全国通用版2018-2019高中物理第十六章动量守恒定律第3节动量守恒定律课件新人教版选修3 .ppt

第十六章 动量守恒定律 第三节动量守恒定律 学习目标 知识导图 课前预习 1 系统相互作用的两个或几个物体组成一个力学 2 内力系统 物体间的相互作用力 3 外力系统 的物体对系统 的物体的作用力 知识点1 系统 内力和外力 系统 内部 以外 以内 1 内容如果一个系统不受 或者所受 的矢量和为零 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 p1 p2 或m1v1 m2v2 3 适用条件系统不受 或者所受 之和为零 知识点2 动量守恒定律 外力 外力 p1 p2 m1v1 m2v2 外力 外力 动量守恒定律是一个独立的实验规律 它适用于目前为止物理学研究的 领域 知识点3 动量守恒定律的普适性 一切 判一判 1 动量守恒定律适用于宏观物体 不适用于微观粒子 2 一个系统初 末状态动量大小相等 即动量守恒 3 两个做匀速直线运动的物体发生碰撞 这两个物体组成的系统动量守恒 4 系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零 5 系统动量守恒 动能不一定守恒 某一方向上动量守恒 系统整体动量不一定守恒 选一选 多选 下列四幅图所反映的物理过程中 系统动量守恒的是 AC 解析 A中子弹和木块的系统在水平方向不受外力 竖直方向所受合力为零 系统动量守恒 B中在弹簧恢复原长过程中 系统在水平方向始终受墙的作用力 系统动量不守恒 C中木球与铁球的系统所受合外力为零 系统动量守恒 D中木块下滑过程中 斜面始终受挡板的作用力 系统动量不守恒 想一想 如图三国演义 草船借箭 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 由此 草船的速度会增加多少 不计水的阻力 课内探究 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 在连续的敲打下 这辆车能持续地向右运动吗 探究一对动量守恒定律的理解 提示 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 1 研究对象两个或两个以上相互作用的物体组成的系统 2 对系统 总动量保持不变 的理解 1 系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等 不能误认为只是初 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 3 动量守恒定律的不同表达式及含义 1 p p 表示系统的总动量保持不变 在一维情况下 对由A B两物体组成的系统有 m1v1 m2v2 m1v 1 m2v 2 2 p1 p2 表示一个物体的动量变化与另一个物体的动量变化大小相等 方向相反 3 p 0 表示系统的总动量增量为零 即系统的总动量保持不变 4 动量守恒定律成立的条件 1 理想守恒 系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零 2 近似守恒 系统所受外力的矢量和虽不为零 但系统外力比内力小得多 如碰撞问题中的摩擦力 爆炸过程中的重力等外力比起相互作用的内力小得多 可以忽略不计 3 某一方向上守恒 系统所受外力的矢量和虽不为零 但在某个方向上的分量为零 则在该方向上系统动量守恒 5 从 五性 理解动量守恒定律 1 系统性 动量守恒是针对满足守恒条件的系统而言的 系统改变 动量不一定守恒 2 矢量性 定律的表达式是一个矢量式 a 该式说明系统的总动量在任意两个时刻不仅大小相等 而且方向也相同 b 在求系统的总动量p p1 p2 时 要按矢量运算法则计算 3 相对性 动量守恒定律中 系统中各物体在相互作用前后的动量 必须相对于同一惯性系 各物体的速度通常均为相对于地的速度 4 同时性 动量守恒定律中p1 p2 必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量 p1 p2 必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量 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 不仅适用于宏观物体组成的系统 也适用于微观粒子组成的系统 特别提醒 1 分析动量守恒时要着眼于系统 要在不同的方向上研究系统所受外力的矢量和 2 要深刻理解动量守恒的条件 3 系统动量严格守恒的情况是很少的 在分析守恒条件是否满足时 要注意对实际过程的理想化 多选 如图所示 光滑水平面上两小车中间夹一压缩了的轻弹簧 两手分别按住小车 使它们静止 对两车及弹簧组成的系统 下列说法中正确的是 A 两手同时放开后 系统总动量始终为零B 先放开左手 后放开右手 此后动量不守恒C 先放开左手 后放开右手 总动量向左D 无论是否同时放手 只要两手都放开后 在弹簧恢复原长的过程中 系统总动量都保持不变 但系统的总动量不一定为零 典例1 ACD 解析 当两手同时放开时 系统的合外力为零 所以系统的动量守恒 又因为开始时总动量为零 故系统总动量始终为零 选项A正确 先放开左手 左边的小车就向左运动 当再放开右手后 系统所受合外力为零 故系统的动量守恒 放开右手时总动量方向向左 放开右手后总动量方向也向左 故选项B错误而C D正确 综合上述分析可知选项A C D正确 对点训练1 吉林省长春十一中2016 2017学年高二下学期期中 如图所示 两带电的金属球在绝缘的光滑水平面上沿同一直线相向运动 A带电荷量为 q B带电荷量为 2q 下列说法正确的是 A 相碰前两球运动中动量不守恒B 相碰前两球的总动量随距离的减小而增大C 碰撞前后两球组成系统动量守恒D 两球相碰分离后的总动量不等于相碰前的总动量 因为碰前作用力为引力 碰后为斥力 C 解析 将两球看作整体分析时 整体受重力支持力 水平方向不受外力 故整体系统动量守恒 故两球相碰分离后的总动量等于碰前的总动量 故C正确 A B D错误 探究二动量守恒定律的应用 特别提醒 1 动量守恒定律中的各速度都相对同一参考系 一般以地面为参考系 2 规定正方向后 方向与正方向一致的矢量取正值 方向与正方向相反的矢量取负值 3 若系统在某一方向上不受外力 则系统在这一方向上动量守恒 但系统的动量不一定守恒 一人站在静止于冰面的小车上 人与车的总质量M 70kg 当它接到一个质量m 20kg 以速度v0 5m s迎面滑来的木箱后 立即以相对于自己v 5m s的速度逆着木箱原来滑行的方向推出 不计冰面阻力 则小车获得的速度是多大 方向如何 典例2 答案 2 2m s方向与木箱的初速度v0相同 对点训练2 如图所示 进行太空行走的宇航员A和B的质量分别为80kg和100kg 他们携手远离空间站 相对空间站的速度为0 1m s A将B向空间站方向轻推后 A的速度变为0 2m s 求此时B的速度大小和方向 答案 0 02m s远离空间站方向解析 根据动量守恒 mA mB v0 mAvA mBvB 代入数据可解得vB 0 02m s 方向为离开空间站方向 冲击摆的装置是一个用细线悬挂着的砂箱 如图所示 其过程为一粒质量为m的弹丸以水平速度v击中砂箱 弹丸陷入箱内 使砂箱摆至某一高度 此过程中 子弹和砂箱组成的系统动量守恒吗 机械能守恒吗 探究三动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 提示 子弹射入砂箱的过程 动量守恒 机械能不守恒 子弹和砂箱向上摆动的过程 动量不守恒 机械能守恒 动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 特别提醒 1 系统的动量 机械能 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 对于涉及相互作用的系统的能量转化问题时 可综合应用动量守恒定律 机械能守恒定律 动能定理 能量守恒定律 功能关系列出相应方程分析解答 典例3 1 小球的初速度v0的大小 2 滑块获得的最大速度 解析指导 1 小球与滑块相互作用的过程中水平方向上动量守恒 2 该系统的机械能守恒 3 小球从滑块左端滑出时滑块获得的速度最大 答案 1 5m s 2 2m s B 素养提升 1 寻找临界状态题设情景中看是否有相互作用的两物体相距最近 恰好滑离 避免相碰和物体开始反向运动等临界状态 2 挖掘临界条件在与动量相关的临界问题中 临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系 动量守恒定律应用中的临界问题 3 常见类型 1 涉及弹簧类的临界问题对于由弹簧组成的系统 在物体间发生相互作用的过程中 当弹簧被压缩到最短或拉伸到最长时 弹簧两端的两个物体的速度必然相等 2 汲及相互作用边界的临界问题在物体滑上斜面 斜面放在光滑水平面上 的过程中 由于物体间弹力的作用 斜面在水平方向上将做加速运动 物体滑到斜面上最高点的临界条件是物体与斜面沿水平方向具有共同的速度 物体到达斜面最高点时 在竖直方向上的分速度等于零 3 子弹打木块类的临界问题子弹刚好击穿木块的临界条件为子弹穿出时的速度与木块的速度相同 子弹位移为木块位移与木块厚度之和 如图所示 甲 乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏 甲和他的冰车的质量共为M 30kg 乙和他的冰车总质量也是30kg 游戏时 甲推着一个质量为m 15kg的箱子 和他一起以大小为v0 2 0m s的速度滑行 乙以同样大小的速度迎面滑来 为了避免相撞 甲突然将箱子沿冰面推给乙 箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住 若不计冰面的摩擦力 求甲至少要以多大的速度 相对于地面 将箱子推出 才能避免与乙相撞 案例 解析 如图所示 在甲推出箱子的过程中 甲和箱子组成的系统动量守恒 乙接到箱子并和乙一起运动的过程中 乙和箱子组成的系统动量也是守恒的 分别选甲 箱子为研究对象 箱子 乙为研究对象求解 要想刚好避免相撞 要求乙抓住箱子后与甲的速度正好相等 设甲推出箱子后的速度为v1 箱子的速度为v 乙抓住箱子后的速度v2 对甲和箱子 推箱子前后动量守恒 以初速度方向为正 由动量守恒定律 M m v0 mv Mv1 对乙和箱子 抓住箱子前后动量守恒 以箱子初速方向为正 由动量守恒定律有 mv Mv0 m M v2 刚好不相撞的条件是 v1 v2 联立 解得 v 5 2m s 方向与甲和箱子初速的方向一致 答案 5 2m s 方向与甲的初速度方向相同解题指导 本题从动量守恒定律的应用角度看并不难 但需对两个物体的运动关系分析清楚 乙和箱子 甲的运动关系如何 才能不相撞 这就需要我们要将 不相撞 的实际要求转化为物理条件 即 甲 乙可以同方向运动 但只要乙的速度不小于甲的速度 就不可能相撞