第1章 第3节 动量守恒定律（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

动量与动量守恒定律 第3节　动量守恒定律 第一章 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 1．对碰撞的研究 将瞬间完成的碰撞过程进行“放慢”思考。两个以相同的速率相向运动的质量相等的小球发生碰撞，两个小球先压缩然后恢复原状，速率先减小后增大，根据课本分别写出a、b小球在相互作用的过程中的动量定理表达式 (1)对a小球：F2对1t＝p1′－p1。 (2)对b小球：F1对2t＝p2′－p2。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 根据牛顿第三定律，在碰撞的过程中，F1对2＝－F2对1， 由此可得到p1＋p2＝p1′＋p2′。 可见：________________________________________________ ______________________________。 两个物体的总动量在相互作用前后保持不变，即系 统的总动量在碰撞前后是守恒的 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 2．系统：把相互作用的________________作为一个整体来研究，这个整体叫作系统。 (1)内力：____内物体间的相互作用力。 (2)外力：____以外施加给系统内物体的力。 3．动量守恒定律 (1)内容：________________________________________________ ____________________。 (2)表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 两个或者多个物体 系统 系统 如果一个系统不受外力或所受合外力为零，这个系统 的总动量保持不变 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 4．动量定理的适用条件：系统不受____或者所受合外力为__。 5．普适性：动量守恒定律既适用于________的物体，也适用于________物体。 外力 零 低速宏观 高速微观 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 1．(物理与生活)如图所示，在冰壶比赛中，运动员把冰壶推出去的过程中，请判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 (1)在运动员与冰壶组成的系统中，运动员与冰壶之间的作用力属于内力。(　　　　) (2)运动员推冰壶过程中，若忽略摩擦，则运动员与冰壶组成的系统动量守恒，也就是系统总动量的变化量始终为零。(　　　　) (3)牛顿运动定律只适用于宏观、低速的物体，所以动量守恒定律也只适用于宏观、低速的物体。(　　　　) √ √ × 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 必备知识 自主学习 2．(知识拓展)如何理解“系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，系统动量守恒”？ 提示：根据动量定理，系统不受外力，或所受外力的矢量和为0，则外力对系统的冲量为0，系统的动量就不会发生变化。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点一__ ________对动量守恒定律的理解 游乐场中的碰碰车是人们尤其是小朋友最喜欢的一种游乐活动，由于车子安装了缓冲装置，所以当碰碰车相互碰撞的时候，产生的作用力一般不会过大，从而保护游戏者的安全。图中的碰碰车在发生相互碰撞的时候，每辆车子的速度发生变化。我们发现小朋友坐的碰碰车的速度变化更明显。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] 如果两辆车发生一维方向上的正碰，他们的总动量是否保持不变？如果总动量发生了变化，导致总动量发生变化的原因是什么？为什么小朋友坐的碰碰车速度变化更为明显？ 提示：在实际的碰撞过程中，碰碰车安装了缓冲装置，碰撞过程中的作用力不能远远大于地面的摩擦，导致系统的动量不能保持不变，由于小朋友的质量较小，因此相同的动量变化，其速度变化较大。如果忽略地面摩擦，系统的动量是守恒的。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 1．研究对象：两个或两个以上的物体组成的相互作用的系统。 2．系统内力和外力 内力是指系统内物体之间的相互作用力。内力可以改变单个物体的动量，但不会改变系统整体的动量。外力是指系统以外的物体对系统内物体的作用力，外力能够改变系统的整体的动量。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 3．动量守恒条件 (1)系统不受外力，或者所受合外力为零。 (2)系统受到外力作用，但远远小于系统内物体之间的相互作用力，即内力远大于外力。 (3)系统在某一个方向上不受外力或者所受合外力为零或者外力远小于内力，那么在该方向上动量守恒。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 4．动量守恒定律的“五性” (1)矢量性：定律的表达式是一个矢量式，其矢量性表现在： ①该式说明系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，方向也相同。 ②在求初、末状态系统的总动量p＝p1＋p2＋…和p′＝p1′＋p2′＋…时，要按矢量运算法则进行计算。如果各物体动量的方向在同一直线上，可选取一正方向，将矢量运算转化为代数运算。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (2)相对性：在动量守恒定律中，系统中各物体在相互作用前后的动量必须相对于同一参考系，一般选地面为参考系。 (3)条件性：动量守恒定律的成立是有条件的，应用时，一定要首先判断系统是否满足守恒条件。 (4)同时性：动量守恒定律中p1、p2、p3、…必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p1′、p2′、p3′、…必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (5)普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例1】 如图所示，光滑水平地面上有一小车，一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连，另一端与滑块相连，滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩，撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动。在地面参考系(可视为惯性系)中，从撤去推力开始，小车、弹簧和滑块组成的系统(　　) A．动量守恒，机械能守恒 B．动量守恒，机械能不守恒 C．动量不守恒，机械能守恒 D．动量不守恒，机械能不守恒 B 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练1] (多选)如图所示，木块与水平面间的摩擦不计，子弹沿水平方向射入木块并在极短时间内相对于木块静止下来，然后木块压缩弹簧至弹簧最短．将子弹射入木块到刚相对于木块静止的过程称为Ⅰ，此后木块压缩弹簧至最短的过程称为Ⅱ，则(　　) A．过程Ⅰ中，子弹和木块所组成的系统机械能不守恒，动量守恒 B.过程Ⅰ中，子弹、弹簧和木块所组成的系统机械能不守恒，动量也不守恒 C．过程Ⅱ中，子弹、弹簧和木块所组成的 系统机械能守恒，动量也守恒 D．过程Ⅱ中，子弹、弹簧和木块所组成的系统机械能守恒，动量不守恒 AD 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 探究点二__ __________动量守恒定律的简单应用 如图所示，进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80 kg和100 kg，他们携手远离空间站，相对空间站的速度为0.1 m/s。A将B向空间站方向轻推后， A的速度变为0.2 m/s，求此时B的速度大小和方向。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [问题设计] 选择空间站为参考系，宇航员A和B动量守恒，两人相互作用的过程是什么？如何列出动量守恒定律的方程？ 提示：两人相互作用的过程是“推开”的过程，根据动量守恒定律，两人推开前的动量等于推开后两人的动量的矢量和。首先要规定正方向，然后列出动量守恒定律方程。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 利用动量守恒定律解题的基本思路和方法 (1)选取研究过程和研究对象，判断是否满足动量守恒定律。 (2)动量守恒定律是指在相互作用的过程中，任意两个时刻，系统的总动量保持不变。列方程时要选取两个时刻列出方程。 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。 (3)公式为矢量方程，如果相互作用发生在一条直线上，则应当首先规定正方向，确定各速度的正负。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 (4)一般选取地面为参考系，公式中的速度均为相对于地面的速度。 注意：只有同一时刻的两个动量才能求和，即公式中的v1、v2是同一时刻的速度，v1′和v2′是同一时刻的速度。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例2】 如图所示，甲、乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上做游戏，甲和他的冰车总质量共为30 kg，乙和他的冰车总质量也为30 kg，游戏时，甲推着一个质量为15 kg的箱子和他一起以2 m/s的速度滑行，乙以同样大小的速度迎面滑来，为了避免相撞，甲突然将箱子沿冰面推给乙，箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住，不计冰面的摩擦，则： (1)甲至少要以多大的速度将箱子推出，才能避免与乙相撞？ (2)若甲推出箱子后恰好避免和乙相撞，则甲推箱子过程中对箱子的冲量为多大？ 答案：(1)5.2 m/s　(2)48 N·s 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练2] 一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离。已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为(　　) D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 【例3】 长为l的轻绳上端固定，下端系着质量为m1的小球A，处于静止状态。A受到一个水平瞬时冲量后在竖直平面内做圆周运动，恰好能通过圆周轨迹的最高点。当A回到最低点时，质量为m2的小球B与之迎面正碰，碰后A、B粘在一起，仍做圆周运动，并能通过圆周轨迹的最高点。不计空气阻力，重力加速度为g，求： (1)A受到的水平瞬时冲量I的大小； (2)碰撞前瞬间B的动能Ek的大小。 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 关键能力 互动探究 [练3] 如图所示的是冬奥会上中国女子冰壶队员投掷冰壶的镜头。在某次投掷中，冰壶运动一段时间后以 0.4 m/s 的速度与对方的静止冰壶发生正碰，碰后对方的冰壶以0.3 m/s的速度向前滑行。若两冰壶质量相等，规定向前运动的方向为正方向，则碰后中国队冰壶获得的速度为(　　) A．－0.1 m/s B．－0.7 m/s C．0.1 m/s D．0.7 m/s C 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 1．2022年2月5日，中国短道速滑运动员在混合团体接力决赛中为中国队拿下北京冬奥会首金，这也是这一新增项目的奥运历史首金。短道速滑接力比赛中运动员在直道上采用推接方式进行替换(如图)。若忽略推接过程中冰面对运动员的摩擦力，则在甲运动员用力将乙运动员推出的过程中，以下说法一定正确的是(　　) A．甲对乙的作用力大于乙对甲的作用力 B．甲的速度变化量的大小等于乙的速度变化量 的大小 C．甲、乙运动员组成的系统机械能守恒 D．甲、乙运动员组成的系统动量守恒 D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 2．如图所示，小球A、B通过轻弹簧连接放置在光滑水平面上，A与竖直墙接触，用力推B压缩弹簧，然后由静止释放B，对于小球A、B以及弹簧组成的系统，从开始释放B到弹簧第一次恢复原长的过程中(　　) A．机械能守恒，动量不守恒 B．机械能守恒，动量守恒 C．机械能不守恒，动量守恒 D．机械能不守恒，动量不守恒 A 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 3．如图所示，质量为m的人立于平板车上，人与车的总质量为M，人与车以速度v1在光滑水平面上向东运动。当此人相对于车以速度v2竖直跳起时，车的速度变为(　　) D 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 素养训练 学业评价 4．如图所示，用细线悬挂一质量为M的木块，有质量为m的子弹自左向右水平射穿此木块，穿透前后子弹的速度分别为v0和v(设子弹穿过木块的时间和空气阻力忽略不计)，木块的速度大小为多少？ 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 解 析 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 课时梯级训练(4) 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 谢谢观看 物理 选择性必修 第一册 J　 返回导航 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.建立系统以及内力和外力的概念。 2.建立系统不受外力作用时，系统内物体之间相互作用时各物体动量发生变化而总动量不变的观念。 探究系统在不受外力作用的情况下，利用动量定理和牛顿第三定律得出动量守恒的思维方法。 通过推导和应用动量守恒定律，培养严谨的理性思维和独立解决问题的能力。 因为滑块与车厢水平底板间有摩擦，且撤去推力后滑块在车厢底板上有相对滑动，即摩擦力做功，而水平地面是光滑的；以小车、弹簧和滑块组成的系统，根据动量守恒和机械能守恒的条件可知撤去推力后该系统动量守恒，机械能不守恒，B正确。 在子弹射入木块到刚相对于木块静止的过程中，子弹和木块组成的系统不受外力，系统的动量守恒，但要系统克服阻力做功，产生内能，所以系统的机械能不守恒，A正确，B错误；在Ⅱ过程中，系统受到墙壁的作用力，外力之和不为零，则系统的动量不守恒，但系统只有弹簧弹力做功，系统的机械能守恒，C错误，D正确。 (1)恰好不相撞，则乙接到箱子后甲、乙速度相等，规定向右为正方向，对该系统由动量守恒定律得： (M＋m)v0－Mv0＝(2M＋m)v， 代入数据解得：v＝0.4 m/s。 甲推箱子过程，规定向右为正方向，由动量守恒定律得： (M＋m)v0＝Mv＋mvm， 代入数据解得：vm＝5.2 m/s。 (2)推箱子过程，对箱子由动量定理得： I＝m(vm－v0)， 代入数据解得：I＝48 N·s。 A．v0－v2 B．v0＋v2 C．v0－v2 D．v0＋(v0－v2) 本题考查动量守恒定律。系统分离前后，动量守恒：(m1＋m2)v0＝m1v1＋m2v2 ，解得：v1＝v0＋(v0－v2)，A、B、C错误，D正确。 答案：(1)m1　(2) (1)A恰好能通过圆周轨迹的最高点，此时轻绳的拉力刚好为零，设A在最高点时的速度大小为v，由牛顿第二定律，有 m1g＝m1 A从最低点到最高点的过程中机械能守恒，取轨迹最低点处重力势能为零，设A在最低点的速度大小为vA，有 m1v＝m1v2＋2m1gl 由动量定理，有 I＝m1vA 联立以上各式，得 I＝m1。 (2)设两球粘在一起时速度大小为v′，A、B粘在一起后恰能通过圆周轨迹的最高点，需满足 v′＝vA 要达到上述条件，碰后两球速度方向必须与碰前B的速度方向相同，以此方向为正方向，设B碰前瞬间的速度大小为vB，由动量守恒定律，有 m2vB－m1vA＝(m1＋m2)v′ 又Ek＝m2v 联立解得碰撞前瞬间B的动能Ek至少为 Ek＝。 根据动量守恒定律有mv0＝mv对＋mv中，代入数据解得v中＝0.1 m/s，C正确。 甲对乙的作用力与乙对甲的作用力是一对相互作用力，大小相等，A错误；甲、乙运动员组成的系统所受合外力为0，动量守恒，由Δv＝＝可知，甲、乙的质量未知，二者速度的变化量大小无法比较，B错误，D正确；在乙推甲的过程中，乙的肌肉对系统做功，甲、乙运动员组成的系统机械能可能不守恒，C错误。 对于小球A、B以及弹簧组成的系统，从开始释放B到弹簧第一次恢复原长的过程中，竖直墙对小球有向右的弹力，系统所受合外力不为零，动量不守恒，但是竖直墙对小球向右的弹力不做功，只有弹簧弹力做功，系统机械能守恒。 A．，向东 B．，向东 C．，向东 D．v1，向东 人和车组成的系统，在水平方向上所受合外力等于零，系统在水平方向上动量守恒。设车的速度v1的方向为正方向，选地面为参考系，初态车和人的总动量为Mv1，末态车的动量为(M－m)v，因为人在水平方向上没有受到冲量，其水平动量保持不变，人在水平方向上对地的动量仍为mv1，则有Mv1＝(M－m)v＋mv1，解得v＝v1，D正确。 答案： 根据动量守恒定律有mv0＝mv＋Mv′，解得木块的速度大小v′＝。 $$