01 第一章 1.动量-【名师导航】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册同步课件(人教版2019)

第一章　动量守恒定律 1．动量 整体感知·自我新知初探 [学习任务]　1．了解生产生活中的各种碰撞现象。 2．经历寻求碰撞中不变量的过程，体会探究过程中猜想、推理和证据的重要性。 3．知道动量的概念及其单位，会计算动量的变化量。 4．认识动量是描述物体运动状态的物理量，深化运动与相互作用的观念。 1．动量 [自我感知]　经过你认真的预习，结合你对本节课的理解和认识，请画出本节课的知识逻辑体系。 [问题初探]　问题1．动量的定义是什么？ 问题2．动量是矢量还是标量？ 问题3．动量的变化量如何求？ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 探究重构·关键能力达成 实验探究(一)　质量不同小球的碰撞 如图所示，质量大的C球与质量小的B球碰撞后，质量小的B球得到的速度比质量大的C球碰撞前的速度__，两球碰撞前后的____之和并不相等。 知识点一　寻求碰撞中的不变量 大 速度 1．动量 实验探究(二)　气垫导轨上小车的碰撞 (1)实验装置 (2)实验原理 两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆____的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的__________测量。 静止 数字计时器 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (3)记录并处理数据 m1是运动小车的质量，m2是静止小车的质量，v是运动小车碰撞前的速度，v′是碰撞后两辆小车粘在一起的共同速度。 次数 m1/kg m2/kg v/(m·s-1) v′/(m·s-1) 1 0.519 0.519 0.628 0.307 2 0.519 0.718 0.656 0.265 3 0.718 0.519 0.572 0.321 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (4)实验结论 碰撞前后两车质量与速度的乘积之和________。 基本不变 提醒：在各种碰撞情况下都不改变的量，才是我们寻求的“不变量”。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 2023年9月21日，我国航天员在中国空间站梦天实验舱进行了太空授课，航天员分别演示了钢球的斜碰和正碰实验。碰撞的效果与钢球的质量与速度有关。 问题　你认为碰撞中的不变量可能是什么？ 提示：可能是mv，也可能是mv2，还可能是等。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 寻求碰撞中的不变量 1．实验条件的保证 保证两个物体发生的碰撞是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。可用斜槽、气垫导轨等控制物体的运动。 2．实验数据的测量 (1)质量的测量——由天平测出。 (2)速度的测量——①光电门测速；②单摆测速；③打点计时器测速；④频闪照片测速；⑤平抛测速等。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 【典例1】　(用气垫导轨做“寻求碰撞中的不变量”实验)某同学利用气垫导轨做“寻求碰撞中的不变量”的实验，实验装置如图所示，所用的装置由气垫导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。 实验的主要步骤： ①安装气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平； ②向气垫导轨通入压缩空气； ③接通光电门电源； 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 ④两滑块之间放一压缩的弹簧，并用细线连在一起(图中未画出)，开始时两滑块放在气垫导轨中央； ⑤烧断细线后，两滑块被弹簧弹开，分别向左、向右运动。左侧滑块通过左侧光电门，记录的遮光时间为0.040 s，右侧滑块通过右侧光电门，记录的遮光时间为0.060 s； ⑥测出遮光片的宽度d＝9 mm，测得左侧滑块的质量为100 g，右侧滑块的质量为150 g。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (1)实验中气垫导轨的作用： a．________________________________________________________； b．_______________________________________________________。 (2)规定水平向右为正方向，则两滑块被弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积m1v1＝________g·m/s，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝________g·m/s，说明两滑块在被弹开的过程中________不变。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 [解析]　(1)气垫导轨的作用：a.减小滑块与导轨间的摩擦引起的误差；b.保证两个滑块的运动在一条直线上。 (2)左侧滑块通过左侧光电门的速度为v1＝＝ m/s＝0.225 m/s 右侧滑块通过右侧光电门的速度为v2＝＝ m/s＝0.150 m/s 规定水平向右为正方向，则两滑块被弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积m1v1＝－100×0.225 g·m/s＝－22.5 g·m/s 两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝－22.5 g·m/s＋150×0.150 g·m/s＝0 说明两滑块在被弹开的过程中质量和速度的乘积之和不变。 [答案]　见解析 【典例2】　(用小车做“寻求碰撞中的不变量”实验)(多选)用如图所示装置做“寻求碰撞中的不变量”实验，下列说法正确的是(　　) A．在实验前，必须把长木板的一端垫高，使A能拖着纸带匀速下滑 B．小车速度v＝，Δx为两计数点间的距离 C．A、B碰撞后必须保证A、B以共同速度一起运动 D．小车A必须从紧靠打点计时器的位置无初速度释放 √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 AC　[本实验需要平衡摩擦力，故在实验前，必须把长木板的一端垫高，使A能拖着纸带匀速下滑，故A正确；小车速度v＝，Δx为两相邻计数点间的距离，故B错误；为了得出碰后的动量，必须保证A、B碰撞后以共同速度一起运动，否则碰撞后B的速度无法测得，故C正确；若要发生碰撞，小车A应具有初速度，应使小车A在手的推动下开始运动，故D错误。] 1．动量 (1)定义：物体的____和____的乘积。 (2)公式：p＝___。 (3)单位：__________，符号：________。 (4)矢量性：方向与____的方向相同，运算遵守__________定则。 知识点二　动量及动量的变化量 质量 速度 mv 千克米每秒 kg·m/s 速度 平行四边形 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 2．动量的变化量 (1)动量的变化量公式：Δp＝p2－p1＝_________＝____。 (2)矢量性：其方向与___的方向相同。 (3)特例：如果物体在一条直线上运动，分析计算Δp以及判断Δp的方向时，可选定一个正方向，将____运算转化为____运算。 mv2－mv1 mΔv Δv 矢量 代数 提醒：物体速度的大小不变而方向变化时，动量一定发生变化。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (选自鲁科版教材·动量的变化量)如图所示，一质量为58 g的网球以30 m/s的速率水平向右飞行，被球拍击打后，又以 30 m/s 的速率水平返回。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 问题　被球拍击打前后，球的动量分别是多少？球的动量的变化量是多少？ 提示：根据动量定义可求被击打前后网球的动量。由于球在被击打前后的动量在同一直线上，可利用同一直线上的矢量运算法则计算动量的变化量。 选定水平向右为正方向。由题意可知，m＝58 g＝0.058 kg，v1＝ 30 m/s，v2＝－30 m/s 击打前，球的动量 p1＝mv1＝0.058×30 kg·m/s＝1.74 kg·m/s 球被击打前的动量大小为1.74 kg·m/s，方向水平向右。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 击打后，球的动量 p2＝mv2＝0.058×(－30) kg·m/s＝－1.74 kg·m/s 球被击打后的动量大小为1.74 kg·m/s，方向水平向左。 球被击打前后动量的变化量 Δp＝p2－p1＝(－1.74－1.74) kg·m/s＝－3.48 kg·m/s 球被击打前后动量的变化量大小为3.48 kg·m/s，方向水平向左。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 1．动量的性质 (1)瞬时性：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。 (2)矢量性：动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同。 (3)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。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 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)Δp＝p′－p是矢量式，Δp、p′、p间遵循平行四边形定则，如图所示。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (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。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 3．动量和动能、动量变化量的比较 项目 动量 动能 动量变化量 定义 物体的质量和速度的乘积 物体由于运动而具有的能量 物体末动量与初动量的矢量差 定义式 p＝mv Ek＝mv2 Δp＝p′－p 矢标性 矢量 标量 矢量 特点 状态量 状态量 过程量 关联方程 Ek＝，Ek＝ pv，p＝，p＝ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 【典例3】　(对动量的理解)(多选)关于动量的变化，下列说法正确的是(　　) A．做直线运动的物体速度增大时，动量的增量Δp的方向与运动方向相同 B．做直线运动的物体速度减小时，动量的增量Δp的方向与运动方向相反 C．物体的速度大小不变时，动量的增量Δp为零 D．物体做平抛运动时，动量的增量一定不为零 √ √ √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 ABD　[当做直线运动的物体速度增大时，其末动量p2大于初动量p1，由矢量的运算法则，可知Δp＝p2－p1＞0，与物体运动方向相同，如图甲所示，A正确；当做直线运动的物体速度减小时，p2＜p1，如图乙所示，Δp与p1或p2方向相反，B正确；当物体的速度大小不变时，其方向可能变化，也可能不变。动量可能不变化，即Δp＝0，也可能动量大小不变而方向变化，此种情况Δp≠0，C错误；当物体做平抛运动时，动量的方向变化，即动量一定变化，Δp一定不为零，如图丙所示，D正确。] 【典例4】　(动量和动能)(多选)关于动量和动能，下列说法正确的是 (　　) A．做匀速圆周运动的物体，动量不变 B．做匀速圆周运动的物体，动能不变 C．做竖直上抛运动的物体，它的动量一定在改变 D．甲物体动量p1＝5 kg·m/s，乙物体动量p2＝－10 kg·m/s，所以p1>p2 √ √ BC　[动量是矢量，做匀速圆周运动的物体其速度大小不变，方向时刻在变化，故动能不变，动量时刻在变化，A错误，B正确；做竖直上抛运动的物体，其速度时刻变化，动量一定在改变，C正确；动量的负号只表示方向，比较大小时只比较绝对值，故p1<p2，D错误。] 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 【教用·备选例题】　(概念理解)关于物体的动量，下列说法正确的是(　　) A．运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向 B．若物体的动能不变，则动量一定不变 C．动量变化量的方向一定和动量的方向相同 D．动量越大的物体，其惯性也越大 √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 A　[动量和速度都是矢量，由物体的动量p＝mv可知运动物体在任一时刻的动量的方向一定是该时刻的速度方向，故A正确；若物体的动能不变，则物体的速度大小不变，但速度方向可能改变，因此动量可能改变，故B错误；动量变化量的方向与动量的方向不一定相同，故C错误；质量是惯性大小的唯一量度，而物体的动量p＝mv，动量大小等于质量与速度大小的乘积，因此动量大的物体惯性不一定大，故D错误。] 【典例5】　(动量变化及动能变化的计算)羽毛球是速度最快的球类运动之一，某运动员扣杀羽毛球的速度为342 km/h，假设羽毛球的速度为90 km/h，运动员将羽毛球以342 km/h的速度大小反向击回。设羽毛球的质量为5 g，试求： (1)运动员击球过程中羽毛球的速度变化量和动量变化量； (2)运动员的这次扣杀中，羽毛球的动能变化量。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 [解析]　(1)以羽毛球飞回的方向为正方向，则 羽毛球的初速度为v1＝－25 m/s 羽毛球的末速度为v2＝95 m/s 所以Δv＝v2－v1＝95 m/s－(－25 m/s)＝120 m/s 羽毛球的初动量为 p1＝mv1＝－5×10-3×25 kg·m/s＝－0.125 kg·m/s 羽毛球的末动量为 p2＝mv2＝5×10-3×95 kg·m/s＝0.475 kg·m/s 所以羽毛球的动量变化量为 Δp＝p2－p1＝0.475 kg·m/s－(－0.125 kg·m/s)＝0.6 kg·m/s 即羽毛球的速度变化量大小为120 m/s，方向与羽毛球飞回的方向相同；动量变化量大小为0.6 kg·m/s，方向与羽毛球飞回的方向相同。 (2)羽毛球的初动能为 Ek＝＝×5×10-3×(－25)2 J≈1.56 J 羽毛球的末动能为 Ek′＝＝×5×10-3×952 J≈22.56 J 所以ΔEk＝Ek′－Ek＝21 J。 [答案]　(1)120 m/s，方向与羽毛球飞回方向相同　0.6 kg·m/s，方向与羽毛球飞回的方向相同　(2)21 J 【教用·备选例题】　(创新实验)某班物理兴趣小组选用如图所示装置来“探究碰撞中的不变量”。将一段不可伸长的轻质绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点，另一端连接小钢球A(绳长远大于小钢球半径)，把小钢球拉至M处可使绳水平拉紧。在小钢球最低点N右侧放置有一水平气垫导轨，气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不 计的遮光板)、光电门(已连接数字毫秒 计)。当地的重力加速度为g。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 某同学按图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触且无压力)和光电门，调整好气垫导轨高度，确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置静止释放，摆到最低点N与滑块B碰撞，碰撞后小钢球A并没有立即反向，碰撞时间极短。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (1)为完成实验，除了毫秒计读数Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和遮光板宽度d外，还需要测量的物理量有________。 A．小钢球A的质量mA B．绳长L C．小钢球从M到N运动的时间 (2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB＝________。(用题中已给的物理量符号来表示)。 AB 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 (3)实验中的不变量的表达式是_______________________________ _________。 (用题中已给的物理量符号来表示)。 ＝＋ mB 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 [解析]　滑块B通过光电门时的瞬时速度vB＝ 根据牛顿第二定律得： F1－mAg＝ F2－mAg＝ 实验中的不变量的表达式为：mAv1＝mAv2＋mBvB整理得： ＝＋mB 所以还需要测量小钢球A的质量mA以及绳长L。 应用迁移·随堂评估自测 1．(多选)利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量，则下列说法正确的是(　　) A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长 B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰撞前的速度 C．两小球必须都是刚性球，且质量相同 D．悬挂两球的细绳的悬点可以在同一点 √ √ 1．动量 AB　[两细绳等长能保证两球发生正碰，以减小实验误差，悬挂两球的细绳的悬点不能在同一点，A正确，D错误；计算小球碰撞前的速度时用到了mgh＝，即当初速度为零时，能方便准确地计算小球碰撞前的速度，B正确；本实验中对小球是否有弹性无要求，两小球质量不一定相同，C错误。] 2．关于质量一定的物体的动能、动量关系说法正确的是(　　) A．动能不变，动量一定不变 B．动量变化，动能一定变化 C．动量的变化量为零，动能的变化量一定为零 D．动能的变化量为零，动量的变化量一定为零 √ 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 C　[动能不变，可能是速度的大小不变，但是方向变化，则物体的动量一定变化，例如匀速圆周运动，选项A错误；动量变化，可能是速度大小不变，方向变化，这样动能一定不变化，选项B错误；动量的变化量为零，即动量不变，则动能一定不变，即动能的变化量一定为零，选项C正确；动能的变化量为零，即速度大小不变，方向可能变化，则动量的变化量不一定为零，选项D错误。] 3．如图所示，甲、乙两人在水平路面上沿相反方向运动。已知甲的质量为40 kg，速度大小v1＝5 m/s；乙的质量为80 kg，速度大小v2＝2.5 m/s。则以下说法正确的是(　　) √ A．甲的动量比乙的动量大 B．甲、乙两人的动量相同 C．甲的动量大小为200 kg·m/s2，方向水平向右 D．乙的动量大小为200 kg·m/s，方向水平向右 D　[根据公式p＝mv可知甲的动量大小为p1＝m1v1＝200 kg·m/s，方向水平向左，乙的动量大小为p2＝m2v2＝200 kg·m/s，方向水平向右，则甲、乙动量大小相等，但方向不同。选项D正确。] 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 回归本节知识，完成以下问题： 1．研究碰撞中的不变量中指的是什么不变？ 提示：碰撞前后的总动量。 2．动量发生变化，动能一定变化吗？试举一例说明。 提示：不一定，如匀速圆周运动。 3．动量变化的计算一定遵循平行四边形定则吗？ 提示：不一定，若初末动量在同一直线上可按代数运算。 整体感知 探究重构 应用迁移 1．动量 $$