物理1 动量说课课件ppt

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1．了解生产生活中的各种碰撞现象。2．经历寻求碰撞中不变量的过程，体会探究过程中猜想、推理和证据的重要性。3．知道动量概念及其单位，会计算动量的变化量。4．认识动量是描述物体运动状态的物理量，深化运动与相互作用的观念。
实验探究(一)　质量不同小球的碰撞如图所示，质量大的C球与质量小的B球碰撞后，质量小的B球得到的速度比质量大的C球碰撞前的速度___，两球碰撞前后的_____之和并不相等。
探究重构·关键能力达成
知识点一　寻求碰撞中的不变量
实验探究(二)　气垫导轨上小车的碰撞(1)实验装置。
(2)实验原理。两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆_____的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的__________测量。
(3)记录并处理数据。m1是运动小车的质量，m2是静止小车的质量，v是运动小车碰撞前的速度，v′是碰撞后两辆小车粘在一起的共同速度。
(4)实验结论。碰撞前后两车质量与速度的乘积之和_________。
提醒　在各种碰撞情况下都不改变的量，才是我们寻求的“不变量”。
2022年2月4日，第24届冬奥会在“北京－张家口”联合举办。冰壶运动是冬奥会的比赛项目之一。猜想一下两冰壶碰撞过程中的不变量可能是什么？问题1　你能寻找出两冰壶碰撞过程中的不变量吗？
问题2　生活中发生的碰撞几乎都不是一维碰撞，一维碰撞是理想化模型吗？
提示：一维碰撞在生活中几乎见不到，所谓的一维碰撞是一种理想化模型。
问题3　碰撞可能有哪些形式？
提示：(1)两个质量相等的物体相碰撞；(2)两个质量相差悬殊的物体相碰撞；(3)两个速度大小相等方向相反的物体相碰撞；(4)一个运动物体与一个静止物体相碰撞；(5)两个物体碰撞时碰后可能不分开等。
寻找碰撞中的不变量1．实验条件的保证保证两个物体发生的碰撞是一维碰撞，即两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。可用斜槽、气垫导轨等控制物体的运动。
2．实验数据的测量(1)质量的测量－－ 由天平测出。(2)速度的测量－－ ①光电门测速；②单摆测速；③打点计时器测速；④频闪照片测速；⑤平抛测速等。
3．误差来源的分析(1)系统误差。主要来源于装置本身是否符合要求，如气垫导轨是否水平，两球是否等大，长木板倾角是否合适等。(2)偶然误差。主要来源于质量m和速度v的测量和读数，实验中要规范测量和读数，尽量减小实验误差。
【典例1】　某同学利用气垫导轨做“寻求碰撞中的不变量”的实验，实验装置如图所示，所用的装置由气垫导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
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接通光电门电源；
④两滑块之间有一压缩的弹簧，并用细线连在一起(图中未画出)，开始时两滑块放在气垫导轨中央；⑤烧断细线后，两滑块被弹簧弹开，分别向左、向右运动。左侧滑块通过左侧光电门，记录的遮光时间为0.040 s，右侧滑块通过右侧光电门，记录的遮光时间为0.060 s；⑥测出遮光片的宽度d＝9 mm，测得左侧滑块的质量为100 g，右侧滑块的质量为150 g。
(1)实验中气垫导轨的作用：a．______________________________________________________；b．_____________________________________________________。(2)规定水平向右为正方向，则两滑块被弹开时左侧滑块的质量与速度的乘积m1v1＝________g·m/s，两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝________g·m/s，说明两滑块在被弹开的过程中________不变。
1．动量(1)定义：物体的____和____的乘积。(2)公式：p＝____。(3)单位：__________，符号：________。(4)矢量性：方向与____的方向相同，运算遵守__________定则。
知识点二　动量及动量的变化量
2．动量的变化量(1)动量的变化量公式：Δp＝p2－p1＝__________＝____。(2)矢量性：其方向与___的方向相同。(3)特例：如果物体在一条直线上运动，分析计算Δp以及判断Δp的方向时，可选定一个正方向，将____运算转化为____运算。
提醒　物体速度的大小不变而方向变化时，动量一定发生变化。
2022年10月30日，在2022新乡世界杯决赛中，我国运动员斩获乒乓球世界杯男单冠军，假设在某次对战中，乒乓球的来球速度大小v1＝10 m/s，运动员以v2＝15 m/s速度反向扣杀回去，乒乓球的质量m＝2.70 g。
问题1　乒乓球的来球动量大小p1为多大？乒乓球的回球动量大小p2为多大？二者的方向是什么关系？
提示：p1＝mv1＝2.70×10－2 kg·m/s，p2＝mv2＝4.05×10－2 kg·m/s，二者的方向相反。
问题2　过程中乒乓球的动量变化量Δp的大小为多大？方向如何？
提示：取v1的方向为正方向，Δp＝p2－p1＝－4.05×10－2 kg·m/s－2.70×10－2 kg·m/s＝－6.75 kg·m/s，负号说明Δp的方向与来球速度v1反向。
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，动量的大小可用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。
2．动量的变化量(1)动量的变化量是过程量，分析计算时，要明确是物体在哪一个过程的动量变化。(2)Δp＝p′－p是矢量式，Δp、p′、p间遵循平行四边形定则，如图所示。
(3)Δp的计算①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；②当p′、p不在同一直线上时，应依据平行四边形定则运算。
3．动量和动能的比较
角度1　动量的理解【典例2】　(多选)关于动量的变化，下列说法正确的是(　　)A．做直线运动的物体速度增大时，动量的增量Δp的方向与运动方向相同B．做直线运动的物体速度减小时，动量的增量Δp的方向与运动方向相反C．物体的速度大小不变时，动量的增量Δp为零D．物体做平抛运动时，动量的增量一定不为零
ABD　[当做直线运动的物体速度增大时，其末动量p2大于初动量p1，由矢量的运算法则，可知Δp＝p2－p1＞0，与物体运动方向相同，如图甲所示，A正确；当做直线运动的物体速度减小时，p2＜p1，如图乙所示，Δp与p1或p2方向相反，B正确；当物体的速度大小不变时，其方向可能变化，也可能不变。动量可能不变化，即Δp＝0，也可能动量大小不变而方向变化，此种情况Δp≠0，C错误；当物体做平抛运动时，动量的方向变化，即动量一定变化，Δp一定不为零，如图丙所示，D正确。]
角度2　动量变化及动能变化的计算【典例3】　羽毛球是速度最快的球类运动之一，假设羽毛球的速度为90 km/h，运动员将羽毛球以342 km/h的速度大小反向击回。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速度变化量和动量变化量；(2)运动员的这次扣杀中，羽毛球的动能变化量。
[解析]　(1)以羽毛球飞回的方向为正方向，则羽毛球的初速度为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羽毛球的初动量为p1＝mv1＝－5×10－3×25 kg·m/s＝－0.125 kg·m/s
羽毛球的末动量为p2＝mv2＝5×10－3×95 kg·m/s＝0.475 kg·m/s所以羽毛球的动量变化量为Δp＝p2－p1＝0.475 kg·m/s－(－0.125 kg·m/s)＝0.600 kg·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；动量变化量大小为0.600 kg·m/s，方向与羽毛球飞回的方向相同。
[答案]　(1)120 m/s，方向与羽毛球飞回方向相同　动量变化量　0.600 kg·m/s，方向与羽毛球飞回的方向相同　(2)21 J
[跟进训练]2．(角度1)关于物体的动量，下列说法中正确的是(　　)A．运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向B．物体的动能若不变，则动量一定不变C．动量变化量的方向一定和动量的方向相同D．动量越大的物体，其惯性也越大
A　[动量和速度都是矢量，由物体的动量p＝mv可知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，故A正确；物体的动能若不变，则物体的速度大小不变，但速度方向可能改变，因此动量可能改变，故B错误；动量变化量的方向与动量的方向不一定相同，故C错误；质量是惯性大小的唯一量度，而物体的动量p＝mv，动量大小取决于质量与速度大小的乘积，因此动量大的物体惯性不一定大，故D错误。]
3．(多选)(角度2)一质量为1 kg的质点静止于光滑水平面上，从t＝0时刻开始，受到变化规律如图所示的水平外力作用，下列说法正确的是(　　)A．第1 s末质点的速度大小为2 m/sB．第2 s末质点的动量大小为6 kg·m/sC．第1 s内与第2 s内质点动量增加量之比为1∶2D．第1 s内与第2 s内质点动能增加量之比为4∶5
1．(多选)利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量，则下列说法正确的是(　　)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．悬挂两球的细绳的悬点可以在同一点
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2．下列运动中的物体或人，动量始终保持不变的是(　　)A．绕地球匀速运行的同步卫星B．小球碰到竖直墙壁被弹回，速度大小不变C．用绳子拉着物体使其沿斜面做匀速直线运动D．荡秋千的小孩(每次荡起的高度保持不变)
C　[动量的表达式为p＝mv，动量是矢量，分析如下：绕地球匀速运行的同步卫星，速度大小不变，方向不断变化，所以动量改变，A错误；小球碰到竖直墙壁被弹回，速度大小不变，但方向改变，所以动量改变，B错误；用绳子拉着物体使其沿斜面做匀速直线运动，物体的速度大小和方向都不发生改变，所以动量不变，C正确；荡秋千的小孩，每次荡起的高度保持不变，在这个过程中速度大小和方向都发生周期性变化，所以动量改变，D错误。故选C。]
3．如图所示，甲、乙两人在水平路面上沿相反方向运动。已知甲的质量为40 kg，速度大小v1＝5 m/s；乙的质量为80 kg，速度大小v2＝2.5 m/s。则以下说法正确的是(　　)A．甲的动量比乙的动量大B．甲、乙两人的动量相同C．甲动量大小为200 kg·m/s2，方向水平向右D．乙动量大小为200 kg·m/s，方向水平向右
D　[根据公式p＝mv可知甲的动量大小为p1＝m1v1＝200 kg·m/s，方向水平向左，乙的动量大小为p2＝m2v2＝200 kg·m/s，方向水平向右，则甲、乙动量大小相等，但方向不同。选项D正确。]
4．关于“探究碰撞中的不变量”的实验，下列说法不正确的是(　　)A．实验要求碰撞一般为一维碰撞B．实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘积之和C．只需找到一种情境的不变量即可，结论对其他情境也同样适用D．进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要实践检验
C　[该实验是在一维碰撞情况下设计的，其他非一维碰撞情况未做探究，A说法正确；系统中物体各自的质量与速度的乘积之和在碰撞前后为不变量，B说法正确；不变量应是在各种情境下都不变的量，具有普遍性，在一种情境下满足的不变量，对其他情境不一定适用，C说法错误；进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要在其他情境下进行检验，D说法正确。]
5．关于质量一定的物体的动能、动量关系说法正确的是(　　)A．动能不变，动量一定不变B．动量变化，动能一定变化C．动量的变化量为零，动能的变化量一定为零D．动能的变化量为零，动量的变化量一定为零
C　[动能不变，可能是速度的大小不变，但是方向变化，则物体的动量一定变化，例如匀速圆周运动，选项A错误；动量变化，可能是速度大小不变，方向变化，这样动能一定不变化，选项B错误；动量的变化量为零，即动量不变，则动能一定不变，即动能的变化量一定为零，选项C正确；动能的变化量为零，即速度大小不变，方向可能变化，则动量的变化量不一定为零，选项D错误。]
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遵循平行四边形定则吗？
提示：不一定，同一直线上可按代数运算。
动量概念的建立最先提出动量概念的是法国科学家笛卡儿(R．Descartes，1596－1650)。他继承了伽利略的说法，把物体的大小(质量)与速率的乘积叫作动量，并认为它是量度运动的唯一正确的物理量。不过笛卡儿忽略了动量的方向性，尽管如此，他的工作还是给后人的继续探索打下了很好的基础。
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1668年，惠更斯发表了一篇题为《关于碰撞对物体运动的影响》的论文，总结了他对碰撞问题在实验和理论上的研究成果。结论是：“每个物体所具有的‘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。”他在这里明确指出了动量的方向性和守恒性。后来，牛顿把笛卡儿的定义略做修改，不用质量和速率的乘积，而用质量和速度的乘积，这样就得到一个合适的量度运动的物理量。牛顿把这个量叫作运动量，现在叫作动量。科学先驱们就是在追寻不变量的努力中，才逐渐建立起动量的概念。
题组一　寻求碰撞中的不变量1．(多选)某同学利用如图所示的光电门和气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，下列说法正确的是(　　)A．滑块的质量用天平测量B．挡光片的宽度用刻度尺测量C．挡光片通过光电门的时间用秒表测量D．挡光片通过光电门的时间用打点计时器测量
课时分层作业(一)　动量
AB　[用天平测量滑块的质量，用刻度尺测量挡光片的宽度，A、B正确；挡光片通过光电门的时间由数字计时器测量，因此不需要用秒表或打点计时器测量时间，C、D错误。]
2．(多选)用如图所示的装置探究碰撞中的不变量时，必须注意的事项是(　　)A．A到达最低点时，两球的球心连线可以不水平B．A到达最低点时，两球的球心连线要水平C．多次测量减小误差时，A球必须从同一高度下落D．多次测量减小误差时，A球必须从不同高度下落
BC　[要保证一维对心碰撞，在碰撞时两球球心必须在同一高度；多次测量求平均值，必须保证测量过程的重复性，即A球必须从同一高度下落。故选项B、C正确，A、D错误。]
3．用一辆运动的小车m1碰撞一辆静止的小车m2，碰后两辆小车粘在一起运动，实验数据如表1。
表1　两辆小车的质量和碰撞前后的速度
经过3次实验得到如下的数据：表2
通过分析实验数据，两辆小车碰撞前后动能之和________(选填“相等”或“不相等”)，______________________基本不变。
题组二　动量及动量的变化量4．下列说法正确的是(　　)A．速度大的物体，它的动量一定也大B．动量大的物体，它的速度一定也大C．只要物体的运动速度大小不变，则物体的动量也保持不变 D．物体的动量变化量越大，则该物体的速度变化量一定越大
D　[动量p＝mv，速度大的物体，它的动量不一定大，故A错误；物体的动量p＝mv，动量大的物体，它的速度不一定大，故B错误；动量等于质量与速度的乘积，物体运动的速度大小不变，物体的动量大小保持不变，但速度方向可能改变，因此动量可能改变，故C错误；根据Δp＝mv－mv0＝mΔv，对同一物体Δp∝Δv，可知动量变化量越大，则该物体的速度变化量越大，故D正确。故选D。]
5．如图所示，p、p′分别表示物体受到外力前、后的动量，短线表示的动量大小为15 kg·m/s，长线表示的动量大小为30 kg·m/s，箭头表示动量的方向。在下列所给的四种情况下，物体动量改变量相同的是(　　)
A．①④　　B．①③　　C．②④　　D．②③
C　[取向右方向为正方向；①中初动量p＝15 kg·m/s，末动量p′＝30 kg·m/s，则动量变化量为Δp＝p′－p＝15 kg·m/s。②中初动量p＝15 kg·m/s，末动量p′＝－30 kg·m/s，则动量变化量为Δp＝p′－p＝－45 kg·m/s。③中初动量p＝30 kg·m/s，末动量p′＝15 kg·m/s，则动量变化量为Δp＝p′－p＝－15 kg·m/s。④中初动量p＝30 kg·m/s，末动量p＝－15 kg·m/s，则动量变化量为Δp＝p′－p＝－45 kg·m/s。故②④中物体动量改变量相同，故C正确。]
题组三　动量与速度、动能的比较6．高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动。列车在启动阶段的动量(　　)A．与它所经历的时间成反比B．与它的位移成反比C．与它的速度成正比D．与它的动能成正比
7．关于动量和动能，下列说法正确的是(　　)A．如果物体的速度改变，物体的动能和动量一定都改变B．如果物体的速率改变，物体的动能和动量可能都不变化C．惯性越大的物体，动量也越大D．动量大的物体，它的速度不一定大
D　[如果只有物体的速度方向改变，物体的动能不变，故A错误；如果物体的速率改变，物体的动能和动量都变化，故B错误；惯性越大的物体，质量越大，速度可能很小，动量不一定大，故C错误；动量大的物体，可能是质量很大，它的速度不一定大，故D正确。故选D。]
8．两个具有相同动量的物体A、B，质量分别为mA、mB，且mA>mB，比较它们的动能，则(　　)A．物体B的动能较大B．物体A的动能较大C．动能相等D．不能确定
9．(多选)质量为1 kg的小球从空中自由下落，与水平地面第一次相碰后反弹到空中某一高度，其速度随时间变化的关系如图所示。若g取10 m/s2，则(　　)A．小球第一次反弹后离开地面的速度的大小为 5 m/sB．碰撞前、后小球动量改变量的大小为 8 kg·m/sC．碰撞前、后小球动能改变量为17 JD．小球反弹起的最大高度为0.45 m
10．某班物理兴趣小组选用如图所示装置来“探究碰撞中的不变量”。将一段不可伸长的轻质绳一端与力传感器(可以实时记录绳所受的拉力)相连固定在O点，另一端连接小钢球A(绳长远大于小钢球半径)，把小钢球拉至M处可使绳水平伸直。在小钢球运动的最低点N右侧放置有一水平气垫导轨，气垫导轨上放有小滑块B(B上安装宽度较小且质量不计的遮光板)、光电门(已连接数字毫秒计)。当地的重力加速度为g。
某同学按图所示安装气垫导轨、滑块B(调整滑块B的位置使小钢球自由下垂静止在N点时与滑块B接触且无压力)和光电门，调整好气垫导轨高度，确保小钢球A通过最低点时恰好与滑块B发生正碰。让小钢球A从某位置静止释放，摆到最低点N与滑块B碰撞，碰撞后小钢球A并没有立即反向，碰撞时间极短。
(1)为完成实验，除了毫秒计读数Δt、碰撞前瞬间绳的拉力F1、碰撞结束瞬间绳的拉力F2、滑块B的质量mB和遮光板宽度d外，还需要测量的物理量有________。A．小钢球A的质量mA　B．绳长L　C．小钢球从M到N运动的时间(2)滑块B通过光电门时的瞬时速度vB＝________。(用题中已给的物理量符号表示，下同)(3)实验中的不变量的表达式是_______________________________。
11．解答以下三个问题，总结动量与动能概念的不同。(1)质量为2 kg的物体，速度由3 m/s增大到6 m/s，它的动量和动能各增大为原来的几倍？(2)质量为2 kg的物体，速度由向东的3 m/s变为向西的3 m/s，它的动量和动能是否发生变化？如果发生变化，变化量各是多少(取向东为正方向)？(3)A物体质量是2 kg，速度是3 m/s，方向向东；B物体质量是3 kg，速度是4 m/s，方向向西。它们动量的矢量和是多少(取向东为正方向)？它们的动能之和是多少？
[答案]　(1)2倍　4倍　(2)动量发生变化，动能不发生变化　Δp＝－12 kg·m/s　ΔEk＝0 J　(3)－6 kg·m/s　33 J
12．为了探究碰撞中的不变量，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大地减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成匀速运动，使实验的可靠性及精确度得以提高。在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用频闪照相机每隔0.4 s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图所示。已知A、B之间的质量关系是mB＝1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块碰撞之前，以后的3次是在碰撞之后，A原来处于静止状态。设A、B滑块在拍摄照片的这段时间内在10～105 cm的范围内运动(以滑块上的箭头位置为准)，则：
(1)A、B两滑块碰撞前后的速度大小各为多少？(2)两滑块碰撞前后各自的质量与自身的速度的乘积之和是不是不变量？根据照片分析说明。