高中物理 第一章 第一節(jié) 第二節(jié)《動(dòng)量動(dòng)量守恒定律》課件 粵教選修3-5

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歡迎進(jìn)入物理課堂 第一章 碰撞與動(dòng)量守恒 第一節(jié)物體的碰撞第二節(jié)動(dòng)量動(dòng)量守恒定律 知識(shí)點(diǎn)1物體的碰撞 1 歷史上對(duì)碰撞問(wèn)題的研究 最早發(fā)表有關(guān)碰撞問(wèn)題研究成果的是物理學(xué)家馬爾西教授 他在1639年發(fā)表的著作 運(yùn)動(dòng)的比例 中得出了一些碰撞的結(jié)論 隨后伽利略 馬略特 牛頓 笛卡爾 惠更斯等都先后做了一些實(shí)驗(yàn) 總結(jié)出碰撞的規(guī)律 奠定了動(dòng)量守恒的基礎(chǔ) 近現(xiàn)代通過(guò)加速器技術(shù)研究高能粒子的碰撞 產(chǎn)生了一種全新的基本粒子研究手段 絕大多數(shù)粒子都是在粒子的碰撞中發(fā)現(xiàn)的 當(dāng)代物理離不開(kāi)碰撞 2 生活中的各種碰撞現(xiàn)象 碰撞的種類有正碰和斜碰兩種 1 正碰 像臺(tái)球的碰撞中若兩個(gè)小球碰撞時(shí)的速度沿著連心線方向 則稱為正碰 如圖1 1 1所示 圖1 1 1 2 斜碰 像臺(tái)球的碰撞中若兩個(gè)小球碰撞前的相對(duì)速度不 在連心線上 則稱為斜碰 如圖1 1 2所示 圖1 1 2 3 彈性碰撞和非彈性碰撞 1 碰撞分為 和 撞兩種 彈性碰撞 若兩個(gè)物體的碰撞發(fā)生在水平面上 碰撞后 則沒(méi)有動(dòng)能損失 碰撞前后兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)能相等 非彈性碰撞 若兩個(gè)物體的碰撞發(fā)生在水平面上 碰撞后 或 則有動(dòng)能損失 或損失最大 損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?碰撞前后兩個(gè)物體構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)能不再相等 碰撞后的總動(dòng)能小于碰撞前的總動(dòng)能 彈性碰撞 非彈性碰 形變能完全恢復(fù) 形變不能完全恢復(fù) 完全不能恢復(fù) 黏合 2 兩種碰撞的區(qū)別 彈性碰撞沒(méi)有能量損失 非彈性碰撞 有能量損失 當(dāng)兩個(gè)小球的碰撞發(fā)生在水平面上時(shí) 兩小球碰撞前后的重力勢(shì)能不變 變化的是動(dòng)能 根據(jù)動(dòng)能是否守恒 把小球的碰撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞 如下所示 3 注意 非彈性碰撞一定有機(jī)械能損失 損失的機(jī)械能一般轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 碰撞后的總機(jī)械能不可能增加 這一點(diǎn)尤為重要 系統(tǒng)發(fā)生爆炸時(shí) 內(nèi)力對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的每一個(gè)物體都做正功 故爆炸時(shí) 系統(tǒng)的機(jī)械能是增加的 這一增加的機(jī)械能來(lái)源于炸藥貯存的化學(xué)能 知識(shí)點(diǎn)2動(dòng)量動(dòng)量守恒定律1 動(dòng)量及其變化 1 沖量 物體受到的 與 的乘積叫做這個(gè)力的沖量 單位為N s 是一個(gè)矢量 用符號(hào)I表示 即I Ft 沖量的方向就是力的方向 2 動(dòng)量 運(yùn)動(dòng)物體的 和它的 的乘積叫做這個(gè)物體的動(dòng)量 單位為kg m s 是一個(gè)矢量 用符號(hào)p表示 即p mv 動(dòng)量的方向是物體運(yùn)動(dòng)的方向 也就是速度的方向 力 這個(gè)力的作用時(shí)間 質(zhì)量 速度 3 動(dòng)量定理 合外力的沖量等于系統(tǒng)的動(dòng)量變化量 表達(dá) 式為Ft mvt mv0 沖量的方向和動(dòng)量變化量的方向是同一個(gè)方向 也是力的方向 或是加速度的方向 沖量的方向與動(dòng)量的方向不一定相同 相同 相反 或是成某一個(gè)角度 求某一個(gè)力的沖量有兩種方法 一是用沖量的定義式I Ft 二是用動(dòng)量定理I mvt mv0 求動(dòng)量的變化量有兩種方法 一是用動(dòng)量變化量的定義 式 p mvt mv0 二是用動(dòng)量定理 p Ft 4 應(yīng)用動(dòng)量定理 對(duì)動(dòng)量定理的理解 a 動(dòng)量定理給出了狀態(tài)量動(dòng)量p和過(guò)程量沖量I之間的關(guān)系 在合外力為恒力的情況下 用沖量 p Ft來(lái)求物體的動(dòng)量變化量比較方便 在合外力為變力的情況下 用動(dòng)量變化量的 定義式 p mvt mv0來(lái)求物體的動(dòng)量變化量較為方便 b 動(dòng)量定理的研究對(duì)象可以是一個(gè)物體 也可以是幾個(gè)物體組成的系統(tǒng) 由于系統(tǒng)內(nèi)力的總沖量一定是零 不會(huì)改變系統(tǒng)的總動(dòng)量 所以對(duì)一個(gè)系統(tǒng)而言 合外力的沖量等于系統(tǒng)的動(dòng)量變化 仍然成立 c 如果物體的運(yùn)動(dòng)分為幾個(gè)階段 既可以分階段用動(dòng)量定理 也可以對(duì)全過(guò)程用動(dòng)量定理 對(duì)全過(guò)程而言 把各個(gè)階段的沖量分別計(jì)算出來(lái) 再求其矢量和 即為物體受到的總沖量 d 對(duì)豎直方向的打擊和碰撞問(wèn)題 合外力應(yīng)該是撞擊力和重力的合力 不能隨意忽略重力 只有在作用時(shí)間極短 撞擊力遠(yuǎn)大于重力時(shí) 重力才可以忽略不計(jì) 5 F t圖象中面積的物理意義 F t圖象中的面積代表這個(gè)力的沖量 無(wú)論力是恒力還是變力 當(dāng)這個(gè)力為合外力時(shí) F t圖象中的面積始終代表物體受到的沖量 等于物體的動(dòng)量變化量 2 一維碰撞中的動(dòng)量守恒定律 1 系統(tǒng) 當(dāng)兩個(gè)物體相互碰撞時(shí) 這兩個(gè)物體之間發(fā)生了相互作用 把具有相互作用的這兩個(gè)物體稱為系統(tǒng) 2 內(nèi)力和外力 的其他物體對(duì)系統(tǒng)的作用力叫做 外力 物體之間相互作用的力稱為內(nèi)力 3 動(dòng)量守恒定律 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)所受到的 時(shí) 系統(tǒng)的 這就是一維碰撞中的動(dòng)量守恒定律 4 表達(dá)式 m1v10 m2v20 m1v1 m2v2 5 注意 動(dòng)量守恒定律并不限于兩個(gè)物體的相互作用 一個(gè)系統(tǒng)可以包括任意數(shù)目的物體 只要整個(gè)系統(tǒng)受到的合外力等于零 系統(tǒng)的總動(dòng)量就守恒 系統(tǒng)外部 系統(tǒng)內(nèi)部 合外力為零 總動(dòng)量保持不變 vt v0 知識(shí)點(diǎn)3力的兩大積累效應(yīng)1 力對(duì)時(shí)間的積累 I Ft根據(jù)牛頓第二定律 F ma 得到F ma m t 即 Ft mvt mv0 這就是動(dòng)量定理 當(dāng)合外力的 時(shí) 很顯然 即總動(dòng)量不變 這就是動(dòng)量守恒定律 沖量等于零 動(dòng)量 的變化量為零 2 力對(duì)空間的積累效應(yīng) W Fs根據(jù)牛頓第二定律 F ma mvt mv0 例題 人從高處跳到低處時(shí) 為了安全 一般都讓腳尖 先著地 這樣做是為了 C A 減小沖量B 減小動(dòng)量的變化量C 增大與地面的作用時(shí)間 從而減小沖力D 增大人對(duì)地面的壓強(qiáng) 起到安全作用 解析 根據(jù)動(dòng)量定理 F t 腳尖先著地 增加了 腳與地面的作用時(shí)間 在動(dòng)量變化量一定的情況下 腳與地面的作用力變小 起到保護(hù)作用 1 一對(duì)作用力與反作用力做的總功為W 總沖量為I 下 列說(shuō)法正確的是 A W一定等于零 I不一定等于零B W可能不等于零 I一定等于零C W和I一定都等于零D W和I可能都不等于零 解析 一對(duì)作用力與反作用力中的兩個(gè)力 既可以都做正功 比如爆炸 也可以都做負(fù)功 比如相向運(yùn)動(dòng)發(fā)生碰撞而靜止的問(wèn)題 也可以一個(gè)做正功 一個(gè)做負(fù)功 比如滑塊在木板上移動(dòng)的問(wèn)題 所以總功可能不等于零 但作用力與反作用力的大小相等方向相反 作用時(shí)間相等 其總沖量必然等于零 只有B正確 答案 B 2 雙選 從水平地面上方同一高度處 使a球豎直上拋 使b球平拋 且兩球質(zhì)量相等 初速度大小相同 最后落于同 一水平地面上 空氣阻力不計(jì) 下列說(shuō)法中正確的是 A 兩球著地時(shí)的動(dòng)量相同 BD B 兩球著地時(shí)的動(dòng)能相同C 重力對(duì)兩球的沖量相同D 重力對(duì)兩球所做的功相同解析 a b兩球的重力相同 落下的高度相同 所以做功相同 a b兩球的飛行時(shí)間不同 所以重力的沖量不同 BD正確 AC錯(cuò) 知識(shí)點(diǎn)4動(dòng)量守恒定律1 動(dòng)能和動(dòng)量大小的換算 2 動(dòng)量守恒定律成立的條件 系統(tǒng)不受外力或者所受外力之和為零 系統(tǒng)受外力 但外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力 可以忽略不計(jì) 系統(tǒng)在某一個(gè)方向上所受的合外力為零 則該方向上動(dòng) 量守恒 全過(guò)程的某一階段系統(tǒng)受的合外力為零 則該階段系統(tǒng) 動(dòng)量守恒 例題 如圖1 1 3所示的裝置中 木塊B與水平桌面間的接觸面是光滑的 子彈A沿水平方向射入木塊后留在木塊內(nèi) 將彈簧壓縮到最短 現(xiàn)將子彈 木塊和彈簧合在一起作為研究對(duì)象 系統(tǒng) 則此系統(tǒng)在從子彈開(kāi)始射入木塊到彈簧壓縮 至最短的整個(gè)過(guò)程中 圖1 1 3 A 動(dòng)量守恒 機(jī)械能守恒 B 動(dòng)量不守恒 機(jī)械能不守恒C 動(dòng)量守恒 機(jī)械能不守恒D 動(dòng)量不守恒 機(jī)械能守恒 解析 若以子彈 木塊和彈簧合在一起作為研究對(duì)象 系統(tǒng) 從子彈開(kāi)始射入木塊到彈簧壓縮至最短時(shí) 彈簧固定端墻壁對(duì)彈簧有外力作用 因此動(dòng)量不守恒 而在子彈射入木塊時(shí) 存在劇烈摩擦作用 有一部分能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 機(jī)械能也不守恒 實(shí)際上 在子彈射入木塊這一瞬間過(guò)程 取子彈與木塊為系統(tǒng)則可認(rèn)為動(dòng)量守恒 此瞬間彈簧尚未形變 子彈射入木塊與木塊達(dá)到相同速度后壓縮彈簧過(guò)程中 機(jī)械能守恒 但動(dòng)量不守恒 答案 B 3 兩只小船逆向航行 航線鄰近 在兩船首尾相齊時(shí) 由每只船上各自向?qū)Ψ椒胖靡毁|(zhì)量為m 50kg的麻袋 結(jié)果載重較小的船停了下來(lái) 另一船則以v 8 5m s的速度沿原方向航行 設(shè)兩只船及船上載重量分別為m1 500kg m2 1000kg 問(wèn)交換麻袋前各船的速率是多大 水的阻力不計(jì) 解 每只船向?qū)Ψ椒胖寐榇^(guò)程中不會(huì)影響本船的速度 船速之所以發(fā)生變化 是接受了對(duì)方的麻袋并與之發(fā)生相互作用的結(jié)果 若選拋出麻袋后的此船與彼船扔來(lái)的麻袋所組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象 在水的阻力不計(jì)的情況下 系統(tǒng)動(dòng)量守恒 分別以各船原航行方向?yàn)檎较?則 對(duì)輕船系統(tǒng)有 m1 m v1 mv2 0 即 500 50 v1 50v2 0 對(duì)重船系統(tǒng)有 m2 m v2 mv1 m2 m m v 即 1000 50 v2 50v1 1000 8 5解之可得 v1 1m s v2 9m s 題型1 動(dòng)量的矢量性與動(dòng)能的標(biāo)量性 例題 關(guān)于物體的動(dòng)量和動(dòng)能 下列說(shuō)法中正確的是 A 一物體的動(dòng)量不變 其動(dòng)能一定不變B 一物體的動(dòng)能不變 其動(dòng)量一定不變C 兩物體的動(dòng)量相等 其動(dòng)能一定相等D 兩物體的動(dòng)能相等 其動(dòng)量一定相等 解析 物體的動(dòng)量不變實(shí)質(zhì)就是速度不變 亦即速度大小和方向均不變 所以其動(dòng)能一定不變 A對(duì) 而動(dòng)能是標(biāo)量 動(dòng)能不變 速度的方向是可以變化的 故其動(dòng)量可以變化 B 有關(guān) 又與物體的速度有關(guān) 兩個(gè)物體的質(zhì)量不一定相等 速度也不一定相等 所以其動(dòng)量與動(dòng)能不一定相等 C D都錯(cuò) 答案 A 化取決于合外力做的功 若合外力的總功不為零 動(dòng)能必然變化 若合外力的總功為零 動(dòng)能必然不變 動(dòng)量是矢量 表達(dá) 式為p mv 動(dòng)量是否變化取決于合外力的沖量 當(dāng)合外力的 沖量為零時(shí) 動(dòng)量不變 當(dāng)合外力的沖量不為零時(shí) 動(dòng)量必然改變 當(dāng)物體的速度大小不變只是方向改變時(shí) 合外力的總功為零 但合外力的沖量不為零 其動(dòng)能是不變的 但動(dòng)量的方向必然改變 1 雙選 一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體以2m s的速度向東運(yùn)動(dòng) 某時(shí)刻受到一個(gè)向西的力 過(guò)一段時(shí)間 該物體向西運(yùn)動(dòng) 當(dāng) 其速度也為2m s時(shí) 下列說(shuō)法正確的是 A 動(dòng)量變化8kg m s 向東B 動(dòng)量變化8kg m s 向西C 動(dòng)能變化為8JD 動(dòng)能變化為零 解析 動(dòng)量是矢量 所以物體向西運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量4kg m s與向東運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量4kg m s雖然大小相同 但方向不同 所以動(dòng)量變化動(dòng)量變化8kg m s 向西 動(dòng)能是標(biāo)量 所以未變 BD正確 AC錯(cuò) 答案 BD 題型2 動(dòng)量守恒定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用 例題 質(zhì)量為M的小車在光滑的水平地面上以v0勻速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)車中的沙子從底部的漏斗中不斷流下時(shí) 車子速度將 B A 減小 B 不變 C 增大 D 無(wú)法確定 解析 動(dòng)量守恒的條件是合外力等于零 在沙子沒(méi)有落地之前 落下的沙子和小車組成的系統(tǒng)水平方向不受其他外力作用 合外力等于零 動(dòng)量守恒 在沙子沒(méi)有落地之前 沙子在水平方向和小車具有相同的速度 慣性 故小車的速度不變 規(guī)律總結(jié) 此類問(wèn)題屬系統(tǒng)所受外力不為零 豎直方向上受到外力 動(dòng)量不守恒 但水平方向上不受外力作用 動(dòng)量守恒 又如大炮在以傾角發(fā)射炮彈時(shí) 炮身要后退 受到地面的阻力 但因其炸藥產(chǎn)生的作用力很大 遠(yuǎn)大于受到的阻力 故仍認(rèn)為水平方向動(dòng)量守恒 在本題中 沙子未落到地面之前 沙子的沿水平方向的速度大小不變 是解決本題的關(guān)鍵 2 在光滑水平直路上停著一輛較長(zhǎng)的木板車 車的左端站立一個(gè)大人 車的右端站立一個(gè)小孩 如果大人向右走 小孩 質(zhì)量比大人小 向左走 他們的速度大小相同 則在他們走動(dòng)過(guò)程 中 B A 車可能向右運(yùn)動(dòng)C 車可能保持靜止 B 車一定向左運(yùn)動(dòng)D 無(wú)法確定 解析 系統(tǒng)動(dòng)量守恒 他們的速度大小相同方向相反 必有大人的動(dòng)量大 故小孩和車的動(dòng)量與大人的動(dòng)量大小相等 方向相反 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全