人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律课文配套ppt课件

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知识点一 　系统、内力、外力
1.系统:把由两个(或多个) 的物体构成的整体叫作一个力学系统,简称系统.系统中物体间的作用力,叫作 .系统以外的物体施加给系统内物体的力,叫作 .
答案:内力是系统内物体之间的作用力,外力是系统以外的物体对系统以内的物体的作用力.一个力是内力还是外力关键是看所选择的系统.如果将前面两辆汽车看作一个系统,最后面的汽车对中间汽车的作用力是系统以外的物体对系统内物体的作用力,是外力;如果将后面两辆汽车看作一个系统,最后面的汽车与中间汽车的作用力是系统内部物体之间的作用力,是内力.
知识点二　动量守恒定律
1.系统总动量为0时,是不是组成系统的每个物体的动量都等于0?
答案:不是.系统总动量为0,不一定是每个物体的动量都为0,可能是几个物体的动量均不为0,但它们的矢量和为0.
2.动量守恒定律:如果一个系统不受 ,或者所受 .的矢量和为0,这个系统的总动量保持 .
答案:动量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围要广.自然界中,大到天体的相互作用,小到质子、中子等微观粒子间的相互作用都遵循动量守恒定律,而牛顿运动定律有其局限性,它只适用于低速运动的宏观物体,对于运动速度接近光速的物体,牛顿运动定律不再适用.
3.动量守恒定律和牛顿运动定律的适用范围是否一样?
1.对于由几个物体组成的系统,物体所受的重力为内力.( )2.某个力是内力还是外力是相对的,与系统的选取有关.( )3.一个系统初、末状态动量大小相等,即动量守恒.( )4.只要合力对系统做功为0,系统动量就守恒.( )5.系统动量守恒也就是系统的动量变化量为0.( )
探究一　对动量守恒定律的理解
如图所示,光滑水平桌面上质量分别为m1、m2的球A、B,沿着同一直线分别以v1和v2的速度同向运动,v2>v1.当B球追上A球时发生碰撞,碰撞后A、B两球的速度分别为v1'和v2'.
1.试用动量定理和牛顿第三定律推导两球碰前总动量m1v1+m2v2与碰后总动量m1v1'+m2v2'的关系.
答案:设碰撞过程中A、B两球受到的作用力分别为F1、F2,相互作用时间为Δt.根据动量定理有F1Δt=m1(v1'-v1),F2Δt=m2(v2'-v2),因为F1与F2是两球间的相互作用力,根据牛顿第三定律知,F1=-F2,则有m1v1'-m1v1=m2v2-m2v2',即m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',此式表明两球在相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量.这就是动量守恒定律的表达式.
2.动量守恒定律的研究对象是单个物体还是多个物体?
答案:动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统,即至少是两个物体组成的系统.
1.对动量守恒定律适用条件的理解(1)系统不受外力作用,这是一种理想化的情形.(2)系统受外力作用,但所受合外力为0.如光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形.(3)内力远大于外力时,系统的总动量近似守恒.例如,抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间,爆炸时的力(内力)远大于手榴弹的重力(外力),重力可以忽略不计,系统的动量近似守恒.(4)系统受外力作用,所受的合外力不为0,但在某一方向上合外力为0,则系统在该方向上动量守恒.
2.对动量守恒定律的理解(1)系统性:动量守恒定律的研究对象不是单一物体,而是几个相互作用的物体组成的系统,动量保持不变并不是每个物体的动量保持不变,而是系统的总动量保持不变.(2)矢量性:表达式p1+p2=p1'+p2'是一个矢量式,其矢量性表现在系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等,而且方向也相同.求初、末状态系统的总动量时,如果各物体动量的方向在同一直线上,要选取正方向.(3)相对性:动量守恒定律中,系统中各物体在相互作用前后的动量必须是相对于同一惯性系的,各物体的速度通常为相对于地面的速度.
(4)同时性:动量守恒定律中p1、p2……必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量,p1'、p2'……必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量,不同时刻的动量不能相加.(5)普适性:动量守恒定律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;不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统.
【典例1】(多选)如图所示,A、B两物体的质量之比mA∶mB=3∶2,它们原来静止在平板小车C上,A、B间有一根被压缩的弹簧,地面光滑,当弹簧突然释放后,下列说法正确的是( )
A.若A、B与平板小车上表面间的动摩擦因数相同,则A、B组成的系统动量守恒B.无论A、B与平板小车上表面间的动摩擦因数是否相同,A、B、C组成的系统动量都守恒C.若A、B所受的摩擦力大小相等,则A、B组成的系统动量守恒D.无论A、B所受的摩擦力大小是否相等,A、B、C组成的系统动量都守恒
解析:如果A、B与平板小车上表面间的动摩擦因数相同,当弹簧释放后,A、B分别相对于小车向左、向右滑动,A所受的滑动摩擦力FfA向右,B所受的滑动摩擦力FfB向左.由于mA∶mB=3∶2,所以FfA∶FfB=3∶2,则A、B组成的系统所受的合外力不为0,故其动量不守恒,选项A错误.对A、B、C组成的系统,A、B与C间的摩擦力为内力,该系统所受的外力为竖直方向上的重力和支持力,它们的合力为0,故该系统的动量守恒,选项B、D正确.若A、B所受摩擦力大小相等,则A、B组成的系统所受的合外力为0,故其动量守恒,选项C正确.
【变式】下列情形中,两物体组成的系统满足动量守恒条件的是( )A.用铁锤打击放在铁砧上的铁块,打击过程中,铁锤和铁块的总动量B.子弹水平穿过放在光滑桌面上的木块的过程中,子弹和木块的总动量C.子弹水平穿过墙壁的过程中,子弹和墙壁的总动量D.棒击垒球的过程中,棒和垒球的总动量
解析: A中铁锤和铁块组成的系统所受合力不为0.C中墙壁受地面的作用力.D中棒受人手的作用力.以上三种情形中,系统所受合力均不为0,不符合动量守恒的条件.
探究二　动量守恒定律的应用
1.如图所示,在风平浪静的水面上,停着一艘帆船,船尾固定的一台电风扇,正在不停地把风吹向帆面,船能向前行驶吗?为什么?
答案:不能.把帆船和电风扇看作一个系统,电风扇和帆船受到的空气的作用力大小相等、方向相反,是一对内力,系统总动量守恒,船原来是静止的,总动量为0,所以在电风扇吹风时,船仍保持静止.
2.如图所示,一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置,控制系统使箭体与卫星分离.已知前部分的卫星质量为m1,后部分的箭体质量为m2,分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行,分离后卫星的速率为v1,如果忽略分离前后系统质量的变化,那么系统分离前后的动量分别为多少?分离前后系统总动量是否守恒?
答案:系统分离前的动量为 (m1+m2)v0;系统分离后的动量为m1v1+m2v2.分离前后系统总动量守恒.
动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义(1)p=p'表示系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p'.(2)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'表示相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量的矢量和等于作用后的动量的矢量和.(3)Δp1=-Δp2表示相互作用的两个物体组成的系统,一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反.(4)Δp=0表示系统总动量的变化量为0.
【典例2】汽车A在水平冰雪路面上行驶,驾驶员发现其正前方停有汽车B,立即采取制动措施,但仍然撞上了汽车B.两车碰撞时和两车都完全停止后的位置如图所示,碰撞后B车向前滑动了4.5 m,A车向前滑动了2.0 m.已知A和B的质量分别为2.0×103 kg和1.5×103 kg,两车与该冰雪路面间的动摩擦因数均为 0.10,两车碰撞时间极短,在碰撞后车轮均没有滚动, g取10 m/s2.求:
(1)碰撞后的瞬间B车速度的大小;(2)碰撞前的瞬间A车速度的大小.
答案: (1)3.0 m/s　(2)4.25 m/s
解析:(1)以B车为研究对象,根据牛顿第二定律有-μmBg=mBaB,由运动学公式有0-vB'2=2aBsB,解得vB'=3.0 m/s.(2)以A车为研究对象,根据牛顿第二定律有-μmAg=mAaA,由运动学公式有0-vA'2=2aAsA,两车在碰撞过程中动量守恒,有mAvA=mAvA'+mBvB',解得vA=4.25 m/s.
应用动量守恒定律解题的基本步骤(1)分析题意,合理地选取研究对象,明确系统是由哪几个物体组成的.(2)分析系统的受力情况,分清内力和外力,判断系统的动量是否守恒.(3)确定所研究的作用过程.选取的过程应包括系统的已知状态和未知状态,通常为初态到末态的过程,这样才能列出对解题有用的方程.(4)对于物体在相互作用前后运动方向都在一条直线上的问题,选定正方向,各物体的动量方向可以用正、负号表示.(5)建立动量守恒方程,代入已知量求解.
【变式】将两个完全相同的磁体(磁性极强)分别固定在质量相等的小车上,水平面光滑.开始时甲车速度大小为3 m/s,方向向右,乙车速度大小为2 m/s,方向向左并与甲车的速度方向在同一直线上,如图所示.
(1)当乙车速度为0时,甲车的速度多大?方向如何?(2)由于磁体磁性极强,两车不会相碰,那么两车的距离最小时,乙车的速度是多大?方向如何?
解析:两车及磁体组成的系统在水平方向不受外力作用,两车之间的磁力是系统内力,系统动量守恒,选向右为正方向.(1)据动量守恒定律得mv甲+mv乙=mv甲',代入数据解得v甲'=v甲+v乙=(3-2) m/s=1 m/s,方向向右.(2)两车的距离最小时,两车速度相同,设为v',由动量守恒定律得mv甲+mv乙=mv'+mv',解得v'=0.5 m/s,方向向右.
答案:(1)1 m/s　方向向右　(2)0.5 m/s　方向向右
1.(多选)关于动量守恒的条件,下列说法正确的是( )A.只要系统内有摩擦力,动量就不可能守恒B.只要系统所受合力为0,系统动量就守恒C.系统加速度为0,系统动量一定守恒D.若系统所受合力不为0,则系统在任何方向上动量都不可能守恒
解析:动量守恒的条件是系统所受合力为0,与系统内有无摩擦力无关,选项A错误,选项B正确.系统加速度为0,根据牛顿第二定律可得系统所受合力为0,所以此时系统动量守恒,选项C正确.系统合力不为0时,在某方向上合力可能为0,此时在该方向上系统动量守恒,选项D错误.
2.如图所示,小车与木箱静止放在光滑的水平冰面上,现有一人站在小车上向右用力迅速推出木箱.关于上述过程,下列说法正确的是( )A.人和木箱组成的系统动量守恒B.小车与木箱组成的系统动量守恒C.人、小车与木箱三者组成的系统动量守恒D.木箱的动量变化量与人和小车的总动量变化量相同
解析:在人站在小车上用力向右迅速推出木箱的过程中,人和木箱组成的系统所受合力不为0,系统动量不守恒,选项A错误.小车与木箱组成的系统所受合力不为0,系统动量不守恒,选项B错误.人、小车与木箱三者组成的系统所受合力为0,系统动量守恒,选项C正确.木箱、人、小车组成的系统动量守恒,木箱的动量变化量与人和小车的总动量变化量大小相等,方向相反,选项D错误.
3.一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A并留在其中,木块A、B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起,如图所示.在子弹射入木块A及弹簧被压缩的过程中,对子弹、两木块和弹簧组成的系统,下列说法正确的是()
A.动量守恒,机械能守恒B.动量不守恒,机械能守恒C.动量守恒,机械能不守恒D.无法判定动量、机械能是否守恒
解析:动量守恒的条件是系统不受外力或所受外力的合力为0,本题中子弹、两木块、弹簧组成的系统,水平方向上不受外力,竖直方向上所受外力的合力为0,所以动量守恒.机械能守恒的条件是除重力、弹力对系统做功外,其他力对系统不做功,本题中子弹射入木块过程中克服摩擦力做功,有部分机械能转化为内能(发热),所以系统的机械能不守恒.选项C正确,选项A、B、D错误.
4.如图所示,游乐场上,两位同学各驾驶着一辆碰碰车迎面相撞,此后,两车共同运动.设甲同学和她的车的总质量为m1=150 kg,碰撞前向右运动,速度的大小为4.5 m/s,乙同学和他的车的总质量为m2=200 kg,碰撞前向左运动,速度的大小为4.25 m/s.若取向右为正方向,则碰撞后两车共同运动的速度为　　　　m/s.
情境　一辆质量m1=3.0×103 kg的小货车因故障停在车道上,后面一辆质量m2=1.5×103 kg的轿车来不及刹车,直接撞入货车尾部失去动力.相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了s=6.75 m停下,已知两车车轮与路面间的动摩擦因数均为μ=0.6,g取 10 m/s2.问题　碰撞前轿车的速度大小是多少?