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

第一章 动量守恒定律 物理选择性必修第一册 •粤教版2019 第三节 动量守恒定律 新课引入 有两位同学原来静止在滑冰场上，不论谁推谁一下（如图），两个人都会向相反方向滑去，他们的动量都发生了变化。两个人本来都没有动量，现在都有了动量，他们的动量变化遵从什么规律呢？ 一、相互作用的两个物体动量的改变 如图，在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体 A、B，其中v1 >v2 ，碰撞时，两个物体之间的作用时间很短，用表示。 问题1：物体 A、B相撞时，两个物体的受力情况有何特点？ v2 m1 m2 v1 A B F2 F1 碰撞过程 N1 G1 N2 G2 一、相互作用的两个物体动量的改变 系统：两个（或多个）相互作用的物体构成的整体； 内力：系统中物体间的作用力；（） 外力：系统以外的物体施加给系统内的力；（） F2 F1 N1 N2 G1 G2 一、相互作用的两个物体动量的改变 问题2：碰撞前后物体A、B的动量如何变化？系统总动量又如何变化？ v2 m1 m2 v1 A B v1′ v2′ m1 m2 F2 F1 碰撞过程 规定向右为正方向 由于任意时刻,动量守恒的关系对于过程中的任意时刻的状态都适用。 二、动量守恒定律 F2 F1 N1 G1 N2 G2 1.内容:如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。 2.表达式： ①系统作用前的总动量等于作用后的总动量 m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′ ②系统内一个物体的动量变化与另一物体的动量变化等大反向 m2v2′-m2v2＝-（m1v1′ -m1v1 ） Δp＝0 或 p＝p′ 或 Δp2＝－Δp1 ③系统总动量的变化量为零 3.性质： 二、动量守恒定律 （1）系统性：动量守恒定律是对一个物体系统而言的，而对物体系统的一部分，动量守恒定律不一定适用。 （2）矢量性：选取正方向； （3）瞬(同)时性: 动量守恒是指系统任意瞬时动量恒定。不是同一时刻的动量不能相加。 （4）相对性：由于动量的大小与参照系的选择有关，在应用动量守恒定律时，应注意各物体的速度必须是相对同一参照物的。 4.动量守恒定律的适用条件 （1）系统不受外力；(理想条件) （2）系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件) （3）系统所受合外力不为零，但内力>>外力，且作用时间极短（如爆炸、碰撞等），外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件） （4）系统所受合外力虽然不为零，但某方向上不受外力（或该方向合力为0），则该方向动量守恒。（某方向动量守恒，系统动量实际不一定守恒）(单向条件) m v1 v2 水平方向动量守恒 mv1+(-Mv2)=0 如光滑水平面上一个运动小球与一个静止小球相碰，系统动量守恒。 思考与讨论 在光滑水平面上有一辆平板车，一个人站在车上用铁锤敲打车的左端.在连续的敲打下,这辆车能持续地向右运动吗?并说明理由。 眼见为实，感悟定律 眼见为实，感悟定律 思考与讨论 解析：人、车系统水平方向不受外力作用，满足水平方向动量守恒 。系统初动量为零，故任何一个时刻系统动量矢量和必定都为零，当铁锤向左运动，小车就向右运动，铁锤向右运动，小车向左运动，铁锤静止，小车也静止。 所以小车在水平面上左、右往返运动，车不会持续地向右驶去。 思考1：斜面置于光滑水平面上，木块沿光滑斜面滑下，则木块与斜面组成的系统受到几个作用力？哪些力是内力？哪些是外力？系统动量守恒吗？ 竖直方向失重：N<(M+m)g 系统动量不守恒。 若斜面粗糙但地面仍然光滑，系统水平方向动量还守恒吗？ 系统水平方向不受外力作用，水平方向动量守恒 滑块和斜面间的摩擦为内力，系统水平方向动量守恒 N Mg mg N1 N'1 二、动量守恒定律 系统所受合外力不为零，其动量一定不守恒，但有可能在某一方向上动量守恒。 思考2：在光滑水平面的车上有一辆平板车，一个人站在车上用铁锤敲打车的左端.在连续地敲打下,这辆车能持续地向右运动吗?并说明理由。 解析：人、车系统水平方向不受外力作用，水平方向动量守恒 。系统初动量为零，故任何一个时刻系统动量矢量和必定都为零，当铁锤向左运动，小车就向右运动，铁锤向右运动，小车向左运动，铁锤静止，小车也静止。 所以小车在水平面上左、右往返运动，车不会持续地向右驶去。 二、动量守恒定律 三、应用动量守恒定律的解题步骤 1.找：找研究对象(系统包括哪几个物体)和研究过程； 2.分析：进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或在某一方向是否守恒)； 3.定：规定正方向，确定初末状态动量正负号； 4.列：由动量守恒定律列方程； 5.解：解方程，得出最后的结果，并对结果进行分析。 动量守恒定律只涉及过程始末两个状态,与过程中力的细节无关。 四、机械能守恒和动量守恒定律的比较 机械能守恒定律 动量守恒定律 研究对象 守恒条件 守恒性质 适用范围 联系 注意 单个或相互作用的物体组成的系统 相互作用的物体组成的系统 只有重力或弹力做功,其他力不做功 系统不受外力或所受合外力等于零 标量守恒(不考虑方向性) 矢量守恒(规定正方向) 都可以用实验来验证,因此它们都是实验规律。 仅限于宏观、低速领域 到目前为止物理学研究的一切领域 爆炸、碰撞、反冲相互作用现象中,因F内>>F外,动量是守恒的, 但很多情况下有其他力（内力）做功,有其他形式能量转化为机械能,机械能不守恒. 五、动量守恒定律的普适性 动量守恒定律不仅适用于正碰,也适用于斜碰;不仅适用于碰撞,也适用于任何形式的相互作用;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。 01 动量守恒定律不仅适用于宏观、低速问题,而且适用于高速、微观的问题。 02 动量守恒定律是一个独立的实验规律,它适用于目前为止物理学研究的一切领域。 03 1.实验装置： 建立情境的器材：斜槽、铅锤、两个半径相同而质量不同的小球 采集信息的器材：白纸、复写纸、圆规 测量数据的器材：天平、刻度尺 六、动量守恒定律的验证 将钢球从斜槽上某一位置静止释放，记录下该位置。离开后小球做平抛运动，落点为P点。OP为钢球平抛位移。OP=v0t. 将玻璃球置于斜槽末端，将钢球从同一位置释放， 和玻璃球碰撞后，均做平抛运动，落点分别为M点 和N点，OM=v1t，ON=v2t. 由于平抛运动时间t相同，水平位移正比于速度。 若动量守恒，有m1OP=m1OM+m2ON. 2.实验原理 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。 六、动量守恒定律的验证 3.实验步骤 （1）测质量：用天平测出两小球的质量，并选定质量大的小球为入射小球。 （2）安装：按照图甲所示安装实验装置，调整固定斜槽使斜槽底端水平。 （3）铺纸：白纸在下，复写纸在上且在适当位置铺放好，记下重垂线所指的位置O。 （4）放球找点，不放被撞小球，每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下，重复10次。用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。圆心F就是小球落点的平均位置。 圆心即为小球平均落点 六、动量守恒定律的验证 （5）碰撞找点，把被撞小球放在斜槽末端，每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下，使它们发生碰撞，重复实验10次。同理求出入射小球落点的平均位置 M 和被碰小球落点的平均位置N。 （6）验证：用刻度尺测出线段 OM、OP、ON 的长度，把两小球的质量和相应的水平位移数值代入m1·OP=m1·OM+m2·ON，看等式是否成立。 （7）结束：整理好实验器材放回原处。 六、动量守恒定律的验证 注意事项 （1）碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰” （2）斜槽末端的切线必须水平，入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。 （3）地面须水平，白纸铺好后实验过程中不能移动，否则会造成很大的误差。 六、动量守恒定律的验证 课堂练习 1.下列四幅图所反映的物理过程中，系统总动量守恒的是( ) A.木块固定在水平面 上，子弹水平射入木 块的过程中 B.两球匀速下降， 轻细线断裂后，它 们在水中运动的过 程中 C.剪断细线，弹簧 恢复原状的过程中 （水平面光滑） D.木块沿放在光滑水 上平面上的光滑斜面由 静止滑下的过程中 2.在列车编组站里，一辆 m1 = 1.8×104 kg 的货车在平直轨道上以 v1 = 2 m/s 的速度运动，碰上一辆 m2 = 2.2×104kg 的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，求货车碰撞后的运动速度。 v m1 m2 系统 N1 N2 F2 内力 外力 F1 G1 G2 课堂练习 教材例题 3.一枚在空中飞行的火箭质量为m，在某时刻的速度为v，方向水平，燃料即将耗。此时，火箭突然炸裂成两块(如图)，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。 教材例题——变形拓展 【例题2拓展】一枚在空中飞行的火箭，质量为m,在某时刻的速度为v,燃料即将耗尽。此时火箭突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与初速度相同的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。 问题1.此题的条件与原题有哪些变化? 问题2.在此爆炸过程中动量还守恒吗?你是如何判断是否守恒的? 如果守恒，其动量守恒的表达式如何写? 问题3.另一块的飞行方向如何判断? 问题4.火箭在炸裂前后，系统的机械能守恒吗? 如果机械能不守恒，机械能是怎样变化的? 教材例题——变形拓展 【例题2拓展】一枚在空中飞行的火箭，质量为m,在某时刻的速度为v,燃料即将耗尽。此时火箭突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与初速度相同的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。 【解析】本题跟原题相比有两个不同：一是初速度的方向不一定是水平的；二是炸裂后已知的那块速度与初速度同向，则另一块的速度方向就需要分类讨论。 我们容易分析得出火箭在爆炸过程中内力远大于自身的重力，系统的动量守恒，相互作用前后动量均在同一直线上。选初速度的方向为正方向，有：mv=m1v1+(m- m1)v2 教材例题——变形拓展 【例题2拓展】一枚在空中飞行的火箭，质量为m,在某时刻的速度为v,燃料即将耗尽。此时火箭突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与初速度相同的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。 ①若mv>m1v1,则v2 > 0,即另一块的运动方向也与初速度相同； ②若mv=m1v1,则v2 = 0,即另一块炸后瞬间速度为0; ③若mv<m1v1,则v2 < 0,即另一块的运动方向与初速度相反。 分类讨论： 课堂小结 课堂小结 动量守恒定律 （2）公式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'；m1∆v1= -m2∆v2 （3）条件 （4）性质：系统性、矢量性、瞬时（同时）性、相对性 （1）内容： 如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变 ①系统不受外力； ②系统受到外力，但外力的合力为零； ③系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力； ④在某一方向上不受外力或合外力为零或内力远大于外力。 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $