-p=15 kg·m/s。②中初动量p=15 kg·m/s,末动量p′=-30 kg·m/s,则动量变化量为Δp=p′-p=-45 kg·m/s。③中初动量p=30 kg·m/s,末动量p′=15 kg·m/s,则动量变化量为Δp=p′-p=-15 kg·m/s。④中初动量p=30 kg·m/s,末动量p′=-15 kg·m/s,则动量变化量为Δp=p′-p=-45 kg·m/s。②④中物体动量变化量相同,故C正确。
逐点清(三)
动量与动能的区别和联系
动量和动能的比较
多维度理解
[典例] 某同学把一质量为0.5 kg的篮球由静止释放,释放后篮球的重心下降高度为1.25 m时与地面相撞,反弹后篮球的重心上升的最大高度为0.45 m,不计空气阻力,取重力加速度g=10 m/s2,求地面与篮球相互作用的过程中:
(1)篮球动量的变化量;
(2)篮球动能的变化量。
[答案] (1)4 kg·m/s,方向竖直向上 (2)减少了4 J
[变式拓展] 若篮球与地面发生碰撞时无机械能损失,反弹后仍然上升到1.25 m高度处,则篮球动量的变化量是多少?动能的变化量是多少?
[答案] 5 kg·m/s,方向竖直向上 0
1.对于质量一定的物体,下列说法正确的是( )
A.若动量改变,速度大小一定改变
B.若速度大小改变,动量一定改变
C.若动能改变,动量可能不变
D.若动量改变,动能一定改变
全方位练明
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解析:若动量改变,可能只是速度方向改变,速度大小不一定改变,则动能可能不变,故A、D错误;
若速度大小改变,则动量一定改变,故B正确;
若动能改变,则速度大小一定改变,动量一定改变,故C错误。
2.(2024·江苏南京期中检测)下列关于动量和动能的说法正确的是( )
A.动量和动能都是矢量,都有大小和方向
B.动量和动能都是标量,只有大小,没有方向
C.物体的动能为零时,其动量也一定为零
D.两个质量相等的物体,若其动能相同,则它们的动量一定相同
√
解析:动能是标量,只有大小,没有方向;动量是矢量,既有大小,又有方向;两个质量相等的物体,若其动能相同,可能只是速度大小相同而方向不同,它们的动量的方向不一定相同,故A、B、D错误;
3.两个具有相同动能的物体A、B,质量分别为mA、mB,且mA>mB,比较它们的动量,则( )
A.物体B的动量较大
B.物体A的动量较大
C.动量大小相等
D.不能确定
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A级——基础达标
1.在“利用气垫导轨探究碰撞中的不变量”实验中,下列因素可导致实验误差增大的是( )
A.导轨安放不水平 B.滑块上挡光板变窄
C.两滑块质量不相等 D.两滑块碰后连在一起
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解析:导轨不水平将导致滑块的速度受重力沿导轨方向的分力影响,从而增大实验误差,A正确;
挡光板变窄,计算的速度值误差变小,B错误;
实验中并不要求两滑块的质量相等,C错误;
两滑块碰后连在一起是碰撞的一种情况,但并不影响碰撞中的守恒量,D错误。
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2.下列运动过程中,物体的动量保持不变的是( )
A.匀速圆周运动 B.匀速直线运动
C.平抛运动 D.匀变速直线运动
解析:做匀速圆周运动的物体速度大小不变,方向时刻改变,速度是变化的,可知做匀速圆周运动的物体的动量是变化的,故A错误;
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做匀速直线运动的物体速度不变,故做匀速直线运动的物体的动量保持不变,故B正确;
做平抛运动的物体,加速度为重力加速度,不为零,速度是变化的,故做平抛运动的物体的动量是变化的,故C错误;
做匀变速直线运动的物体,加速度不为零,速度是变化的,故做匀变速直线运动的物体的动量是变化的,故D错误。
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3.如图所示,质量为0.01 kg、以800 m/s的速度飞行的子弹与质量为0.8 kg、以10 m/s的速度飞行的小球相比( )
A.子弹的动量较大 B.小球的动量较大
C.子弹的动能较大 D.小球的动能较大
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4.一台自动传送盘,盘上离转轴0.5 m处有一质量为0.5 kg 的零件,随盘做匀速圆周运动,则当盘以角速度为2 rad/s转过180°的过程中,零件动量的变化量大小为( )
A.0.25 kg·m/s B.0.5 kg·m/s
C.1 kg·m/s D.2 kg·m/s
解析:设末速度方向为正方向,零件动量的变化量大小为Δp=mv2-mv1=2mωr=2×0.5×2×0.5 kg·m/s=1 kg·m/s,故C正确。
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5.神舟十六号返回舱进入大气层一段时间后,逐一打开引导伞、减速伞、主伞,最后启动反冲装置,实现软着陆。某兴趣小组研究了减速伞打开后返回舱的运动情况,将其运动简化为竖直方向的直线运动,其v-t图像如图所示。设该过程中重力加速度g不变,返回舱质量不变,下列说法正确的是( )
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A.在0~t3时间内,返回舱一直减速下降
B.在t1时刻打开主伞后,返回舱的加速度大小不可能等于g
C.在t1~t2时间内,返回舱的动量随时间减小
D.在t2~t3时间内,返回舱的机械能不变
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解析:由题图可知,0~t2时间内速度在减小,t2~t3时间内速度不变,故A错误;
v-t图像的斜率表示加速度,t1时刻打开主伞后图像的斜率在减小,但是斜率大小未知,故B错误;
物体的动量为p=mv,而在t1~t2时间内,返回舱的速度在逐渐减小,故动量也随时间减小,故C正确;
在t2~t3时间内,返回舱的动能不变,下降过程重力势能在减小,故机械能在减小,D错误。
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6.(2023·扬州高二调研)某物体在某一过程中的动量变化量为-5 kg·m/s,则初、末两状态相比( )
A.该物体的动量一定减小
B.该物体的动量一定反向
C.该物体的动量可能增大
D.该物体的动量一定同向
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解析:物体的动量变化量为-5 kg·m/s,是负值,说明动量的变化量与规定的正方向相反,则该物体的动量可能增大,也可能减小,C正确,A错误;
物体的动量变化的方向与规定的正方向相反,但不表示物体的初、末动量一定反向或同向,B、D错误。
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7.(2024•盐城高二月考)质量为0.5 kg的物体,运动速度为3 m/s,它在一个变力作用下沿直线运动,经过一段时间后速度大小变为7 m/s,则这段时间内动量的变化量可能为( )
A.3.5 kg•m/s,方向与初速度方向相反
B.5 kg•m/s,方向与初速度方向相同
C.2 kg•m/s,方向与初速度方向相反
D.2 kg•m/s,方向与初速度方向相同
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解析:以初速度方向为正方向,如果末速度的方向与初速度方向相反,由Δp=mv′-mv,得Δp=(-7×0.5-3×0.5)kg•m/s=-5 kg·m/s,负号表示Δp的方向与初速度方向相反;如果末速度方向与初速度方向相同,由Δp=mv′-mv,得Δp=(7×0.5-3×0.5)kg•m/s=2 kg·m/s,方向与初速度方向相同,故D正确。
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8.假设羽毛球飞来的速度为50 m/s,运动员将羽毛球以100 m/s的速度反向击回。设羽毛球的质量为10 g,求:
(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量;
(2)运动员击球过程中羽毛球的动能变化量。
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解析:(1)以羽毛球飞来的方向为正方向,则p1=mv1=1×10-2×50 kg·m/s=0.5 kg·m/s,p2=mv2=-1×10-2×100 kg·m/s=-1 kg·m/s,所以动量的变化量Δp=p2-p1=-1 kg·m/s-0.5 kg·m/s=-1.5 kg·m/s。
即羽毛球的动量变化量大小为1.5 kg·m/s,方向与羽毛球飞来的方向相反。
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答案:(1)1.5 kg·m/s,方向与羽毛球飞来的方向相反 (2)37.5 J
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A.a比b先到达S,它们在S点的动量不相同
B.a与b同时到达S,它们在S点的动量不相同
C.a比b先到达S,它们在S点的动量相同
D.b比a先到达S,它们在S点的动量相同
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10.物体的动量变化量的大小为5 kg·m/s,这说明( )
A.物体的动量在减小
B.物体的动量在增大
C.物体的动能一定变化
D.物体的动量大小可能不变
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解析:若物体末速度的方向与开始时速度的方向相反,动量的变化量是末动量减去初动量,其大小为初、末动量绝对值的和;由于只知道动量的变化量,故无法确定动量的大小变化,大小可能不变,也可能减小,还有可能增大,物体的动能不一定变化,故A、B、C错误,只有D正确。
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11.下列关于动量、动量变化量的说法中,正确的是( )
A.物体的动量越大,其惯性也越大
B.做匀速圆周运动的物体,其动量不变
C.物体的速度大小不变时,动量的变化量一定为零
D.做匀加速直线运动的物体,动量的变化量方向与运动方向相同
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解析:惯性只由质量决定,故A错误;
动量为矢量,匀速圆周运动的方向变化,则动量变化,故B错误;
速度大小不变、方向发生改变时,动量变化量不为零,故C错误;
动量的变化量与速度的变化量具有同向性,做匀加速直线运动的物体,速度变化量的方向与速度方向相同,故D正确。
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12.如图所示,一物体分别沿三个倾角不同的光滑斜面由静止开始从顶端下滑到底端C、D、E处,三个过程中动能变化量的大小依次为ΔE1、ΔE2、ΔE3,动量变化量的大小依次为Δp1、Δp2、Δp3,则有( )
A.ΔE1<ΔE2<ΔE3,Δp1<Δp2<Δp3
B.ΔE1<ΔE2<ΔE3,Δp1=Δp2=Δp3
C.ΔE1=ΔE2=ΔE3,Δp1<Δp2<Δp3
D.ΔE1=ΔE2=ΔE3,Δp1=Δp2=Δp3
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解析:三个过程中都只有重力做功,三种情况下下降的高度相同,即重力做功相同,根据动能定理可得下滑到底端时的动能相同,故ΔE1=ΔE2=ΔE3;由机械能守恒定律可知物体下滑到底端C、D、E的速度大小v相等,动量变化量的大小Δp=mv也相等,即Δp1=Δp2=Δp3(注意方向不同),D正确。
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13.(2024·江苏无锡期中)如图所示,在某校举行的足球赛上,一足球运动员踢一个质量为0.4 kg的足球。
(1)若开始时足球的速度大小是4 m/s,方向向右,踢球后,球的速度大小是10 m/s,方向仍向右(如图甲),求踢球过程中足球的动量改变量;
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(2)若足球以10 m/s的速度向右撞向球门门柱,然后以3 m/s的速度反向弹回(如图乙),求这一过程中足球的动量改变量。
解析:(1)取向右为正方向,踢球过程中,初动量为p=mv=0.4×4 kg·m/s=1.6 kg·m/s
末动量为p′=mv′=0.4×10 kg·m/s=4 kg·m/s
动量的改变量为Δp=p′-p=2.4 kg·m/s,方向向右。
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(2)取向右为正方向,足球撞向球门门柱弹回过程,初动量为p1=mv1=0.4×10 kg·m/s=4 kg·m/s
末动量为p2=mv2=0.4×(-3)kg·m/s=-1.2 kg·m/s
动量的改变量为Δp′=p2-p1=-5.2 kg·m/s,负号表示方向向左。
答案:(1)2.4 kg·m/s,方向向右
(2)5.2 kg·m/s,方向向左
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(1)v0一定等于v1+v2。 ( )
(2)m1v02一定等于m1v12+m2v22。 ( )
(3)m1v0一定等于m1v1+m2v2。 ( )
解析:设细线长为L,两球质量分别为mA、mB,碰撞中的不变量是两球质量与速度的乘积之和,mAvA=(mA+mB)v,即mA=(mA+mB),整理得mA=(mA+mB),故还需测量两球质量mA、mB。
答案:两球质量mA、mB mA=(mA+mB)
解析:实验1 ①碰后物体速度的矢量和为0.069 m/s+0.069 m/s=0.138 m/s,所以在误差允许范围内,碰前物体的速度等于碰后物体速度的矢量和。
②碰前物体的动能为Ek=×0.25×0.142 J=0.002 45 J
碰后物体动能的和为Ek′=×(0.25+0.25)×0.0692 J≈0.001 19 J。
碰前物体的动能不等于碰后物体动能的和。
②碰前物体的动能为Ek=×0.25×0.122 J=0.001 8 J,碰后物体动能的和为Ek′=×0.25×0.0242 J+×0.5×0.0702 J≈0.001 3 J
碰前物体的动能不等于碰后物体动能的和。
动量
动能
定义式
p=mv
Ek=mv2
标矢性
矢量
标量
定义式v的含义
速度
速率
换算关系
p=,Ek=
[解析] (1)篮球与地面相撞前瞬间的速度大小为v1== m/s=5 m/s,方向竖直向下,
篮球与地面相撞后瞬间的速度大小为v2== m/s=3 m/s,方向竖直向上。
规定竖直向下为正方向,篮球的动量变化量为Δp=(-mv2)-mv1=-0.5×3 kg·m/s-0.5×5 kg·m/s=-4 kg·m/s,即篮球的动量变化量大小为4 kg·m/s,方向竖直向上。
(2)篮球的动能变化量为ΔEk=mv22-mv12=×0.5×32 J-×0.5×52 J=-4 J,即动能减少了4 J。
[解析] 发生碰撞前后速度大小不变,方向改变,由题可知,碰撞前v1==5 m/s,方向竖直向下,碰撞后v2=5 m/s,方向竖直向上,规定竖直向下为正方向。
Δp=(-mv2)-mv1=-5 kg·m/s,即篮球的动量变化量大小为5 kg·m/s,方向竖直向上,ΔEk=mv22-mv12=0,即动能的变化量为0。
根据动量和动能的大小关系p=可知,物体的动能为零时,其动量也一定为零,故C正确。
解析:根据动能的表达式Ek=mv2,动量的表达式p=mv,联立可得p=,物体A、B的动能Ek相同,mA>mB,则pA>pB,即物体A的动量较大。
解析:根据p=mv,子弹的动量p1=8 kg·m/s,小球的动量p2=8 kg·m/s,所以二者动量大小相等;根据Ek=mv2,子弹的动能Ek1=3 200 J,小球的动能Ek2=40 J,所以子弹的动能较大,故C正确,A、B、D错误。
(2)羽毛球的初动能Ek=mv12=12.5 J,羽毛球的末动能Ek′=mv22=50 J,
动能变化量ΔEk=Ek′-Ek=37.5 J。
B级——综合应用
9.如图所示,PQS是固定于竖直平面内的光滑的圆弧轨道,圆心O在S的正上方。在O和P两点各有一个质量为m的小物块a和b,从同一时刻开始,a自由下落,b沿圆弧轨道下滑,不计空气阻力。关于a和b的运动,以下说法正确的是( )
解析:物块a做自由落体运动,其加速度始终为g,而物块b沿光滑圆弧轨道下滑,其在竖直方向的加速度始终小于g,由h=at2得ta<tb;因为动量是矢量,其方向与速度的方向相同,故a、b到达S时,它们的动量不相同,故A正确,B、C、D错误。
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