2019-2020學(xué)年高中物理 第十六章 動量守恒定律 3 動量守恒定律課件 新人教版選修3-5.ppt

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3動量守恒定律 一 系統(tǒng)內(nèi)力和外力1 相互作用的兩個或兩個以上的物體組成的研究對象稱為一個力學(xué)系統(tǒng) 2 系統(tǒng)內(nèi)兩物體間的相互作用力稱為內(nèi)力 3 系統(tǒng)以外的物體對系統(tǒng)的作用力稱為外力 二 動量守恒定律1 動量守恒定律的內(nèi)容 如果一個系統(tǒng)不受外力 或者所受外力的矢量和為0 這個系統(tǒng)的總動量保持不變 2 動量守恒定律成立的條件 1 系統(tǒng)不受外力或者所受外力的合力為零 2 系統(tǒng)外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力時 外力的作用可以忽略 系統(tǒng)的動量守恒 3 系統(tǒng)在某個方向上的合外力為零時 系統(tǒng)在該方向上動量守恒 3 動量守恒定律的表達(dá)式 1 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 作用前后動量相等 2 p 0 系統(tǒng)動量的增量為零 3 p1 p2 相互作用的兩個物體組成的系統(tǒng) 兩物體動量的增量大小相等 方向相反 三 動量守恒定律的理解和簡單應(yīng)用1 動量守恒定律的 五性 1 系統(tǒng)性 注意判斷是哪幾個物體構(gòu)成的系統(tǒng)的動量守恒 2 矢量性 是矢量式 解題時要規(guī)定正方向 3 相對性 系統(tǒng)中各物體在相互作用前后的速度必須相對于同一慣性系 通常為相對于地面的速度 4 同時性 初動量必須是各物體在作用前同一時刻的動量 末動量必須是各物體在作用后同一時刻的動量 5 普適性 不僅適用兩個物體或多個物體組成的系統(tǒng) 也適用于宏觀低速物體以及微觀高速粒子組成的系統(tǒng) 2 應(yīng)用動量守恒定律解題有什么基本思路 答案 1 明確研究對象合理選擇系統(tǒng) 2 判斷系統(tǒng)動量是否守恒 3 規(guī)定正方向 選好過程 分析初末狀態(tài) 4 運(yùn)用動量守恒定律列方程求解 自我檢測1 思考辨析 1 用鐵錘打擊放在鐵砧上的鐵塊 打擊過程中 鐵錘和鐵塊的總動量守恒 解析 在豎直方向上合力不為零 鐵錘和鐵塊的總動量不守恒 答案 2 在相互作用且動量守恒的某系統(tǒng)內(nèi) 一個物體的動量增加時 另一個物體的動量一定減少 系統(tǒng)的總動量不變 解析 不能這樣理解 只能說系統(tǒng)內(nèi)各物體動量變化量的矢量和為零 答案 3 如果系統(tǒng)的機(jī)械能守恒 則動量也一定守恒 解析 物體自由下落機(jī)械能守恒 動量增加 答案 4 只要系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力 動量就不可能守恒 解析 人在船上走 系統(tǒng)動量守恒 答案 5 只要系統(tǒng)受到的外力做的功為零 動量就守恒 解析 勻速圓周運(yùn)動的物體所受合外力做功為0 動量不守恒 答案 6 只要系統(tǒng)所受到合外力的沖量為零 動量就守恒 答案 2 探究討論 1 如圖所示 在風(fēng)平浪靜的水面上 停著一艘帆船 船尾固定一臺電風(fēng)扇 正在不停地把風(fēng)吹向帆面 船能向前行駛嗎 為什么 答案 不能 把帆船和電風(fēng)扇看作一個系統(tǒng) 電風(fēng)扇和帆船受到空氣的作用力大小相等 方向相反 這是一對內(nèi)力 系統(tǒng)總動量守恒 船原來是靜止的 總動量為零 所以在電風(fēng)扇吹風(fēng)時 船仍保持靜止 2 動量守恒定律和牛頓運(yùn)動定律的適用范圍是否一樣 答案 動量守恒定律比牛頓運(yùn)動定律的適用范圍要廣 自然界中 大到天體的相互作用 小到質(zhì)子 中子等基本粒子間的相互作用都遵循動量守恒定律 而牛頓運(yùn)動定律有其局限性 它只適用于低速運(yùn)動的宏觀物體 對于運(yùn)動速度接近光速的物體 牛頓運(yùn)動定律不再適用 探究一 探究二 探究三 對動量守恒定律的理解問題導(dǎo)引在光滑的水平面上有一輛平板車 一個人站在車上用大錘敲打車的左端 如圖所示 在連續(xù)的敲打下 這輛車能持續(xù)地向右運(yùn)動嗎 說明理由 要點(diǎn)提示 當(dāng)把錘頭打下去時 錘頭向右擺動 系統(tǒng)總動量要為零 車就向左運(yùn)動 舉起錘頭時 錘頭向左運(yùn)動 車就向右運(yùn)動 用錘頭連續(xù)敲擊時 車只是左右運(yùn)動 一旦錘頭不動 車就會停下來 所以車不能持續(xù)向右運(yùn)動 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 對動量守恒定律的理解 1 研究對象 兩個或兩個以上相互作用的物體組成的系統(tǒng) 2 對系統(tǒng) 總動量保持不變 的理解 系統(tǒng)在整個過程中任意兩個時刻的總動量都相等 不能誤認(rèn)為只是初 末兩個狀態(tài)的總動量相等 系統(tǒng)的總動量保持不變 但系統(tǒng)內(nèi)每個物體的動量可能都在不斷變化 系統(tǒng)的總動量指系統(tǒng)內(nèi)各物體動量的矢量和 總動量不變指的是系統(tǒng)的總動量的大小和方向都不變 探究一 探究二 探究三 2 動量守恒定律成立條件 1 F合 0 嚴(yán)格條件 2 F內(nèi)遠(yuǎn)大于F外 近似條件 3 某方向上合力為0 在這個方向上成立 動量作為矢量 是有方向的物理量 那么系統(tǒng)動量守恒必須明確是在哪一方向上守恒 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題1 多選 如圖所示 光滑水平面上兩小車中間夾一壓縮了的輕彈簧 兩手分別按住玩具小車 使它們靜止 對兩車及彈簧組成的系統(tǒng) 下列說法中正確的是 A 兩手同時放開后 系統(tǒng)總動量始終為零B 先放開左手 后放開右手 此后動量不守恒C 先放開左手 后放開右手 總動量向左D 無論是否同時放手 只要兩手都放開后 在彈簧恢復(fù)原長的過程中 系統(tǒng)總動量都保持不變 但系統(tǒng)的總動量不一定為零 思考問題 同時放開兩手和一先一后放開有什么區(qū)別 提示 同時放開兩手 系統(tǒng)總動量始終為零 如果一先一后放開兩手 則系統(tǒng)就在某一方向上獲得一沖量 系統(tǒng)就不再符合動量守恒的條件了 探究一 探究二 探究三 解析 當(dāng)兩手同時放開時 系統(tǒng)的合外力為零 所以系統(tǒng)的動量守恒 又因?yàn)殚_始時總動量為零 故系統(tǒng)總動量始終為零 選項(xiàng)A正確 先放開左手 左邊的小車就向左運(yùn)動 當(dāng)再放開右手后 系統(tǒng)所受合外力為零 故系統(tǒng)的動量守恒 放開右手時總動量方向向左 放開右手后總動量方向也向左 故選項(xiàng)B錯誤 C D正確 答案 ACD歸納總結(jié)分析動量是否守恒 首先要明確所研究的系統(tǒng) 分清外力和內(nèi)力 如果外力矢量和為0 則系統(tǒng)的動量守恒 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練1 多選 如圖所示 A B兩物體質(zhì)量之比mA mB 3 2 原來靜止在平板小車C上 A B間有一根被壓縮的彈簧 地面光滑 當(dāng)兩物體被同時釋放后 則 A 若A B與平板車上表面間的動摩擦因數(shù)相同 則A 二 B組成系統(tǒng)的動量守恒B 若A B與平板車上表面間的動摩擦因數(shù)相同 則A B C組成系統(tǒng)的動量守恒C 若A B所受的摩擦力大小相等 則A 二 B組成系統(tǒng)的動量守恒D 若A B所受的摩擦力大小相等 則A B C組成系統(tǒng)的動量守恒 探究一 探究二 探究三 解析 若 A B 但mA mB 3 2 故FfA FfB 3 2 A 二 B組成的系統(tǒng)合外力不為零 所以A 二 B組成的系統(tǒng)動量不守恒 A項(xiàng)錯誤 當(dāng)FfA FfB時 A 二 B組成的系統(tǒng)合外力為零 動量守恒 C項(xiàng)正確 當(dāng)把A B C作為系統(tǒng)時 由于地面光滑 故不論A B與C之間摩擦力大小情況如何 系統(tǒng)受到的合外力均等于0 所以A B C組成的系統(tǒng)動量守恒 故B D項(xiàng)正確 答案 BCD 探究一 探究二 探究三 動量守恒定律的應(yīng)用問題探究三國演義 草船借箭 中 如圖所示 若草船的質(zhì)量為m1 每支箭的質(zhì)量為m 草船以速度v1返回時 對岸士兵萬箭齊發(fā) n支箭同時射中草船 箭的速度皆為v 方向與船行方向相同 由此 草船的速度會增加嗎 這種現(xiàn)象如何解釋 不計水的阻力 要點(diǎn)提示 增加 草船與箭組成的系統(tǒng)動量守恒 根據(jù)m1v1 nmv m1 nm v1 知v1 v1 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 應(yīng)用動量守恒定律的解題步驟 1 確定相互作用的系統(tǒng)為研究對象 2 分析研究對象所受的外力 3 判斷系統(tǒng)是否符合動量守恒條件 4 規(guī)定正方向 確定初 末狀態(tài)動量的正 負(fù)號 5 根據(jù)動量守恒定律列式求解 2 動量守恒定律不同表現(xiàn)形式的含義 1 p p 系統(tǒng)相互作用前的總動量p等于相互作用后的總動量p 2 p1 p2 相互作用的兩個物體組成的系統(tǒng) 一個物體的動量變化量與另一個物體的動量變化量大小相等 方向相反 3 p 0 系統(tǒng)總動量增量為零 4 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 相互作用的兩個物體組成的系統(tǒng) 作用前的動量和等于作用后的動量和 探究一 探究二 探究三 3 某一方向上動量守恒問題動量守恒定律的適用條件是普遍的 當(dāng)系統(tǒng)所受的合外力不為零時 系統(tǒng)的總動量不守恒 但是合外力在某個方向上的分量為零時 那么在該方向上系統(tǒng)的動量分量是守恒的 4 爆炸類問題中動量守恒定律的應(yīng)用 1 物體間的相互作用突然發(fā)生 作用時間極短 爆炸產(chǎn)生的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力 如重力 空氣阻力等 此種情況下可以利用動量守恒定律求解 2 由于爆炸過程中物體間相互作用的時間極短 作用過程中物體的位移很小 因此可認(rèn)為此過程物體位移不發(fā)生變化 動量守恒定律的研究對象是相互作用的物體組成的系統(tǒng) 系統(tǒng)的動量是否守恒 與選擇哪幾個物體作為系統(tǒng)和分析哪一段運(yùn)動過程有直接關(guān)系 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題2 如圖所示 質(zhì)量mB 1kg的平板小車B在光滑水平面上以v1 1m s的速度向左勻速運(yùn)動 當(dāng)t 0時 質(zhì)量mA 2kg的小鐵塊A以v2 2m s的速度水平向右滑上小車 A與小車間的動摩擦因數(shù)為 0 2 若A最終沒有滑出小車 g取10m s2 求 A在小車上停止運(yùn)動時 小車的速度大小和方向 思考問題 A在小車上相對小車停止運(yùn)動時 小車的運(yùn)動狀態(tài)如何 提示 A相對小車靜止 A B將以共同的速度運(yùn)動 探究一 探究二 探究三 解析 A在小車上停止運(yùn)動時 A B將以共同的速度運(yùn)動 設(shè)此時的速度為v 取v1的方向?yàn)檎较?由動量守恒定律得 mAv2 mBv1 mA mB v代入數(shù)據(jù)可解得v 1m s 負(fù)號表示v的方向與v1方向相反 即向右 答案 1m s向右規(guī)律總結(jié)處理動量守恒應(yīng)用題 三部曲 1 判斷題目涉及的物理過程是否滿足動量守恒的條件 2 確定物理過程及其系統(tǒng)內(nèi)物體對應(yīng)的初 末狀態(tài)的動量 3 確定正方向 選取恰當(dāng)?shù)膭恿渴睾愕谋磉_(dá)式列式求解 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練2 2017江蘇卷 甲 乙兩運(yùn)動員在做花樣滑冰表演 沿同一直線相向運(yùn)動 速度大小都是1m s 甲 乙相遇時用力推對方 此后都沿各自原方向的反方向運(yùn)動 速度大小分別為1m s和2m s 求甲 乙兩運(yùn)動員的質(zhì)量之比 答案 3 2 探究一 探究二 探究三 動量守恒定律和機(jī)械能守恒定律的比較問題探究如圖所示 在光滑水平面上放置一平板小車 把一輛電動玩具車放在帶有輪子的平板小車上 當(dāng)接通玩具車的電源 平板小車將如何運(yùn)動 玩具車和平板小車組成的系統(tǒng)動量守恒嗎 若電動玩具車的質(zhì)量為m 0 5kg 平板小車的質(zhì)量為M 1kg 電動玩具車相對于地面的速度為v0 0 6m s 平板小車相對于地面的速度是多少 玩具車和平板小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒嗎 探究一 探究二 探究三 要點(diǎn)提示 平板小車將運(yùn)動 運(yùn)動方向與玩具車的運(yùn)動方向相反 系統(tǒng)水平方向不受外力 動量守恒 設(shè)平板小車相對于地面的速度為v 由動量守恒定律mv0 Mv 0 解得v 0 3m s 玩具車有電能輸出 轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 摩擦力對系統(tǒng)做功 機(jī)械能損失轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒 探究一 探究二 探究三 知識歸納動量守恒定律與機(jī)械能守恒定律的比較 探究一 探究二 探究三 對于涉及相互作用的系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化問題時 可綜合應(yīng)用動量守恒定律 機(jī)械能守恒定律 動能定理 能量守恒定律 功能關(guān)系列出相應(yīng)方程分析解答 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題3 光滑水平面上放著一質(zhì)量為m0的槽 槽與水平面相切且光滑 如圖所示 一質(zhì)量為m的小球以v0向槽運(yùn)動 若開始時槽固定不動 求小球上升的高度 槽足夠高 若槽不固定 則小球又上升多高 思考問題 槽固定與不固定時兩種情況下系統(tǒng)動量都守恒嗎 提示 固定時動量不守恒 不固定時系統(tǒng)在水平方向上動量守恒 探究一 探究二 探究三 解析 槽固定時 設(shè)球上升的高度為h1 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練3如圖所示 A B兩個木塊的質(zhì)量分別為0 5kg和0 3kg A B與水平面間的摩擦不計 上表面粗糙 質(zhì)量為0 08kg的鐵塊 以25m s的速度從A的左端向右滑動 最后鐵塊與B的共同速度大小為2 5m s 求 1 A的最終速度 2 鐵塊剛滑上B時的速度 解析 設(shè)A的最終速度為vA 鐵塊剛滑上B時的速度為v1 1 對從開始到鐵塊離開A這一過程應(yīng)用動量守恒定律得mv0 mv1 mA mB vA 對從鐵塊滑上B到鐵塊與B有共同速度這一過程應(yīng)用動量守恒定律得mv1 mBvA m mB v2 對 組成的方程組代入數(shù)據(jù)解得vA 2 1m s v1 4m s 2 從第 1 小題得鐵塊剛滑上B時的速度為4m s 答案 1 2 1m s 2 4m s 1 2 3 1 關(guān)于系統(tǒng)動量守恒的條件 下列說法正確的是 A 只要系統(tǒng)所受的合外力為零 系統(tǒng)動量就守恒B 系統(tǒng)中所有物體的加速度為零時 系統(tǒng)的總動量不一定守恒C 只要系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力 系統(tǒng)動量就不可能守恒D 只要系統(tǒng)中的物體具有加速度 系統(tǒng)動量就不守恒解析 根據(jù)動量守恒定律的條件可知 只要系統(tǒng)所受的合外力為零 系統(tǒng)動量就守恒 故A正確 系統(tǒng)中所有物體的加速度為零時 系統(tǒng)所受的合外力為零 即系統(tǒng)的總動量一定守恒 B錯誤 若系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力 而系統(tǒng)所受的合外力為零 系統(tǒng)的動量仍然守恒 C錯誤 系統(tǒng)中的物體具有加速度時 系統(tǒng)的動量也可能守恒 比如碰撞過程 兩個物體的速度都改變 都有加速度 系統(tǒng)的動量卻守恒 D錯誤 答案 A 1 2 3 2 如圖所示 質(zhì)量為m0的小車置于光滑的水平面上 車的上表面粗糙 有一質(zhì)量為m的木塊以初速度v0水平地滑至車的上表面 若車足夠長 則 A 木塊的最終速度為B 由于車表面粗糙 小車和木塊所組成的系統(tǒng)動量不守恒C 車表面越粗糙 木塊減少的動量越多D 車表面越粗糙 小車獲得的動量越多解析 由m和m0組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒易得A正確 m和m0動量的變化與小車上表面的粗糙程度無關(guān) 因?yàn)檐囎銐蜷L 最終各自的動量與摩擦力大小無關(guān) 答案 A 1 2 3 3 將兩個完全相同的磁鐵 磁性極強(qiáng) 分別固定在質(zhì)量相等的小車上 水平面光滑 開始時甲車速度大小為3m s 乙車速度大小為2m s 方向相反并在同一直線上 如圖所示 1 當(dāng)乙車速度為零時 甲車的速度多大 方向如何 2 由于磁性極強(qiáng) 故兩車不會相碰 那么兩車的距離最小時 乙車的速度是多大 方向如何 1 2 3 解析 兩個小車及磁鐵組成的系統(tǒng)在水平方向不受外力作用 兩車之間的磁力是系統(tǒng)內(nèi)力 系統(tǒng)動量守恒 設(shè)向右為正方向 1 由動量守恒得 mv甲 mv乙 mv甲 代入數(shù)據(jù)解得v甲 v甲 v乙 3 2 m s 1m s 方向向右 2 兩車相距最小時 兩車速度相同 設(shè)為v 由動量守恒得mv甲 mv乙 mv mv 答案 1 1m s向右 2 0 5m s向右