高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册1 动量教学演示ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册1 动量教学演示ppt课件，共57页。PPT课件主要包含了运动状态，p＝mv，千克米每秒，kg·ms，动量和动能的比较等内容，欢迎下载使用。
必备知识·自主预习储备
知识点一　常见的碰撞现象及其研究1．碰撞定义做相对运动的两个(或几个)物体相遇并发生相互作用，在_____的时间内，它们的_________发生显著变化的过程。2．历史上对碰撞现象的研究荷兰物理学家惠更斯指出：每个物体所具有的“运动量”在碰撞时可以增多或减少，但是它们的量值在同一个方向的_____却保持不变。其中的“运动量”是指物体的质量m和速度v的_____。
思考　教材P3“图1-1-6”中“碰后以同样大小的速度同向弹出”的现象产生有什么条件？提示：完全相同的两个小球。
体验　1：思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)实验要求碰撞一般为一维碰撞。(　　)(2)实验中的不变量是系统中物体各自的质量和速度的乘积之和。(　　)(3)实验中的不变量是指两物体的速度之和。(　　)
知识点二　探究碰撞过程的守恒量1．动量(1)定义：质量和速度的乘积mv定义为物体的动量，即______。(2)单位：在国际单位制中，动量的单位是___________，符号是_________。(3)矢量性：动量是矢量，其方向跟速度的方向_____。(4)状态量：由于速度反映物体的_________，所以动量是状态量。
思考　在一维运动中，动量正负的含义是什么？提示：正号表示动量的方向与规定的正方向相同，负号表示动量的方向与规定的正方向相反。
体验　2：思考辨析(正确的打√，错误的打×)(1)动量的方向与物体的速度方向相同。(　　)(2)物体的质量越大，动量一定越大。(　　)(3)物体的动量相同，其动能一定也相同。(　　)
3：填空如图中一个质量为0.2 kg的钢球，以v＝3 m/s的速度水平向右运动，碰到坚硬的墙壁后弹回，沿着同一直线以v′＝3 m/s的速度水平向左运动。以向右为正方向，碰前的动量为____________，碰后的动量为____________，碰撞前后钢球的动量变化了____________。
[答案]　0.6 kg·m/s　－0.6 kg·m/s －1.2 kg·m/s
关键能力·情境探究达成
考点1　探究碰撞中的不变量　考点2　动量及动量的变化量
2022年北京冬季奥运会冰壶比赛在北京赛区的国家游泳中心进行。冰壶是一项技巧运动，也是一项传统运动。观看一场真实地体现冰壶运动精神且享有悠久历史盛誉的传统比赛项目也是一件乐事。你能寻找出两冰壶碰撞过程中的不变量吗？
1．探究要求及目的(1)探究要求——一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。(高中阶段仅限于用一维碰撞进行研究。)(2)探究目的——寻找碰撞中的不变量①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们寻找的“不变量”。②必须在多种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们寻找的“不变量”。
考点1　探究碰撞中的不变量
2．实验探究方案[方案1]　利用等长悬线悬挂完全相同的两个小球实现一维碰撞实验装置如图所示：
(1)质量的测量：用天平测量质量。(2)速度的测量：可以测量小球被拉起的角度，根据机械能守恒定律算出小球碰撞前对应的速度；测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度，根据机械能守恒定律算出碰撞后对应的两小球的速度。(3)不同碰撞情况的实现：用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失。
[方案2]　用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞实验装置如图所示：
【典例1】　某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
(1)下面是实验的主要步骤： ①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；②向气垫导轨通入压缩空气；③接通数字计时器；④把滑块2静止放在气垫导轨的中间；⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门2后依次被制动；
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为：滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3＝8.35 ms；⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200 g。
(2)数据处理与实验结论：①实验中气垫导轨的作用是：A．________________________，B．___________________________________________________。②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s；滑块2的速度v3为________m/s。(结果保留两位有效数字)
③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由。(至少回答2个不变量)a．_____________________________________________________；_______________________________________________________。b．____________________________________________________；________________________________________________________。
[解析]　(2)①A．大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差，B．保证两个滑块的碰撞是一维的。
③a.系统碰撞前后质量与速度的乘积之和不变。原因：系统碰撞前的质量与速度的乘积m1v1＝0.15 kg·m/s，系统碰撞后的质量与速度的乘积之和m1v2＋m2v3＝0.15 kg·m/s。
[答案]　(2)①A．大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差　B．保证两个滑块的碰撞是一维的　②0.50　0.10　0.60　③见解析
(1)实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在，利用气垫导轨进行实验，调节时注意利用水平仪，确保导轨水平。(2)利用气垫导轨结合光电门进行实验探究不仅能保证碰撞是一维的，还可以做出多种情形的碰撞，物体碰撞前后速度的测量简单，误差较小，准确性较高，是最佳探究方案。
[跟进训练]1．用如图所示装置探究碰撞中的不变量，气垫导轨水平放置，挡光板宽度为9.0 mm，两滑块被弹簧(图中未画出)弹开后，左侧滑块通过左侧光电门的时间为0.040 s，右侧滑块通过右侧光电门的时间为0.060 s，左侧滑块质量为100 g，左侧滑块的m1v1＝________g·m/s，右侧滑块质量为150 g，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝________。
则右侧滑块的m2v2＝150 g×(－0.15 m/s)＝－22.5 g·m/s由以上分析知，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝0。[答案]　22.5　0
1．动量的性质(1)瞬时性：通常说物体的动量是物体在某一时刻或某一位置的动量，动量可用p＝mv表示。(2)矢量性：动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同。(3)相对性：因物体的速度与参考系的选取有关，故物体的动量也与参考系的选取有关。
考点2　动量及动量的变化量
2．动量的变化量(1)动量的变化量是过程量，分析计算时，要明确物体是在哪一个过程的动量变化。(2)动量变化量的计算：①动量的变化量Δp＝p′－p是矢量式，若p′和p不在同一直线上时，Δp、p′、p间遵循平行四边形定则，如图所示。
②当p′、p在同一直线上时，可规定正方向，将矢量运算转化为代数运算。
【典例2】　全国羽毛球锦标赛于2022年12月16日至12月19日在厦门举办。羽毛球是速度最快的球类运动之一，我国某运动员扣杀羽毛球的速度为342 km/h，假设羽毛球的速度为90 km/h，运动员将羽毛球以342 km/h的速度反向击回。设羽毛球的质量为5 g，试求：(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量；
[答案]　0.600 kg·m/s　方向与羽毛球飞回的方向相同　
(2)运动员的这次扣杀中，羽毛球的速度变化量、动能变化量各是多少。
[解析]　羽毛球的初速度为v1＝－25 m/s羽毛球的末速度为v2＝95 m/s所以Δv＝v2－v1＝95 m/s－(－25 m/s)＝120 m/s即羽毛球的速度变化量大小为120 m/s，方向与羽毛球飞回的方向相同。羽毛球的初动能：
[答案]　120 m/s　方向与羽毛球飞回的方向相同　21 J
(1)动量p＝mv，大小由m和v共同决定。(2)动量p和动量的变化量Δp均为矢量，计算时要注意其方向性。(3)动能是标量，动能的变化量等于末动能与初动能大小之差。(4)物体的动量变化时动能不一定变化，动能变化时动量一定变化。
[跟进训练]2．关于动量，下列说法中正确的是(　　)A．做匀速圆周运动的物体，动量不变B．做匀变速直线运动的物体，它的动量一定在改变C．物体的动量变化，动能也一定变化D．甲物体动量p1＝5 kg·m/s，乙物体动量p2＝－10 kg·m/s，所以p1>p2
B　[动量是矢量，做匀速圆周运动的物体其速度方向时刻在变化，故动量时刻在变化，A错误；做匀变速直线运动的物体其速度大小时刻在变化，所以动量一定在变化，B正确；物体速度方向变化，但大小不变，则其动量变化，而动能不变，C错误；动量的负号只表示方向，不参与大小的比较，故p1＜p2，D错误。]
3．一小孩把一质量为0.5 kg的篮球由静止释放，释放后篮球的重心下降高度为0.8 m时与地面相撞，反弹后篮球的重心上升的最大高度为0.2 m，不计空气阻力，重力加速度g取10 m/s2，求地面与篮球相互作用的过程中：(1)篮球动量的变化量；
[答案]　3 kg·m/s，方向竖直向上
(2)篮球动能的变化量。
[答案]　减少了3 J
学习效果·随堂评估自测
1．(多选)在利用摆球测量小球碰撞前后的速度的实验中，下列说法正确的是(　　)A．悬挂两球的细绳长度要适当，且等长B．由静止释放小球以便较准确地计算小球碰撞前的速度C．两小球必须都是刚性球，且质量相同D．两小球碰后可以粘在一起共同运动
2．(多选)东风-17高超音速导弹在6×104 m高空进入高超音速滑翔状态，可以进行蛇形的、几乎无法预测的机动，将目前几乎所有的拦截导弹都变成“废铁”。东风-17个头很小，在大气层及边缘飞行，其火箭助推器也不太大，但其射程达到2 500 km。假设东风-17导弹以20倍音速飞行，弹头质量为1.2 t。关于东风-17导弹的描述正确的是(　　)A．东风-17导弹做蛇形机动时，其动量不变B．东风-17导弹做蛇形机动时，动量时刻变化C．东风-17弹头以20倍音速飞行时动量的大小为8.16×106 kg·m/sD．东风-17弹头以20倍音速飞行时动能的大小约为2.77×1010J
3．一物体从某高处由静止释放，设所受空气阻力恒定，当它下落h时的动量大小为p1，当它下落2h时动量大小为p2，那么p1∶p2等于 (　　)
4．(新情境题，以足球运动为背景，考查动量变化)如图甲所示，在奥运会的足球赛场上，一足球运动员踢起一个质量为0.4 kg的足球。若足球以10 m/s的速度撞向球门门柱，然后以3 m/s的速度反向弹回(如图乙所示)，求这一过程中足球的：(1)速度的变化量是多少。
甲　　　　　　　　乙
[解析]　设以向右方向为正方向，则初速度v＝10 m/s末速度v′＝－3 m/s速度变化量Δv＝v′－v＝－13 m/s负号表示方向向左。
[答案]　13 m/s，方向向左　
(2)动量变化量是多少。
[解析]　初动量为p＝mv＝0.4×10 kg·m/s＝4.0 kg·m/s末动量为p′＝mv′＝0.4×(－3) kg·m/s＝－1.2 kg·m/s动量变化量为Δp＝p′－p＝－5.2 kg·m/s，负号表示方向向左。
[答案]　5.2 kg·m/s，方向向左
回归本节知识，自我完成以下问题：1．研究碰撞中的不变量中指的是什么不变？提示：碰撞前后的总动量。2．动量发生变化动能一定变化吗？试举一例说明。提示：不一定，如匀速圆周运动。3．动量变化的计算一定要按照平行四边形定则吗？提示：不一定，如在同一直线上时，可规定正方向，将矢量运算转化为代数运算。
阅读材料·拓展物理视野
水刀切割机技术特点及应用
利用超高压技术可以把普通的自来水加压到250～400 Mpa压力，然后再通过内孔直径约0.15～0.35 mm的宝石喷嘴喷射形成速度约为800～1 000 m/s的高速射流，俗称其为水箭，该水箭具有很高的能量，可用来切割软基性材料。如果再在水箭中加入适量的磨料则几乎可以用来切割所有的软硬材料。调整水射流的压力和流量，可以用其清洗各种物体，如除胶、除漆、除锈等，我们还可以利用超高压技术进行高压灭菌、食品保鲜等许多对人类有益的工作。
超高压水切割可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工(除水切割外其他切割方法都会受到材料品种的限制)；切割时不产生热量和有害物质，材料无热效应(冷态切割)，切割后不需要或易于二次加工，安全、环保，成本低、速度快、效率高，可实现任意曲线的切割加工，方便灵活、用途广泛。