物理：第1章第三节《动量守恒定律在碰撞中的应用》课件（粤教版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第三节动量守恒定律在碰撞中的应用 课前自主学案 核心要点突破 课标定位 课堂互动讲练 第三节 知能优化训练 课标定位 学习目标 1 进一步理解弹性碰撞 非弹性碰撞 2 加深对动量守恒定律和能量守恒定律的理解 重点难点 应用动量守恒定律解决碰撞问题 课前自主学案 一 动量守恒定律的意义动量守恒定律是物理学中最常用的定律之一 它在 和 中均发挥了巨大的作用 二 应用动量守恒定律的解题步骤1 确定研究对象组成的 分析所研究的 系统受外力的情况是否满足动量守恒定律的应用条件 理论探索 实际应用 系统 物理过程中 2 设定 分别写出系统初 末状态的 3 根据动量守恒定律 4 解方程 统一单位后代入数值进行运算 得出结果 正方向 总动量 列方程 三 动量守恒定律和牛顿运动定律在碰撞类问题中 相互作用力往往是变力 过程相当复杂 很难用牛顿运动定律来求解 而应用动量守恒定律只需考虑过程的 不必涉及 所以动量守恒定律在解决各类碰撞问题中有着极其广泛的应用 初 末状态 过程的细节 思考感悟1666年 有人在英国皇家学会表演了如图1 3 1所示的实验 把A B两个质量相等的硬木球并排挂在一起 然后把A球向左拉开 再松手 它向右回摆 到达原来的平衡位置时跟B球发生碰撞 碰撞后 A球立即停止运动 B球向右摆去 摆到与刚才A球开始回摆时差不多的高度 又向左回摆 跟A球相撞 这时B球立即停止运动 而A球向左摆去 如此往复 图1 3 1 当时的许多科学家对这一现象百思不得其解 1668年 英国皇家学会正式悬赏征答 你能给出解释吗 提示 此为弹性碰撞 两球质量相等 速度交换 核心要点突破 一 弹性碰撞和非弹性碰撞遵循的规律1 弹性碰撞的规律 1 遵循的规律质量为m1的物体 以速度v1与原来静止的物体m2发生完全弹性碰撞 如图1 3 2所示 图1 3 2 2 推论 若m1 m2 则v1 0 v2 v1 即质量相等的两物体发生弹性碰撞将交换速度 惠更斯早年的实验研究的就是这种情况 若m1 m2 则v1 v1 v2 2v1 即质量极大的物体与质量极小的静止物体发生弹性碰撞 前者速度不变 后者以前者速度的2倍被撞出去 若m1 m2 则v1 v1 v2 0 即质量极小的物体与质量极大的静止物体发生弹性碰撞 前者以原速度大小被反弹回去 后者仍静止 乒乓球落地反弹 台球碰到桌壁后反弹 篮球飞向篮板后弹回 都近似为这种情况 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 单选 在光滑水平面上有三个完全相同的小球 它们成一条直线 2 3小球静止 并靠在一起 1球以速度v0射向它们 如图1 3 3所示 设碰撞中不损失机械能 则碰后三个小球的速度可能是 图1 3 3 解析 选D 由弹性碰撞的规律可知 当两球质量相等时 碰撞时两球交换速度 先球1与球2碰 再球2与球3碰 故选D 如果碰前两物体相向运动 则碰后两物体的运动方向不可能都不改变 除非两物体碰撞后速度均为0 在讨论碰撞结果等问题时要依据碰撞的三个特点进行分析 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 单选 2011年高考福建卷 在光滑水平面上 一质量为m 速度大小为v的A球与质量为2m静止的B球碰撞后 A球的速度方向与碰撞前相反 则碰撞后B球的速度大小可能是 A 0 6vB 0 4vC 0 3vD 0 2v 三 类碰撞问题1 碰撞的特点是动量守恒 动能不增加 相互作用的两个物体在很多情况下具有类似的特点 例如 子弹射入自由木块中 两相对运动物体间的绳子绷紧 物块在放置于光滑水平面上的木板上运动直至相对静止 如图1 3 4所示 这些情景中 系统动量守恒 机械能转化为其他形式的能 末状态 两物体相对静止 这些过程与完全非弹性碰撞具有相同的特征 可应用动量守恒定律 必要时结合能量守恒定律分析求解 图1 3 4 2 相互作用的两个物体在很多情况下皆可当成碰撞处理 那么对相互作用中两物体相距恰 最近 相距恰 最远 或恰上升到 最高点 等一类临界问题 求解的关键都是 速度相等 具体分析如下 1 如图1 3 5甲所示 光滑水平面上的A物体以速度v去撞击静止的B物体 A B两物体相距最近时 两物体速度必定相等 此时弹簧最短 其压缩量最大 此后A B被弹簧弹开 至弹簧恢复原长时 A B组成的系统的总机械能等于作用前的总机械能 图1 3 5 2 如图乙所示 质量为m的滑块静止在光滑水平面上 滑块的光滑弧面底部与桌面相切 一个质量为m的小球A以一定初速度v滑上滑块 设小球不能越过滑块 则小球到达滑块上的最高点时 即小球竖直方向上的速度为零 两物体的速度恰好相等 系统一部分动能转化为重力势能 总机械能保持不变 此后小球再滚下滑块 整个过程中系统水平方向动量守恒 机械能守恒 由以上分析知以上两种情景中系统不仅动量守恒 或某一方向上动量守恒 而且机械能也守恒 所以与弹性碰撞类似 只是物体间相互作用的时间较长 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 双选 如图1 3 6所示 光滑的水平面上有A B两个物体 其中带有轻弹簧的B静止 质量为m的A以速度v0向着B运动 A通过弹簧与B发生相互作用的过程中 图1 3 6 A 弹簧恢复原长时A的速度最大B 两物体速度相等时弹簧压缩量最大C 任意时刻A B的总动量大小总是mv0D 任意时刻B的动量大小总小于mv0 解析 选BC A B通过弹簧发生作用过程中动量守恒 C项正确 根据碰撞的特点 当两物体碰后以共同的速度运动时 系统动能损失最多 而A B系统 包括弹簧 机械能守恒 因此 两物体A B速度相等时 弹簧的弹性势能最大 即弹簧压缩量最大 B选项正确 从A压缩弹簧到弹簧恢复原长的过程中弹簧弹力一直对A做负功 所以弹簧恢复原长时 A的速度最小 A项错误 由动量守恒定律和机械能守恒定律可得 当mA mB时 弹簧恢复原长时 B的动量大小为mv0 D选项错误 课堂互动讲练 单选 甲 乙两球在光滑水平轨道上同向运动 已知它们的动量分别是p甲 5kg m s p乙 7kg m s 甲追上乙并发生碰撞 碰后乙球的动量变为p乙 10kg m s 则两球质量m甲 m乙的关系可能是 A m乙 m甲B m乙 2m甲C m乙 4m甲D m乙 6m甲 答案 C 方法总结 1 碰撞过程遵循的原则 动量守恒 动能不增加 速度符合实际情况 2 弹性碰撞和完全非弹性碰撞是两种极限情况 光滑水平面上放着一质量为M的槽 槽与水平面相切且光滑 如图1 3 7所示 一质量为m的小球以v0向槽运动 图1 3 7 1 若开始时槽固定不动 求小球上升的高度 槽足够高 2 若开始时槽不固定 则小球又能上升多高 精讲精析 槽固定时 球沿槽上升过程中机械能守恒 达最高点时 动能全部转为球的重力势能 槽不固定时 小球沿槽上升过程中 槽向右加速运动 当小球上升到最高点时 两者速度相同 球与槽组成的系统水平方向上不受外力 因此水平方向动量守恒 由于该过程中只有两者间弹力和小球重力做功 故系统机械能守恒 方法总结 1 在判断动量是否守恒时 应特别注意区分动量守恒的条件与机械能守恒的条件 2 在应用动量守恒定律列式时 特别是某一方向上动量守恒的列式 应特别注意系统初 末状态的动量应为在该方向上的动量 即把动量分解到该方向上 光滑的水平地面上放着一块质量为M 长度为d的木块 一个质量为m的子弹以水平速度v0射入木块 当子弹从木块中出来后速度变为v1 子弹与木块的平均摩擦力为f 求 1 子弹打击木块的过程中摩擦力对子弹做功多少 摩擦力对木块做功多少 2 子弹从木块中出来时 木块的位移为多少 3 在这个过程中 系统产生的内能为多少 思路点拨 把子弹和木块看成一个系统 利用以下知识解答 1 系统水平方向动量守恒 2 系统的能量守恒 3 对木块和子弹分别利用动能定理 自主解答 1 如图1 3 8所示 由于水平面光滑则子弹和木块组成的系统水平方向动量守恒 可得图1 3 8 变式训练如图1 3 9所示 质量m1 0 3kg的小车静止在光滑的水平面上 车长L 1 5m 现有质量m2 0 2kg可视为质点的物块 以水平向右的速度v0 2m s从左端滑上小车 最后在车面上某处与小车保持相对静止 物块与车面间的动摩擦因数 0 5 取g 10m s2 求 图1 3 9 1 物块在车面上滑行的时间t 2 要使物块不从小车右端滑出 物块滑上小车左端的速度v0 不超过多少 解析 1 设物块与小车共同速度为v 以水平向右为正方向 根据动量守恒定律有m2v0 m1 m2 v 设物块与车面间的滑动摩擦力为f 对物块应用动量定理有 ft m2v m2v0 又f m2g 答案 1 0 24s 2 5m s 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全