1.2 动量守恒定律及其应用2 课件 2026-2027学年高二上学期物理鲁科版选择性必修第一册
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普通
内容正文:
第2节 动量守恒定律及其应用
(第2课时)
学习目标
1. 理解某一方向上的动量守恒,准确判断并利用某一方向动量守恒的条件
解决问题。
2. 会利用动量守恒定律分析多物体、多过程问题。
3. 能灵活处理动量守恒定律的临界问题。
一、某一方向上的动量守恒
若系统受到的合外力不为零,则系统的动量不守恒。但若
,
则系统在此方向上动量守恒,仍可以在该方向上列动量守恒方程进行
求解。
某一方向上所
受合外力的分力为零
知识梳理:
二、多物体、多过程的动量守恒
对于多物体、多过程,应用动量守恒定律解题时应注意:
(1)分清作用过程中的不同阶段,并按作用关系将系统内的物体分成几个小
系统。
(2)对不同阶段、不同的小系统准确选取初、末状态,分别列动量守恒
方程。
(3)动量守恒方程中各物体初、末状态的速度需要相对于 参考
系而言。
同一
三、动量守恒定律的临界问题
在动量守恒定律的应用中,常常出现相互作用的两物体相距最近(或最
远)、恰好不相撞或物体开始反向运动等临界状态,其临界条件常常表现
为两物体的相对速度关系或相对位移关系,这些特定关系的判断是求解这
类问题的关键。
考点一 某方向上的动量守恒
例1 (多选)如图所示,装有一定质量沙子的小车静止在光滑的水平面上,
将一个小球从某一高度处以大小为v0的初速度水平抛出,小球落入车内并
陷入沙中最终与车一起向右匀速运动。不计空气阻力,则下列说法正确的
是( CD )。
CD
A. 小球陷入沙中越深,小车最终的速度越大
B. 小球抛出时的高度越高,小车最终的速度越大
C. 小球陷入沙中过程,小球和沙、车组成的系统动量不守恒,机械能不
守恒
D. 若小车匀速运动后车上有一缝隙漏沙子,车上沙子越来越少,车子的
速度保持不变
典例精析:
归纳:
某一方向上动量守恒问题的解答步骤。
(1)明确系统:确定研究对象包含哪些物体。
(2)受力分析:分析系统所受合外力,画出受力分析图。
(3)分解合外力:将合外力分解到互相垂直的方向上,确定什么方向上的合
外力为零。
(4)列分量方程:对于合外力为零的方向列出动量守恒定律方程。
(5)求解问题:直接求解方程或者和其他物理条件方程联立求解,分析解的
物理意义。
变式训练1: 如图所示,质量为M的滑块静止在光滑的水平面上,滑块
的光滑弧面底部与水平面相切,一个质量为m的小球以速度v0向滑块滚
来,小球最后未越过滑块,则小球到达最高点时,小球和滑块的速度大小
是( A )。
A. B.
C. D.
A
变式训练2: 如图所示,小车静止在光滑水平面上,AB是小车内半圆弧轨道的水平直径,现将一小球从距A点正上方高R处由静止释放,小球由A点沿切线方向进入半圆轨道后又从B点冲出。不计一切摩擦。在小球与小车相互作用
过程中( D )。
A. 小车的动量守恒
B. 小球和小车的总动量守恒
C. 小球和小车在竖直方向上动量守恒
D. 小球和小车在水平方向上动量守恒
D
考点二 多物体、多过程动量守恒
例2 (多选)如图所示,三辆完全相同的平板小车a、b、c成一直线排列,
静止在光滑水平面上。c车上有一个人跳到b车上,接着又立即从b车跳到a
车上。此人跳离c车和b车时对地的水平速度相同。他跳到a车上相对a车保
持静止,此后( CD )。
CD
A. a、b两车运动速率相等
B. a、c两车运动速率相等
C. 三辆车的速率关系为vc>va>vb
D. a、c两车运动方向相反
归纳:
多个物体相互作用时,物理过程往往比较复杂,分析此类问题时应注意:
(1)正确进行研究对象的选取:有时对整体应用动量守恒定律,有时对部分
物体应用动量守恒定律。研究对象的选取,一是取决于系统是否满足动量
守恒的条件,二是根据所研究问题的需要。
(2)正确进行过程的选取和分析:通常对全过程进行分段分析,并找出联系
各阶段的状态量。根据所研究问题的需要,列式时有时需分过程多次应用
动量守恒定律,有时只需针对初、末状态建立动量守恒的关系式。
变式训练1: 如图所示,人站在滑板A上,以v0=3 m/s的速度沿光滑水平
面向右运动。当靠近前方的横杆时,人相对滑板竖直向上起跳越过横杆,
A从横杆下方通过,与静止的滑板B发生碰撞并粘在一起,之后人落到B
上,与滑板一起运动。已知人、滑板A和滑板B的质量分别为m人=70 kg、
mA=10 kg和mB=20 kg,两板碰撞时间为0.1 s,求:
(1)A、B碰撞过程中,A对B的平均作用力大小;
200 N
(2)最终人与滑板的共同速度的大小。
2.4 m/s
解析:人跳起后A与B碰撞前后动量守恒,根据动量守恒定律求出碰后两
者的共同速度,然后由动量定理即可求出A对B的冲量;人下落与A、B作
用前后,水平方向动量守恒,再根据动量守恒定律求解即可得人与滑板的
共同速度。
变式训练2: 如图所示,光滑水平地面上固定一右侧带有半圆弧槽的木
板,光滑半圆弧槽的半径为R=1 m,最底端切线水平,木板水平段长L=4
m,可视为质点的滑块A、B放在木板水平段的正中央,两滑块中间有弹性
势能为E=10 J的微型压缩轻弹簧,轻弹簧左端固定在A上,右端与B接触
但不栓接。释放后,B在半圆弧槽中上升的最大高度为0.25 m。已知A光
滑,B与木板水平段间的动摩擦因数为μ=0.5,木板和滑块B的质量均为m
=0.4 kg,重力加速度g取10 m/s2。
(2)当A滑离木板时,求B的速度大小;
3 m/s
(1)求B到达半圆弧槽最低点M时对半圆弧槽的压力大小;
6 N
(3)若木板不固定,撤去A和弹簧,对B施加水平向右的恒力F,B由静止运
动到木板水平段右端时撤去外力,B恰不脱离槽面从半圆弧槽最高点D处
飞出,求恒力F做的功。
J
(1)设B在M点时的速度大小为vM,则有mgh=m设在M点时半
圆弧槽对滑块B的支持力大小为FN,
则有FN-mg=m 解得FN=6 N
由牛顿第三定律可知,B运动到M点时对半圆弧槽的压力大小为6 N。
(2)设滑块B刚被弹开时的速度大小为vB,
由动能定理有-μmg•=
m-m设A的质量为mA,刚被弹开时的速度大小为vA,
则由动量守恒定律可得mAvA=mvB
由能量守恒定律有E=mA+m
联立解得mA=0.4 kg,vA=5 m/s,A离开木板所用的时间为t1==0.4 s
由题意可判断出该段时间内B一直在木板水平段上运动,设B在木板水平
段上减速运动的加速度大小为a,则由牛顿第二定律有μmg=maA离开木
板时B的速度大小为vB′=vB-at1解得vB′=3 m/s。
(3)设B在木板上加速时间为t,到木板水平段右端时,B的速度为v1,
木板的速度为v2,B对地的位移为x1,木板对地的位移为x2
对B的加速过程,由动量定理有
对木板有μmgt=mv2-0;x1=v1t,x2=v2t满足x1-x2=
B运动到半圆弧槽最高点时,设B的速度为v3,木板的速度为v4。对系统,
从撤去外力后至B到达半圆弧槽最高点的过程,
由动量守恒定律有mv1+mv2=mv3+mv4
由机械能守恒定律有m+m=m+m+2mgR
B在半圆弧槽最高点恰不脱离槽面,说明B在半圆弧槽最高点时与半圆弧
槽间的弹力为0,此时半圆弧槽的加速度为0,是惯性参考系,以半圆弧槽
为参考系,B相对半圆弧槽做圆周运动,到达半圆弧槽最高点,
相对速度v相=v4-v3
对B,由牛顿第二定律有mg=联立解得F=13 N
对B,由动能定理有-0
解得恒力F做的功W=Fx1= J。
考点三 动量守恒中的临界问题
例3 如图所示,甲、乙两小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游玩,甲和他
的冰车总质量为30 kg,乙和他的冰车总质量也为30 kg,若不计冰面摩
擦,游戏时甲拿着一质量为10 kg的小球,和他一起以v0=3.5 m/s的速度水
平向右滑行,乙在甲的正前方相对地面静止,则甲至少以相对地面多大的
速度将小球水平抛出才能避免与乙相撞?
8 m/s
归纳:
动量守恒定律应用中的常见临界情形。
(1)光滑水平面上的A物体以速度v向静止的B物体运动(A、B间连有轻弹
簧),当A、B两物体相距最近时,两物体速度相等,此时弹簧最短,其压
缩量最大。
(2)物体A以速度v滑到静止在光滑水平面上的小车B(上表面粗糙且长度
足够长)上,当物体A在小车B上滑行的距离最远时,物体A、小车B的
速度相等。
(3)弧形滑块静止在光滑水平面上,弧形滑块的光滑弧面底部与水平面相
切,一个小球以速度v向弧形滑块滚来。设小球不能越过弧形滑块,则小
球到达弧形滑块上的最高点时,两物体的速度相等。
(4)光滑水平面上的薄板A(上表面粗糙且足够长)与物块C发生碰撞后,再与
物块B相互作用,最后不再相撞的临界条件是:三者具有相同的速度。
变式训练1: 如图所示,木块A的质量mA=1 kg,足够长的木板B的质量
mB=4 kg,质量为mC=1 kg的木块C置于木板B上,水平面光滑,B、C之
间有摩擦。开始时B、C均静止,现使A以v0=12 m/s的初速度向右运动,
与B碰撞后以4 m/s的速度弹回。求:
(1)B运动过程中的最大速度大小;
4 m/s
(2)C运动过程中的最大速度大小。
3.2 m/s
变式训练2: 如图所示,一个小孩在冰面上进行“滑车”练习,开始小孩站在A车前端与车以共同速度v0=9 m/s向右做匀速直线运动,在A车正前方有一辆静止的B车,为了避免两车相撞,在A车接近B车时,小孩迅速从A车跳上B
车,又立即从B车跳回A车,此时A、B两车恰好不相撞。已知小孩的质量m
=25 kg,A车和B车质量mA=mB=100 kg,若小孩跳离A车与跳离B车时对
地速度的大小相等、方向相反,求:
(1)小孩跳回A车后,他和A车的共同速度大小;
5 m/s
(2)小孩跳离A车和B车时对地速度的大小;
10 m/s
(3)小孩跳离A车的过程中对A车冲量的大小。
25 kg•m/s
(2)依题意,设小孩跳离A车和B车时对地的速度大小均为v′,则小
孩、B车根据动量守恒定律有2mv′=mBv,解得v′=10 m/s。
解:(1)因为A、B恰好不相撞,则最后具有相同的速度。在小孩跳的过程
中,把小孩、A车、B车看成一个系统,该系统所受合外力为零,动量守
恒,由动量守恒定律得
代入数据解得v=5 m/s。
(3)根据动量守恒定律,小孩跳离A车的过程有(m+mA)v0=mv′+
mAv′A,解得小孩跳离A车时,A车的速度大小为v′A=8.75 m/s
根据动量定理,对A车的冲量大小等于A车动量的变化量大小,
即I=Δp=mAv0-mAv′A=25 kg•m/s。
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