高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册1 动量集体备课ppt课件

这是一份高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册1 动量集体备课ppt课件，共46页。PPT课件主要包含了内容索引，自主预习新知导学，合作探究释疑解惑，随堂练习，课标定位，素养阐释，问题引领，归纳提升，典型例题，答案见解析等内容，欢迎下载使用。

1.知道现实中常见的碰撞现象,了解历史上对碰撞现象的研究。2.探究碰撞过程中的守恒量。掌握应用不同方法探究碰撞过程中守恒量的方法。
1.能够在不同的实验方案中表示出物体碰撞前后的速度。通过实验探究,分析总结碰撞中的不变量,培养科学探究能力。2.能够在不同的实验方案中表示出物体碰撞前后的速度。通过实验探究,分析总结碰撞中的不变量,培养科学思维能力。
一、常见的碰撞现象1.碰撞:做相对运动的两个(或几个)物体相遇并发生相互作用,在很短的时间内,它们的运动状态会发生显著变化,这一过程叫碰撞。2.大到宇宙天体,小到微观粒子,都时常发生碰撞。
二、历史上对碰撞现象的研究1.最早发表有关碰撞研究成果的是布拉格大学校长、物理学教授马尔西。他在1639年发表的著作《运动的比例》中介绍了碰撞实验,该实验其实已经蕴含了运动量守恒的思想。2.荷兰物理学家惠更斯用弹性摆球做过碰撞实验,并进一步指出: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总和却保持不变。在这里,惠更斯所说的“运动量”是指物体的质量m和速度v的乘积。3.请仔细分析惠更斯两个实验得到的结论是什么?
答案:实验一与实验二结论是两个小球所具有的运动量在水平方向的总和保持不变。
三、探究碰撞过程的守恒量1.实验装置:气垫导轨、数字计时器。导轨上附有滑块和光电门,滑块上装有挡光条和弹簧片,如图所示。
2.探究过程:(1)先用天平分别测出带弹簧片的滑块1、滑块2的质量m1、m2,然后用手推动滑块1使其获得初速度v1,与静止的滑块2相碰(相碰时,两弹簧片要正对)。测定碰撞前后两滑块的速度大小,算出相关数据,填入表中。(2)再换用不带弹簧片的两滑块按照上面的步骤进行实验,并读取实验数据,填入表中。(3)将两滑块上的弹簧片换成橡皮泥,用天平分别测出带橡皮泥的滑块1、滑块2的质量。使有橡皮泥的两端正对,让滑块1与滑块2相碰,测算出相关数据,并填入表中。
碰撞前后运动量的计算
3.实验结论:两个物体相互碰撞时,碰前运动量的总和(mAvA+ mBvB)与碰后运动量的总和(mAvA'+mBvB')总是相等的。
4.动量:质量m和速度v的乘积具有重要意义,物理学中称为动量。动量常用符号p表示,即 p=mv ,动量是矢量。在国际单位制中,动量的单位是千克米每秒,符号是 kg·m/s 。5.请思考:还有哪些方法可以验证探究过程中的守恒量?答案:(1)利用气垫导轨结合光电门的实验探究;(2)利用摆球结合机械能守恒定律的实验探究;(3)利用“光滑”水平面结合打点计时器的实验探究。
【思考讨论】 1.判断下列说法的正误。(1)碰撞可以发生在微观粒子或宇宙天体间。(　　)(2)历史上最早发表有关碰撞研究成果的是布拉格大学校长、物理学教授马尔西。(　　)(3)物体动量的方向与物体的运动方向相同。(　　)(4)物体的动量越大,其加速度也越大。(　　)
2.关于动量的概念,下列说法正确的是(　　)A.动量大的物体惯性一定大B.动量大的物体运动一定快C.动量相同的物体运动方向一定相同D.物体的动量发生变化,其动能一定变化答案:C
解析:物体的动量是由速度和质量两个因素决定的。动量大的物体质量不一定大,惯性也不一定大,A错;同样,动量大的物体速度也不一定大,B错;动量相同指动量的大小和方向均相同,而动量的方向就是物体运动的方向,故动量相同的物体运动方向一定相同,C对;当质量不变的物体的动量发生变化时可以只是速度的方向发生变化,其动能不一定变化,D错。
3.(多选)在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量实验中,下列哪些因素可导致实验误差(　　)A.导轨安放不水平B.滑块上挡光板倾斜C.两滑块质量不相等D.两滑块碰后连在一起答案:AB解析:选项A中,导轨不水平将导致滑块速度受重力分力影响,从而产生实验误差;选项B中,挡板倾斜会导致挡光板宽度不等于挡光阶段滑块通过的位移;实验中并不要求两滑块的质量相等;两滑块碰后连在一起只意味着碰撞过程能量损失最大,并不影响碰撞中的守恒量。故选AB。
4.如图(a)所示,在水平光滑轨道上停着甲、乙两辆实验小车,甲车上系有一穿过打点计时器的纸带,启动打点计时器,随即甲车获得水平向右的速度,甲车运动一段距离后,与静止的乙车发生正碰并粘在一起运动,纸带记录下碰撞前甲车和碰撞后两车的运动情况,如图(b)所示,电源频率为50 Hz,则碰撞前甲车速度大小为　　　 m/s,碰撞后两车的共同速度大小为　　　　　 m/s。 
答案:0.6　0.4
碰撞是自然界中常见的现象。两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接,台球由于两球的碰撞而改变运动状态。微观粒子之间更是由于相互碰撞而改变能量,甚至使得一种粒子转化为其他粒子。
碰撞前后会不会有什么物理量保持不变呢?提示:动量保持不变。
1.动量的两性(1)瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是针对某一时刻或位置而言的。(2)相对性:动量的大小与参考系的选取有关,通常情况是指相对地面的动量。
2.动量与动能的比较
动量是状态量,因此动量与物体的运动状态相对应。
【例题1】 对于质量不变的物体,下列关于物体动量的说法正确的是(　　)A.若物体的速度不变,动量可能改变B.若物体的速率不变,动量一定不变C.若物体动能变化,动量一定变化D.若物体动量变化,动能一定变化答案:C解析:由p=mv知,若物体的速度不变,即速度的大小和方向均不变,则动量一定不变,故A、B错误;若质量不变的物体动能变化,则速度大小一定变化,动量一定变化,故C正确;若物体动量变化,可能速度大小不变、方向变化,则动能可能不变,故D错误。
动量的理解(1)动量是矢量,方向与速度方向相同,只要速度的大小或方向发生变化,动量就发生变化。(2)动量是矢量,动能是标量,对于给定的物体,动量变化,动能不一定变化,但动能变化,动量就一定变化。(3)动量与动能的数量关系满足p2=2mEk。
【变式训练1】 甲、乙两物体动能相等,它们的质量之比为m甲∶m乙=1∶4,则它们动量的大小之比p甲∶p乙为(　　)A.1∶1B.1∶2C.1∶4D.4∶1答案:B
某实验小组用课本中“探究碰撞前后运动量的变化”的实验方案,探究碰撞前后物体动能的变化。探究中分别得到了两组数据,如下表所示:m1与静止的m2碰撞,碰后分开(表一)
m1与静止的m2碰撞,碰后粘在一起(表二)
计算这两个表格中滑块碰撞前后的总动能。通过比较,你有什么发现?
提示:①0.016 5　②0.015 1　③0.008 8　④0.004 5从表一的数据可以看出:在实验误差允许范围内,两滑块碰撞前后的总动能几乎相等。从表二的数据可以看出:两滑块碰撞前后的总动能并不相等,碰撞后总动能减少了。
方案一:利用气垫导轨完成一维碰撞实验(如图所示)
1.测质量:用天平测出滑块质量。2.安装:正确安装好气垫导轨。3.实验:接通电源,利用配套的数字计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前、后的速度(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向)。4.验证:一维碰撞中的动量守恒。
方案二:利用等长悬线悬挂等大小球完成一维碰撞实验(如图所示)
1.测质量:用天平测出两小球的质量m1、m2。2.安装:把两个等大小球用等长悬线悬挂起来。3.实验:一个小球静止,拉起另一个小球,放下后它们相碰。4.测速度:可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度。5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。6.验证:一维碰撞中的动量守恒。
方案三:在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验(如图所示)
1.测质量:用天平测出两小车的质量。2.安装:将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。3.实验:接通电源,让小车A运动,小车B静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成整体运动。
5.改变条件:改变碰撞条件,重复实验。6.验证:一维碰撞中的动量守恒。
【例题2】 某同学设计了如图(a)所示的装置来探究碰撞过程中动量的变化规律,在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力;在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动。
(1)若已得到打点纸带如图(b)所示,并测得各计数点间距离标在图上,A为运动起始的第一点。则应选　　　　段来计算小车A的碰前速度,应选　　　　段来计算小车A和小车B碰后的共同速度。(均选填“AB”“BC”“CD”或“DE”) (2)已测得小车A的质量mA=0.40 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,由以上测量结果可得:碰前两小车的总动量为　　　 kg·m/s,碰后两小车的总动量为　　　 kg·m/s。(结果均保留三位有效数字) 
答案:(1)BC　DE　(2)0.422　0.420
解析:(1)推动小车由静止开始运动,故小车有个加速过程,在碰撞前做匀速直线运动,即在相同的时间内通过的位移相同,BC段为匀速运动的阶段;碰撞过程是一个变速运动的过程,而A和B碰后的共同运动是匀速直线运动,故在相同的时间内通过相同的位移,故应选DE段来计算碰后共同的速度。
【变式训练2】 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后与左侧带有固定弹簧(未画出)的滑块2碰撞,碰后滑块2和滑块1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测出挡光条的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)的质量为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;碰撞后滑块2的速度v3为　　　　　 m/s。(结果均保留两位有效数字) ③在误差允许的范围内,通过本实验,可以探究出下面哪些关系式成立　　　　。 A.m1v1=m1v2+m2v3
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。
③系统碰撞之前m1v1=0.15 kg·m/s,系统碰撞之后m1v2+m2v3=0.15 kg·m/s,故A正确。
1.(动量的理解)(多选)关于物体的动量,下列说法正确的是(　　)A.惯性越大的物体,它的动量也越大B.动量大的物体,它的速度不一定大C.物体的速度大小不变,则其动量也保持不变D.运动物体在任一时刻的动量的方向一定是该时刻的速度方向答案:BD解析:动量的大小由质量和速度的大小共同决定,即p=mv,惯性大则质量大,但动量不一定大,选项A错误;动量大的物体,可能是速度大,但也有可能是质量大,选项B正确;动量是矢量,其方向与速度方向相同,只有在速度大小、方向均不变时,其动量才保持不变,故选项C错误,D正确。
2.(探究碰撞过程的守恒量)(多选)若用打点计时器做探究碰撞过程的守恒量的实验,下列说法或操作正确的是(　　)A.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了改变两车的质量B.相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后粘在一起C.先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车D.先释放拖动纸带的小车,再接通打点计时器的电源答案:BC
解析:相互作用的两车上,一个装上撞针,一个装上橡皮泥,是为了碰撞后两车能粘在一起共同运动,这种情况能得到能量损失很大的碰撞,故A错误,B正确。应当先接通打点计时器的电源,再释放拖动纸带的小车,否则因运动距离较短,小车释放以后再打开电源不容易得到实验数据,故C正确,D错误。
3.(探究碰撞过程的守恒量)(多选)在“探究碰撞过程的守恒量”的实验中,对于最终的结论m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',下列说法正确的是(　　)A.仅限于一维碰撞C.式中的v1、v2、v1'、v2'都是速度的大小D.式中的不变量是m1和m2组成的系统的质量与速度乘积之和答案:AD解析:这个实验是在一维情况下设计的实验,其他情况未做探究;系统的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量是实验的结论,速度是矢量,应考虑方向,故选项A、D正确。
4.(探究碰撞过程的守恒量)在“探究碰撞过程的守恒量”的实验中,下面是某实验小组选用水平气垫导轨、光电门来研究两个滑块碰撞过程中系统动量的变化情况。实验仪器如图所示。
实验过程:(1)调节气垫导轨水平,并使数字计时器系统正常工作;(2)在滑块1上装上挡光条并测出其长度l;(3)在滑块2的碰撞端面粘上橡皮泥;(4)用天平分别测出滑块1和滑块2(包括橡皮泥)的质量m1、m2;(5)把滑块1和滑块2放在气垫导轨上,让滑块2处于静止状态(v2=0),用滑块1以初速度v1与之碰撞(这时数字计时器系统自动计算时间),撞后两者粘在一起,分别记下滑块1的挡光条碰前通过光电门的遮光时间t1和碰后通过光电门的遮光时间t2;
(6)先根据v= 计算滑块1碰撞前的速度v1及碰后两者的共同速度v;再计算两滑块碰撞前后的质量与速度乘积,并比较两滑块碰撞前后的质量与速度乘积之和。实验数据:m1=0.324 kg,m2=0.181 kg,l=1.00×10-3 m,请在表格中的空白处填上相应的文字或数据。