高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律图片课件ppt

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1.通过学习理解系统、内力、外力的概念(物理观念)2.通过理论推导掌握动量守恒定律的确切含义和表达式,知道动量守恒定律的适用条件(科学思维)3.通过实例分析,了解动量守恒定律的普遍适用性,会初步利用动量守恒定律解决实际问题(科学思维)
[自主阅读]一、系统、内力和外力1.系统:由两个(或多个)相互作用的物体构成的整体。2.内力:系统中物体间的作用力。3.外力:系统以外的物体施加给系统内物体的力。
二、动量守恒定律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.条件:(1)系统不受外力或者所受外力的矢量和为0。(2)系统外力远小于内力时,外力的作用可以忽略,系统的动量守恒,如碰撞、爆炸系统。3.表达式:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'(两个物体作用前后动量和相等)。三、动量守恒定律的普适性研究表明,在高速(接近光速)、微观(小到分子、原子的尺度)领域,牛顿运动定律不再适用,而动量守恒定律仍然正确。
[自我检测]1.正误判断(1)某个力是内力还是外力是相对的,与系统的选取有关。(　　)答案 √(2)一个系统初、末状态动量大小相等,即动量守恒。(　　)解析 动量守恒是指系统初末状态的动量的大小相等、方向相同。答案 ×
(3)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零。(　　)答案 √(4)在相互作用且动量守恒的某系统内,一个物体的动量增加时,另一个物体的动量一定减少,系统的总动量不变。(　　)解析 不能这样理解,只能说系统内各物体动量变化量的矢量和为零。答案 ×(5)只要系统内存在摩擦力,动量就不可能守恒。(　　)解析 人在船上走,系统动量守恒。答案 ×
2.下列说法正确的是(　　)A.若系统总动量为零,则组成系统的每个物体的动量都为零B.动量守恒定律和牛顿第二定律的适用范围一样C.子弹射入放在光滑水平面上的木块中,子弹与木块组成的系统动量守恒D.子弹射入紧靠墙角的木块中,子弹与木块组成的系统动量守恒
解析 若系统总动量为零,则组成系统的物体的动量的矢量和为零,每个物体的动量可以都为零,也可以都不为零,选项A错误;动量守恒定律适用于宏观、低速物体,微观、高速粒子,而牛顿第二定律只适用于宏观、低速物体,选项B错误;选项C中,子弹与木块的作用力为内力,重力与支持力平衡,系统动量守恒,选项C正确;选项D中,子弹射入木块过程中,墙对木块有弹力,即系统所受合外力不为0,选项D错误。答案 C
3.把一支枪水平地固定在小车上,小车放在光滑的水平地面上,枪发射出子弹时,下列关于枪、子弹和车的说法正确的是(　　)A.枪和子弹组成的系统水平方向动量守恒B.枪和车组成的系统水平方向动量守恒C.只有忽略子弹和枪管之间的摩擦时,枪、车和子弹组成的系统水平方向动量才近似守恒D.枪、子弹和车组成的系统水平方向动量守恒
解析 枪发射子弹的过程中,它们的相互作用力是火药的爆炸产生的作用力和子弹在枪管中运动时与枪管间的摩擦力,枪和车一起在水平地面上做变速运动,枪和车之间也有作用力。如果选取枪和子弹为系统,则车给枪的力为外力;如果选取枪和车为系统,则子弹对枪的作用力为外力;如果选车、枪和子弹为系统,爆炸产生的作用力和子弹与枪管间的摩擦力均为内力,系统在水平方向上不受外力,整体满足动量守恒定律的条件,选项D正确。答案 D
[情境探究]在光滑的水平面上有一辆平板车,一个人站在车上用大锤敲打车的左端,如图所示。开始时人和车均静止,在连续的敲打下,这辆车能持续地向右运动吗?说明理由。要点提示 锤头向右摆动时,系统总动量要为零,车就向左运动;举起锤头时,锤头向左运动,车就向右运动。用锤头连续敲击时,车只是左右运动,所以车不能持续向右运动。
[知识归纳]1.对动量守恒定律条件的理解(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,但所受合外力为零。像光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形。(3)系统受外力作用,但当系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时,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,弹片所受火药爆炸产生的内力远大于其重力,重力完全可以忽略不计,系统的动量近似守恒。(4)系统受外力作用,所受的合外力不为零,但在某一方向上合外力为零,则系统在该方向上动量守恒。
2.动量守恒定律的“五性”
[典例剖析]例题1(多选)如图所示,光滑水平面上两小车中间夹一压缩了的轻弹簧,两手分别按住玩具小车,使它们静止,对两车及弹簧组成的系统,下列说法中正确的是(　　)A.两手同时放开后,系统总动量始终为零B.先放开左手,后放开右手,此后动量不守恒C.先放开左手,后放开右手,总动量向左D.无论是否同时放手,只要两手都放开后,在弹簧恢复原长的过程中,系统总动量都保持不变,但系统的总动量不一定为零
解析 当两手同时放开时,系统的合外力为零,所以系统的动量守恒,又因为开始时总动量为零,故系统总动量始终为零,选项A正确;先放开左手,左边的小车就向左运动,当再放开右手后,系统所受合外力为零,故系统的动量守恒,放开右手时总动量方向向左,放开右手后总动量方向也向左,故选项B错误,C、D正确。答案 ACD
规律方法 (1)动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统。判断系统的动量是否守恒,与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系。(2)判断系统的动量是否守恒,要注意守恒的条件是不受外力或所受合外力为零,因此要分清哪些力是内力,哪些力是外力。(3)系统的动量守恒,并不是系统内各物体的动量都不变。一般来说,系统的动量守恒时,系统内各物体的动量是变化的,但系统内各物体的动量的矢量和是不变的。
变式训练1(多选)如图所示,A、B两物体质量之比mA∶mB=3∶2,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。两物体被同时释放后,(　　)A.若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同,则A、B组成系统的动量守恒B.若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同,则A、B、C组成系统的动量守恒C.若A、B所受的摩擦力大小相等,则A、B组成系统的动量守恒D.若A、B所受的摩擦力大小相等,则A、B、C组成系统的动量守恒
解析 若μA=μB,但mA∶mB=3∶2,故FfA∶FfB=3∶2,A、B组成的系统合外力不为零,所以A、B组成的系统动量不守恒,A项错误;当FfA=FfB时,A、B组成的系统合外力为零,动量守恒,C项正确;当把A、B、C作为系统时,由于地面光滑,故不论A、B与C之间摩擦力大小情况如何,系统受到的合外力均等于0,所以A、B、C组成的系统动量守恒,故B、D项正确。答案 BCD
[情境探究]《三国演义》中有个“草船借箭”的故事(如图所示),若草船的质量为m1,每支箭的质量为m,草船以速度v1返回时,对岸士兵万箭齐发,n支箭同时射中草船,箭的速度皆为v,方向与船行方向相同,且v>v1。由此,草船的速度会增加吗?这种现象如何解释?(不计水的阻力)
要点提示 增加。草船与箭组成的系统动量守恒。根据m1v1+nmv=(m1+nm)v1'知v1'>v1。
[知识归纳]1.动量守恒定律不同表达式的含义(1)p=p':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)Δp1=-Δp2: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。(3)Δp=0:系统总动量增量为零。(4)m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2':相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和。
2.爆炸类问题中动量守恒定律的应用(1)物体间的相互作用突然发生,作用时间极短,爆炸产生的内力远大于外力(如重力、空气阻力等),此种情况下可以利用动量守恒定律求解。(2)由于爆炸过程中物体间相互作用的时间极短,作用过程中物体的位移很小,因此可认为此过程物体位移不发生变化。要点笔记 动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统。系统的动量是否守恒,与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系。
[典例剖析]例题2如图所示,质量mB=1 kg的平板小车B在光滑水平面上以v1=1 m/s的速度向左匀速运动。当t=0时,质量mA=2 kg的小铁块A以v2=2 m/s的速度水平向右滑上小车,A与小车间的动摩擦因数为μ=0.2。若A最终没有滑出小车,g取10 m/s2。求:A在小车上相对小车停止运动时,小车的速度大小和方向。
解析 A在小车上相对小车停止运动时,A、B将以共同的速度运动,设此时的速度为v,取v1的方向为正方向,由动量守恒定律得-mAv2+mBv1=(mA+mB)v代入数据可解得v=-1 m/s。负号表示v的方向与v1方向相反,即向右。答案 1 m/s　向右
规律方法 应用动量守恒定律解题的步骤(1)找:找研究对象(系统包括哪几个物体)和研究过程;(2)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、末状态动量的正、负号,画好分析图;(4)列:由动量守恒定律列式;(5)算:合理进行运算,得出最后的结果,并对结果进行讨论。在以上五步中“找”与“析”是关键所在。
变式训练2甲、乙两运动员在做花样滑冰表演,沿同一直线相向运动,速度大小都是1 m/s。甲、乙相遇时用力推对方,此后都沿各自原方向的反方向运动,速度大小分别为1 m/s和2 m/s。求甲、乙两运动员的质量之比。解析 动量守恒,m1v1-m2v2=m2v2'-m1v1',答案 3∶2
1.关于系统动量守恒的条件,下列说法正确的是(　　)A.只要系统所受的合外力为零,系统动量就守恒B.系统中所有物体的加速度为零时,系统的总动量不一定守恒C.只要系统内存在摩擦力,系统动量就不可能守恒D.只要系统中的物体具有加速度,系统动量就不守恒
解析 根据动量守恒定律的条件可知,只要系统所受的合外力为零,系统动量就守恒,故A正确;系统中所有物体的加速度为零时,系统所受的合外力为零,即系统的总动量一定守恒,B错误;若系统内存在摩擦力,而系统所受的合外力为零,系统的动量仍然守恒,C错误;系统中的物体具有加速度时,系统的动量也可能守恒,比如碰撞过程,两个物体的速度都改变,都有加速度,系统的动量却守恒,D错误。答案 A
2.如图所示,光滑水平面上有一质量为m1的小车A,其上面有一个质量为m2的物体B正在沿粗糙曲面下滑。以A和B两个物体为系统。下列说法正确的是(　　)A.A受到的重力是内力B.B受到的摩擦力是内力C.B对A的压力是外力D.地面对A的支持力是内力解析 只要是两个物体之间的作用力就是内力,外部对两个物体的作用力就是外力,B项正确,A、C、D项错误。答案 B
3.如图所示,质量为m0的小船在静止水面上以速率v0向右匀速行驶,一质量为m的救生员站在船尾,相对小船静止。若救生员以相对水面速率v水平向左跃入水中,则救生员跃出后小船的速率为(　　)
4.甲、乙两个玩具小车在光滑水平面上沿同一直线相向运动,它们的质量和速度大小分别为m1=0.5 kg,v1=2 m/s,m2=3 kg,v2=1 m/s。两小车相碰后,乙车的速度减小为v2'=0.5 m/s,方向不变,则甲车的速度大小v1'=　　　　　,方向　 。 解析 设碰前甲车运动的方向为正方向。对两车组成的系统,由于在光滑的水平面上运动,作用在系统上的水平方向的外力为零,故由动量守恒定律有m1v1-m2v2=m1v1'-m2v2'得v1'=-1 m/s。负号表示甲车在相碰后速度的方向与乙车的速度方向相同。答案 1 m/s　与乙车的速度方向相同