1.3 动量守恒定律 课件-2025-2026学年高二上学期物理粤教版选择性必修第一册

第三节 动量守恒定律 一、观察与思考 观察牛顿摆上完全相同的A球撞击B球的前后发生的情况，回答以下问题： 1.试描述观察到的现象，分析碰撞前后的情况。 2.两小球碰撞前后系统可能不变的是什么？ 2 二、实验与探究 猜想1：速度守恒 猜想2：动能守恒 猜想3：动量守恒 1.试描述观察到的现象，分析碰撞前后的情况。 2.以上猜想有哪些可以排除？ 3.剩下的猜想，能设计实验验证定量探究吗？ 自主动手在水平轨道上测试： 1.质量小的球撞击质量较大的球。 2.质量大的球撞击质量较小的球。 思考以下问题： 参考结论：在小球撞大球的实验中可以看到小球撞击大球后反弹，大球获得较小的向前速度，在大球撞小球的实验中可以看到大球减速，而小球获得较大的速度，可判断速度守恒可以排除。 二、实验与探究 探究目标： 猜想2：动能守恒 猜想3：动量守恒 思考以下问题并与同学们进行交流： 1.以上两个探究目标，在实验中具体要解决哪些量的测量？ 2.利用实验室的仪器，怎样设计才能提高测量这些量的准确性？ 参考结论：1.小球的质量可以用电子天平或传统天平准确测量。 2.小球碰撞前及碰撞后的瞬时速度的测量是本实验的难点，即使用光电门等仪器能近似测量瞬时速度，但到达光电门前后如果小球运动的轨道有摩擦，也不能精确测量小球碰撞前后的速度（教师可以参考下一页的讨论） 思考并回答以下问题： 1.上述实验能否测量小球碰撞前后的瞬时速度？ 2.可能产生误差的地方。 3.怎么能避免2中提到的误差？ 4.如果我们没有光电门、气垫导轨等“高级工具”，有什么方法可以做到准确测量小球速度？ 小球与轨道的摩擦 小球在轨道上匀速？小球飞起来？能否使用气垫导轨？ 生活里有没有方法获取匀速直线运动？ 习题1：滑块在平台上因摩擦作减速运动后从平台边缘飞出，测得平台高度为h，滑块飞出平台到达地面时的水平地面距离为x，滑块在空中运动可以看成平抛运动，请你思考并回答以下问题： （1）为什么题中说滑块在空中运动可看成平抛运动？ （2）能根据题目中的已知量，计算滑块飞出时的速度吗？ （3）物体飞出的速度与平抛的水平位移之间是什么关系？ 参考：（1）实际上滑块在空中所受的空气阻力较小，可以看成只受重力，固近似为平抛运动。 （2）根据平抛运动的知识，滑块平抛过程竖直方向做自由落体运动，水平做匀速直线运动，所以 （3）根据以上关系，平抛的水平位移与物体的飞出速度成正比。 h x 二、实验与探究 思考1：经历上述例题的解决过程，结合平抛运动，测量小球碰撞后速度时，应怎么避免阻力的系统误差？ 参考：可以让入射小球在水平槽上以一定速度撞向靶球，撞击后两小球均发生平抛运动，测量桌子高度及平抛的水平位移来求得碰撞后两球的速度。 重锤 靶球 思考2：如何测量入射小球撞击前的瞬时速度？ 参考：可以先撤掉靶球，让入射小球单独从槽口以相同速度射出，测量此时其平抛运动的水平位移，即求其没碰撞时的速度。 重锤 二、实验与探究 思考3：怎么才能记录平抛运动的水平位移？ 参考：在地上铺一张白纸，在槽口挂一个重锤线，一直延伸到白纸上，记录槽口在白纸上投影位置，再在白纸上铺复写纸，记录小球平抛后撞到白纸上的位置。 思考4：不管有没有放靶球，思考3中要求入射小球到达槽口需获得相同的速度，怎么保证呢？ 参考：可以让入射小球从固定的倾斜轨道的同一点（可设置定位板）滑下，根据能量守恒定律，即可保证其到达槽口获得的速度相同。 靶球 重锤 二、实验与探究 思考5：如何保证小球飞出后做的是平抛运动？ 参考：关键在于使小球飞出时的速度与竖直方向水平，可以使槽口与重锤线垂直，但肉眼观察确实很难保证垂直，如果能在水平槽平面上用水平仪调整水平，效果更好。 靶球 水平仪 重锤 二、实验与探究 思考6：以上的问题，如果都解决了，还有什么因素会影响碰撞前后速度的测量？观察下列第二幅图，思考支球柱的作用？ 靶球 水平仪 参考：左图入射球撞靶球后，到槽口的一段运动仍受摩擦。支球柱设计可保证撞击后，两球马上是平抛运动。 二、实验与探究 思考7：有了支球柱后，在测量小球平抛运动的水平位移时，应注意什么？ 参考：由于两小球做平抛运动的起点不再相同，需要找到支球柱中心在白纸上的竖直投影。不放靶球时，需测量入射球的水平位移，放靶球后，需测量入射球的及靶球的水平位移及。 思考8：为达实验目的，本实验是否需要测量槽口到木板的高度差？ 是不需要的，由于三个球的平抛落体时间相等，验证的式子可表示为 入射球质量m1 OP距离 靶球质量m2 OM距离 — O'N距离 撞前系统动量 撞后系统动量 撞前系统动能 撞后系统动能 二、实验与探究 实验结论：在一定误差范围内，两小球碰撞前后系统的动量保持不变。即系统动量守恒。 思考9：本实验存在的实验系统误差及偶然误差可能有哪些？ 参考：1.实验偶然误差包括释放入射球时初速度不为零，测量水平位移长度的测量误差等。系统误差主要包括实验仪器没调整好造成的实验误差，或因为依然或多或少存在轨道的阻力、空气阻力等。 2.本实验中的偶然误差可以通过多次实验，得到更多落点，然后选取落点的几何中心进行测量。如下图 三、解释与交流 思考1：为什么在刚才的实验中，系统的动量会保持守恒？根据提示进行推导。 碰前 碰后 碰中 刚才的实验中，球1对球2的碰撞的作用时间为t,碰撞时球1对球2作用力为F12，球2对球1作用力为F21，根据牛顿第三定律，则。 对球1列动量定理，有 对球2列动量定理，有 两式相加，有 根据系统初末整理可得 三、解释与交流 思考2：针对两球相撞的这个过程推导出的上述动量守恒方程，即系统初动量等于系统末动量，根据推导过程判断是否适用于其他相互作用过程？是否有条件边界限制？ 结论：如果由多个物体组成的系统，只要系统所受的合外力为零，只有系统物体间的相互作用力（内力）的冲量作用下，系统的总动量总是守恒。 动量守恒定律：物体在相互作用时，如果系统所受到的合外力为零，则系统的总动量保持不变. 系统不受任何外力 系统受外力，但 （1）系统性：动量守恒定律研究的是两个以上物体组成的合外力为零的系统，研究问题前必须选定系统所包含的物体，研究过程中如在原系统基础上添加或减少物体，系统动量有可能不守恒。 （2）矢量性：该定律的矢量性反映在：①系统物体相互作用前后，系统总动量的方向和大小保持不变；②利用其求解各物体的动量或速度，要按照矢量运算法则，研究一维问题时，应规定正方向，利用正负表示矢量的方向。矢量性还体现在若系统某一方向所受合外力为零，则动量守恒定律可以只应用在这一方向上。 （3）同时性：、 ……指的是相互作用前同一时刻系统中各物体的速度， ……指的是相互作用后同一时刻系统中各物体的速度。 （4）同系性：、……及……是在同一惯性参考系下描述的，高中阶段我们一般取地面作为参考系。 三、解释与交流 三、解释与交流 参考：本题为教材课后第2题，旨在巩固动量守恒定律的应用，培养学生模型建构及科学推理的能力,提醒学生消防车喷水后剩下的质量是M-m。 习题2：一辆装满水的消防车静止在水平地面上，消防车的总质量为M，车上固定一支高压水枪。某时，高压水枪突然相对于地面以速度水平向后喷水，已知喷出水的质量为m，忽略消防车前进所受的阻力。求消防车前进的速度以及对水做的功。 对系统列动量守恒定理，设消防车后面获得的速度为,由于系统初动量为零，有 对水列动能定理，有 习题3（改编）：如图所示，A、B两物体的质量比mA：mB＝3：2，它们原来静止在平板车C上，A、B间有一根被压缩了的弹簧，A、B与平板车上表面间动摩擦因数相同，地面光滑．当弹簧突然释放后，则下列说法正确的是（　　）。 A．A、B系统动量守恒 B．A、B、C系统动量守恒 C．小车向左运动 D．若A与C，B与C的摩擦因数之比为2：3，则A与B组成的系统动量守恒 三、解释与交流 参考：本题为教材课后第3题改编，考查学生对动量守恒定律的边界条件的认识，可以进行变式，如A、B与C间的滑动摩擦力大小均相等，则AB组成系统及ABC组成的系统动量是否依然守恒？答案为B、C、D。 五、小结 动量守恒定律：物体在相互作用时，如果系统所受到的合外力为零，则系统的总动量保持不变. （1）系统性；（2）矢量性；（3）同时性；（4）同系性；（5）普适性。 阅读材料： 动量守恒的普适性：动量守恒定律可以由牛顿运动定律导出，那么为什么还需要研究动量守恒定律？ 第一，首先动量守恒定律在处理系统问题只涉及过程始末的两个问题，并不需要像牛顿运动定律关注物体各个过程的受力和作用时间，避免问题复杂化。有一定优越性。 第二，事实上，近代物理发现，在高速（接近光速）、微观（小到分子、原子尺度）领域，牛顿运动定律不再适用，但动量守恒定律依然正确，动量守恒定律具有普适性。 六、演示气垫导轨、光电门系统验证动量守恒定律 $