人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律背景图课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律背景图课件ppt，共30页。PPT课件主要包含了定位·学习目标，探究·必备知识，突破·关键能力，提升·核心素养，检测·学习效果，探究新知，m1v1′-m1v1，m2v2′-m2v2，m1v1+m2v2，想想议议等内容，欢迎下载使用。
1.能运用动量定理和牛顿第三定律分析碰撞中的动量变化。2.在了解系统、内力和外力的基础上,理解动量守恒定律。3.能够运用动量守恒定律分析生产生活中的有关现象。4.了解动量守恒定律的普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性。
1.建构碰撞模型如图,在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体A、B,质量分别是m1和m2,沿同一直线向同一方向运动,速度分别是v1和v2,v2> v1。当B追上A时发生碰撞。碰撞后A、B的速度分别是v1′和v2′。碰撞过程中A所受B对它的作用力是F1,B所受A对它的作用力是F2。碰撞时,两物体之间力的作用时间很短,用Δt表示。
知识点一　相互作用的两个物体的动量改变
2.推导过程以物体A为研究对象,根据动量定理,物体A动量的变化量等于它所受作用力F1的冲量,即F1Δt= 。 ①以物体B为研究对象,物体B动量的变化量等于它所受作用力F2的冲量,即F2Δt= 。 ②根据牛顿第三定律可知,两个物体碰撞过程中的每个时刻相互作用力F1与F2大小 、方向 ,故有F1 -F2。 ③整理①②③得m1v1′+m2v2′= 。
3.归纳总结两个物体各自受到对方的作用力,且两个碰撞的物体在所受外部对它们的作用力的矢量和为 的情况下 守恒。
如图所示,在风平浪静的水面上,停着一艘帆船,船尾固定一台电风扇,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相互作用的两个物体,电风扇和帆船受到空气的作用力大小相等、方向相反,这是一对内部作用力,它们所受外部作用力矢量和为零,故它们总动量守恒,船原来是静止的,总动量为零,所以在电风扇吹风时,船仍保持静止。
1.系统、内力与外力(1)系统:由两个(或多个)相互作用的物体构成的 叫作一个力学系统,简称系统。(2)内力: 中物体间的作用力。(3)外力:系统 的物体施加给系统内物体的力。2.动量守恒定律(1)内容:如果一个系统 ,或者 ,这个系统的总动量保持不变。(2)表达式:对两个物体组成的系统,常写成m1v1+m2v2= 。(3)适用条件:系统不受外力或者所受外力的矢量和为 。
知识点二　动量守恒定律
m1v1′+m2v2′
答案:不能。因为此过程动量守恒,当把锤头打下去时,锤头向右摆动,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,一旦锤头不动,车就会停下来,所以车不能持续向右运动。
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。在连续地敲打下,这辆车能持续地向右运动吗?说明理由。
要点一　对动量守恒定律的理解
情境1:如图甲所示,在光滑水平面上发生正碰的两小球。情境2:如图乙所示,小车A、B静止在光滑水平面上。情境3:如图丙所示,速度为v0的物体滑上光滑水平面上的小车。
探究:(1)图甲中,两小球受哪些力的作用?系统动量守恒吗?
答案:(1)两小球发生正碰时,它们之间的相互作用力是内力。小球还受到重力和桌面对它们的支持力,是外力。由于外力的合力为零,故系统动量守恒。
探究:(2)图乙中,烧断细线后,两小车受弹簧弹力的作用,系统动量守恒吗?(3)图丙中,物体与小车组成的系统动量守恒吗?
答案:(2)烧断细线后,弹簧弹力是内力,系统所受外力的合力为零,系统动量守恒。
答案:(3)物体和小车组成的系统,水平方向上合力为零,动量守恒;竖直方向上合力不为零,动量不守恒。
1.对系统“总动量保持不变”的理解(1)系统在整个运动过程中任意两个时刻的总动量都相等,不仅仅是初、末两个状态的总动量相等。(2)系统的总动量保持不变,但系统内每个物体的动量可能都在不断变化。(3)系统的总动量指系统内各物体动量的矢量和,总动量不变指的是系统的总动量的大小和方向都不变。2.动量守恒定律的适用条件(1)理想条件:系统不受外力或所受外力矢量和为0。(2)近似条件:系统受外力作用,但内力远远大于外力,此时动量近似守恒。
(3)单方向的动量守恒条件:系统受到的合力不为零,但在某一方向上合力为零(或某一方向上内力远远大于外力),则系统在该方向上动量守恒。3.动量守恒定律的特性(1)系统性:研究对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统。(2)矢量性:公式中的v1、v2、v1′和v2′都是矢量,只有它们在同一直线上,并先选定正方向,确定各速度的正负(表示方向)后,才能用代数方法运算。(3)同时性:初动量必须是各物体在作用前同一时刻的动量,末动量必须是各物体作用后同一时刻的动量。(4)相对性:公式中的v1、v2、v1′和v2′应是相对同一参考系的速度,一般取相对地面的速度。(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;不仅适用于低速、宏观物体组成的系统,也适用于接近光速运动的微观粒子组成的系统。
[例1] (2021·全国乙卷,14)如图,光滑水平地面上有一小车,一轻弹簧的一端与车厢的挡板相连,另一端与滑块相连,滑块与车厢的水平底板间有摩擦。用力向右推动车厢使弹簧压缩,撤去推力时滑块在车厢底板上有相对滑动。在地面参考系(可视为惯性系)中,从撤去推力开始,小车、弹簧和滑块组成的系统(　 　)A.动量守恒,机械能守恒 B.动量守恒,机械能不守恒C.动量不守恒,机械能守恒 D.动量不守恒,机械能不守恒
解析:撤去推力,系统所受合力为0,动量守恒;滑块和小车之间有滑动摩擦力,由于摩擦生热,故系统机械能减少,B正确。
判断动量守恒的两个关键环节(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外力矢量和为零,因此要分清哪些力是内力,哪些力是外力。
[即时训练1] (多选)如图所示,A、B两物体的质量之比为mA∶mB=3∶2,原来静止在足够长的平板小车C上,A、B间有一根被压缩的弹簧,地面光滑。当两物体被同时释放后(A、B始终不脱离小车),则(　 　)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
要点二　动量守恒定律的应用
在《三国演义》的“草船借箭”情境中,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。探究:(1)草船的速度是否会增加?答案:(1)草船的速度会增加。(2)如何解释这种现象?(不计水的阻力)
1.动量守恒定律的常用表达式(1)p=p′:相互作用前系统的总动量p等于相互作用后的总动量p′。(2)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′:相互作用的两个物体组成的系统,作用前动量的矢量和等于作用后动量的矢量和。(3)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。(4)Δp=0:系统总动量增量为零。
2.应用动量守恒定律的解题步骤(1)明确研究对象,确定系统的组成。(2)分析研究对象所受的外力。(3)判断系统是否符合动量守恒的条件。(4)规定正方向,确定初、末状态动量的正负号。(5)根据动量守恒定律列式求解。
[例2] 冬奥会短道速滑接力比赛中,在光滑的冰面上甲运动员静止,以10 m/s运动的乙运动员从后面去推甲运动员,推完后甲运动员以6 m/s的速度向前滑行。已知甲、乙运动员相互作用时间为1 s,甲运动员质量m1=70 kg、乙运动员质量 m2=60 kg。求:(1)推完甲运动员后乙运动员的速度大小;
解析:(1)以甲、乙组成的系统为研究对象,甲、乙运动员的动量守恒,以乙的初速度方向为正方向,由动量守恒定律得m2v2=m1v1′+m2v2′,解得v2′=3 m/s。答案:(1)3 m/s
[例2] 冬奥会短道速滑接力比赛中,在光滑的冰面上甲运动员静止,以10 m/s运动的乙运动员从后面去推甲运动员,推完后甲运动员以6 m/s的速度向前滑行。已知甲、乙运动员相互作用时间为1 s,甲运动员质量m1=70 kg、乙运动员质量 m2=60 kg。求:(2)相互作用过程中甲、乙运动员间平均作用力的大小。
答案:(2)420 N
[即时训练2] (2021·山东济南检测)质量为M的沙车,沿光滑水平地面以速度v0做匀速直线运动,此时从沙车上方落下一个质量为m的铁球,如图所示。则铁球落入沙车后,沙车将(　 　)A.立即停止运动B.仍匀速运动,速度仍为v0C.仍匀速运动,速度小于v0D.做变速运动,速度不能确定
【情境创设】2021年4月29日,在海南文昌发射场,长征五号B遥二运载火箭成功将“天和”核心舱送入预定轨道,拉开了为期两年的中国空间站建造帷幕。“天和”核心舱是整个空间站最关键的部分。未来发射的其他舱室,都将挂载到“天和”核心舱上面。核心舱作为枢纽,将连接两个实验舱,分别是“梦天”舱和“问天”舱。此外,运货的天舟货运飞船和运人的神舟载人飞船,都将停靠在“天和”核心舱上。
【素养训练】(2021·山东潍坊期末)中国空间站的建设过程是:首先发射核心舱,核心舱入轨并完成相关技术验证后,再发射实验舱与核心舱对接,组合形成空间站。假设实验舱先在近地圆形过渡轨道上运行,某时刻实验舱短暂喷气,离开过渡轨道与运行在较高轨道上的核心舱安全对接。忽略空气阻力,以下说法正确的是(　 　)A.实验舱应当向前喷出气体B.喷气前后,实验舱与喷出气体的总动量不变C.喷气前后,实验舱与喷出气体的机械能不变D.实验舱在飞向核心舱过程中,机械能逐渐减小
解析:由题意可知,实验舱喷气后轨道半径变大,做离心运动,实验舱在喷气过程中速度变大,喷气前后实验舱与喷出气体的总动量不变,喷出气体后实验舱速度变大,由动量守恒定律可知,应向后喷出气体,故A错误,B正确;喷气过程作用力对实验舱与气体均做正功,系统机械能增加,故C错误;忽略空气阻力,实验舱在飞向核心舱过程中只有万有引力做功,实验舱的机械能守恒,故D错误。
1.下列四幅图所反映的物理过程中,系统动量守恒的是(　 　)A.只有甲和乙B.只有丙和丁C.只有甲和丙D.只有乙和丁
解析:图甲中,在光滑水平面上,子弹水平射入木块的过程中,子弹和木块组成的系统动量守恒;图丙中两球匀速下降,说明两球组成的系统在竖直方向上所受的合力为零,细线断裂后,它们在水中运动的过程中,两球整体受力情况不变,遵循动量守恒定律;图乙中系统受到墙的弹力作用,图丁中斜面是固定的,乙、丁两图所示过程系统所受合力不为零,动量不守恒,只有甲、丙正确,故C正确。
2.如图所示,质量为mB的平板车B上表面水平,开始时静止在光滑水平面上,在平板车左端静止放着一质量为mA的物体A,一颗质量为m0的子弹以v0的水平初速度射入物体A,射穿A后速度变为v,子弹穿过物体A的时间极短。已知A、B之间的动摩擦因数不为零,且A与B最终达到相对静止。求:(1)子弹射穿物体A的瞬间物体A的速度vA;