1. 动量（培优教学课件）物理人教版2019选择性必修第一册

第一章 动量守恒定律 选择性必修第一册•人教版2019 1. 动量 台球的碰撞、微观粒子的散射，这些运动似乎有天壤之别。然而，物理学的研究表明，它们遵从相同的科学规律——动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一，无论是设计火箭还是研究微观粒子，都离不开它。 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，约28MB. ppt共有54张、2段视频，可根据需要选择点播. ……………………………………………………………………………………… 2. 视频资源： ①演示实验—《相同质量的小球碰撞》 ②演示实验—《不同质量的小球碰撞》 …………………………………………………………………………………… 3. 免责追责：视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 ppt版权归本工作室，如涉及侵权问题，将追究责任。 老师同学 致 导入新课 这些不同的碰撞现象中是否隐藏着相同的物理规律？ 导入新课 牛顿 惠更斯 笛卡尔 代表人物 物理学家有这样一个信念，虽然无法用实验证明，但他们却始终相信，在形形色色而又瞬息万变的世界中，必定存在某些量是不变的。 物理观念 了解生活中的碰撞现象，理解动量、动量变化量的定义、表达式、特征，深化运动与相互作用观念。 科学思维 经历构建模型、设计试验方案的过程，体会归纳和推理的思维 方法； 科学探究 在探究学习中，体会猜想、推理的重要性； 科学态度 与责任 体会科学探究过程的曲折，培养科学探究的意识和勤于思考的 精神。 学习目标 重点难点 重点 理解动量及其变化量的矢量性。 难点 碰撞现象中提出寻求不变量的科学问题，并设计 实验、获取证据探究碰撞的不变量。 1. 寻求碰撞中的不变量 2. 动量 3. 动量的变化量 4. 课堂总结 5. 练习与应用 6. 提升训练 学习内容 一、寻求碰撞中的不变量 第1节 动量 一、寻求碰撞中的不变量 用两根长度相同的线绳,分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置。拉起A球,然后放开,该球与静止的B球发生碰撞。你猜猜碰撞后果是怎样情形？请观看演示实验1 质量相同小球的碰撞 实验现象：可以看到，碰撞后A球停止运动而静止，B球开始运动，最终摆到和A拉起时同样的高度。 一、寻求碰撞中的不变量 讨论：两个完全相同的钢球A、B碰撞时出现的现象是否具有普遍意义?速度真的可以传递吗？你能通过怎样改变实验条件来检验你的猜想? 一、寻求碰撞中的不变量 演示实验2：质量较小的钢球撞击静止的质量大的钢球 演示实验3：质量较大的钢球撞击静止的质量小的钢球 综合这三个实验现象，你认为碰撞过程那些量是不变的？ 实验现象：质量较大的钢球撞击静止的质量小的钢球，碰撞后质量小球获得较大的速度，摆起的最大高度大于原来球被拉起时的高度。 　 对比两次碰撞的结果发现，碰撞效果与速度和质量有关，这其中是否存在一个不变的量呢？下面我们通过实验数据来研究上述问题。 一、寻求碰撞中的不变量 猜想： 1.两个物体碰撞前后可能动能之和不变； 2.两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的； 3.也许还有…… 不变量可能与物体的质量和速度有关 一、寻求碰撞中的不变量 一、寻求碰撞中的不变量 如图， 两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的数字计时器测量。 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′ 是碰撞后两辆小车的共同速度。 问题：碰撞前后总动能是否不变？ 一、寻求碰撞中的不变量 一、寻求碰撞中的不变量 　 m1 m2 v v' 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 Ek1 Ek2 0.102 0.049 0.112 0.043 0.117 0.064 碰撞后的动能小于碰撞前的动能，机械能损失。 碰撞前后，速度和质量乘积有什么规律呢？ 碰撞前 碰撞后 碰撞前 碰撞后 0.33 0.32 0.34 0.33 0.41 0.40 此实验中两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等，但是质量与速度的乘积之和却基本不变。 实验结论： 表　两辆小车的质量和碰撞前后的速度 一、寻求碰撞中的不变量 一、寻求碰撞中的不变量 ABD 一、寻求碰撞中的不变量 二、动量 第1节 动量 二、动量 1. 定义：在物理学中，把物体的质量 m 和速度 ʋ 的乘积叫做物体的动量p，用公式表示为：p=mv 2. 单位：千克米每秒(kg·m/s) 3. 三个性质： (2) 瞬时性:是状态量，与某一时刻相对应 (1) 矢量性:方向由速度方向决定，与该时刻的速度方向相同 (3) 相对性:物体的动量与参考系的选择有关，中学阶段常以地球为参考系 笛卡儿：最先提出动量概念，把运动物体的质量和速率的乘积叫做动量，忽略了动量的方向性。 牛顿：把笛卡儿的定义做了修改，明确的用物体的质量和速度的乘积叫做动量，更清楚的表示动量的守恒性和方向性。 惠更斯：明确提出动量的守恒性和方向性。 二、动量 二、动量 如图，正在做变速圆周运动的物体，它的动量和动能如何变化？ 动量和动能有关系吗？ 二、动量 动量大小、方向 均不变 动量方向不变， 大小增大 动量方向时刻改变，大小增大 动量方向时刻改变，大小不变 ①汽车做匀速直线运动 ②运动员做自由下落 ③篮球做抛体运动 ④飞椅做匀速圆周运动 动能不变 动能增大 动能增大 动能不变 思考:讨论以下几种运动的动量和动能的变化情况? 动量 动能 定义式 单位 标矢性 运算法则 影响因素 转换关系 （m已知） J（kg·m2/s2） 标量 Ek= mv2/2 kg·m/s 矢量 动量与动能的联系与区别 p=mv 平行四边形法则 质量、速率 代数运算 质量、速度 二、动量 注意：物体的动量变化时,动能不一定变化； 物体的动能变化时,其动量一定变化。 二、动量 二、动量 二、动量 二、动量 三、动量的变化量 第1节 动量 试讨论以下几种运动的动量变化情况： ①物体做匀速直线运动 ②物体做自由落体运动 ③物体做平抛运动 ④物体做匀速圆周运动 动量大小、方向均不变 动量方向不变，大小随时间推移而增大 动量方向时刻改变，大小随时间推移而增大 动量方向时刻改变，大小不变 G v0 G v O v v v O 三、动量的变化量 p′ p Δp (1) 动量的变化等于末状态动量减初状态的动量， 其方向与Δʋ的方向相同（在同一直线上的问题采用代数运算）。 1.定义：物体的末动量与初动量的矢量差叫做物体动量的变化； 2.表达式： Δ p = mΔʋ (2) 动量的变化也叫动量的增量或动量的改变量。 不在同一条直线上动量变化的运算，遵循平行四边形定则。 (3) 动量发生变化的三种情况：速度大小改变方向不变、速度大小不变方向改变、速度大小和方向都改变。 三、动量的变化量 三、动量的变化量 AB 三、动量的变化量 四、课堂总结 第1节 热量 比热容 四、课堂总结 动量 定义 单位 特性 动量的变化量 p=mv 国际单位制：kg•m/s (1) 瞬时性 (2) 矢量性 (3) 相对性 (1)公式： Δp = mΔv (2)方向： 与Δv的方向相同 (3)运算法则： 一维运算：代数运算 二维运算：平行四边形定则 三角形则 公式 物体质量和速度的乘积 五、练习与应用 第1节 动量 1.关于物体的动量，下列说法中正确的是（　　） A．物体的动量越大，其惯性越大 B．物体的动能发生变化，其动量可能不变 C．物体的动量越大，其动能越大 D．物体的动量发生变化，其动能可能不变 五、练习与应用 D 【解析】 A．动量大，说明质量与速度的乘积大，但质量不一定大，故惯性也不一定大，故A错误；B．物体的动能发生变化，则物体的质量和速度大小发生变化，动量一定变化，故B错误；C．根据动量与动能的关系𝑝^2=2𝑚𝐸_𝑘 物体的动量越大，其动能不一定越大，故C错误； D．动量是矢量，若速度的方向发生变化，大小不变，则物体的动量发生变化，此时动能不变，故D正确；故选D。 五、练习与应用 2.如图所示，小球在水平拉力F的作用下以恒定速率在竖直平面内由P点运动到Q点。在此过程中（　　） A．绳子拉力做正功 B．拉力F的瞬时功率逐渐增大 C．小球的机械能守恒 D．小球的动量逐渐增大 五、练习与应用 B 【解析】 A．小球在运动过程中，绳子拉力方向与速度方向始终垂直，则绳子拉力不做功，故A错误； B．绳子拉力不做功，根据动能定理有则有 水平拉力做的功与克服重力做功相等，则水平拉力的功率等于克服重力做功的功率，令速度重力方向与圆周切线间的锐角为，根据功率的定义式有 小球做匀速圆周运动由P点运动到Q点，逐渐减小，则拉力F的瞬时功率逐渐增大，故B正确； C．小球在运动过程中，速度大小不变，动能不变，高度升高，重力势能增大，则小球的机械能增大，故C错误； D．根据,速度大小一定，则小球的动量大小不变，故D错误。故选B。 五、练习与应用 3.一个质量为的垒球，以的水平速度飞向球棒，被球棒击打后，反向水平飞回，速度大小为，以垒球初速度的方向为正方向，则垒球被棒击打前后动量变化量为（　　） A． B． C． D． 五、练习与应用 D 【解析】 初动量为 打击后动量为 故动量变化为故选D。 五、练习与应用 六、提升训练 第1节 热量 比热容 1.“双星”是宇宙中普遍存在的一种天体系统，由两颗恒星组成，双星系统远离其他恒星，在相互的万有引力作用下绕连线上一点做周期相同的匀速圆周运动。如图所示，A、B两颗恒星构成双星系统，绕共同的圆心O做匀速圆周运动，经过t（小于周期）时间，A、B两恒星的动量变化量分别为、，则下列判断正确的是（　　） A． B． C． D． D 六、提升训练 【解析】 系统所受的合外力为零，系统的总动量守恒，根据牛顿第二定律 加速度为则有 由于角速度相同，因此 两恒星的速度方向始终相反，则 因此系统的总动量始终为零，可得， 故选D。 六、提升训练 六、提升训练 B 六、提升训练 A 六、提升训练 六、提升训练 六、提升训练 B 六、提升训练 六、提升训练 B 六、提升训练 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Lavf58.12.100 例1．(多选)在利用摆球测量小球碰撞前后的速度的实验中，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．两小球必须都是钢性球，且质量相同 D．两小球碰后可以粘在一起共同运动 解析　细绳长度适当，便于操作；两绳等长，保证两球对心碰撞，故A正确；由静止释放，初动能为零，可由mgL(1－cos α)＝eq \f(1,2)mv2计算碰前小球速度，方便简单，故B正确；为保证实验的普适性，两球质地是任意的，质量也需考虑各种情况，但大小相同才能正碰，故C错误；碰后分开或共同运动都是实验所要求的，故D正确． 例2.　亚洲羽毛球锦标赛在武汉体育中心体育馆举行． 羽毛球是速度最快的球类运动之一，我国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动量变化量； (2)运动员的这次扣杀中，羽毛球的速度变化量、动能变化量各是多少？ 解析　(1)以球飞回的方向为正方向，则 p1＝mv1＝－5×10－3×eq \f(90,3.6) kg·m/s ＝－0.125 kg·m/s p2＝mv2＝5×10－3×eq \f(342,3.6) 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) ＝0.600 kg·m/s (2)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 羽毛球的初动能： Ek＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)＝eq \f(1,2)×5×10－3×(－25)2 J＝1.56 J 羽毛球的末动能： E′k＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)＝eq \f(1,2)×5×10－3×952 J＝22.56 J 所以ΔEk＝E′k－Ek＝21 J. 例3．(多选)关于动量的变化，下列说法中正确的是(　　) A．做直线运动的物体速度增大时，动量的增量Δp与速度的方向相同 B．做直线运动的物体速度减小时，动量的增量Δp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．物体做曲线运动时，动量的增量Δp一定不为零 解析 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，与速度方向相同，如图甲所示，选项A正确；当做直线运动的物体速度减小时，Δp＝p2－p1<0，即p2<p1，如图乙所示，此时Δp与物体的运动方向相反，选项B正确；当物体的速度大小不变时，动量可能保持种情况Δp＝0，也有可能动量大小不变而方向变化，此种情况Δp≠0，选项C错误；物体做圆周运动且回到原点时，Δp为零，选项D错 2．一物体从某高处由静止释放，设所受空气阻力恒定，当它下落h时的动量大小为p1，当它下落2h时动量大小为p2，那么p1∶p2等于 (　　) A．1∶1　　　　 B．1∶eq \r(2) C．1∶2 D．1∶4 物体做初速度为零的匀加速直线运动，则有veq \o\al(2,1)＝2ah，veq \o\al(2,2)＝2a·2h，则p1＝mv1＝meq \r(2ah)，p2＝mv2＝meq \r(4ah)，所以p1∶p2＝1∶eq \r(2)，选项B正确． 3．两个具有相等动量的物体A、B，质量分别为mA和mB，且mA＞mB，比较它们的动能，则(　　) A．B的动能较大 B．A的动能较大 C．动能相等 D．不能确定 解析　动能Ek＝eq \f(1,2)mv2，动量p＝mv，有Ek＝eq \f(p2,2m)，动量相等，则质量大动能小，mA＞mB，所以B的动能大，故A项正确，B、C、D三项错误． 4．甲、乙两物体的质量之比为m甲∶m乙＝1∶4，若它们在运动过程中的动能相等，则它们动量大小之比p甲∶p乙是(　　) A．1∶1 B．1∶2 C．1∶4 D．2∶1 解析　由p＝mv和Ek＝eq \f(1,2)mv2，得p2＝2mEk， 所以p＝eq \r(2mEk) 根据运动过程中的动能相等得：p∝eq \r(m) 可得：eq \f(p甲,p乙)＝eq \f(\r(m甲),\r(m乙))＝eq \r(\f(m甲,m乙))＝eq \r(\f(1,4))＝eq \f(1,2)，故选B项． 5.如图所示，一质量为m的滑块沿光滑的水平面以速度v0运动．遇到竖直的墙壁被反弹回来，返回的速率为v0，则以下说法正确的是(　　) A．滑块的动量变化量的大小为mv0 B．滑块的动量变化量的大小为2mv0 C．滑块的动量变化量的方向与v0的方向相同 D．以上都不对 解析　以初速度方向为正，有：Δp＝p2－p1＝mv2－mv1＝－mv0－mv0＝－2mv0，所以滑块的动量变化量的大小为2mv0，方向与v0的方向相反，故A、C两项错误，B项正确． $$