2024-2025學年新教材高中物理第1章動量守恒定律1.動量課件新人教版選擇性必修第一冊

第一章1.動量學習目標1.通過實驗用不同的方法探究碰撞中的不變量。(科學探究)2.經(jīng)歷尋求碰撞中的不變量的過程,體會探究過程中猜想、推理和證據(jù)的重要性。(科學思維)3.認識動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量,深化運動和相互作用的觀念。(物理觀念)基礎落實·必備知識全過關一、尋求碰撞中的不變量1.現(xiàn)象:如圖所示,用兩根長度相同的線繩分別懸掛兩個完全相同的鋼球A、B,且兩球并排放置。拉起A球,然后放開,該球與靜止的B球發(fā)生碰撞?？梢钥吹?碰撞后A球停止運動而靜止,B球開始運動,最終擺到和A球被拉起時同樣的高度。即B球的速度等于碰前A球的速度。

碰后A、B速度互換2.猜想:碰撞前后,兩球速度之和不變。3.驗證(1)設計實驗:若A球的質量大于B球,則碰撞后B球擺起的高度大于A球被拉起時的高度,即B球獲得較大的速度。(2)驗證猜想:碰撞前后,兩球速度之和并不相等。

“碰撞前”是指即將發(fā)生碰撞的那一時刻,“碰撞后”是指碰撞剛結束的那一時刻4.再次猜想:觀察發(fā)現(xiàn),兩球碰撞前后的速度變化跟它們的質量有關系。可能碰撞前后兩個物體的動能之和不變,可能兩個物體碰撞前后速度與質量的乘積之和不變。實驗(二)1.實驗裝置如圖所示,兩輛小車都放在滑軌上,用一輛運動的小車碰撞一輛靜止的小車,碰撞后兩輛小車粘在一起運動。小車的速度用滑軌上的數(shù)字計時器測量。表1中數(shù)據(jù)是某次實驗時采集的。其中,m1是運動小車的質量,m2是靜止小車的質量,v是運動小車碰撞前的速度,v'是碰撞后兩輛小車的共同速度。表1次數(shù)

m1/kgm2/kgv/(m·s-1)v'/(m·s-1)10.5190.5190.6280.30720.5190.7180.6560.26530.7180.5190.5720.321根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)完成表2。

表2次數(shù)m1v2/J(m1+m2)v'2/Jm1v/(kg·m·s-1)(m1+m2)v'/(kg·m·s-1)10.102①

②

③

20.112④

⑤

⑥

30.117⑦

⑧

⑨

0.04890.3260.3190.04340.3400.3280.0637

0.4110.3972.結論:比較表2中

m1v2和(m1+m2)v'2的數(shù)據(jù)可知,兩輛小車碰撞前后,動能之和

(選填“相等”或“不相等”)。

比較表2中m1v和(m1+m2)v'的數(shù)據(jù)可知,兩輛小車碰撞前后,質量與速度的乘積之和基本相等。不相等二、動量1.定義:

和

的乘積。

2.公式:

。

3.單位:

,符號是

。

4.矢量性:方向與

的方向相同。運算遵守平行四邊形定則。

質量速度p=mv千克米每秒kg·m/s速度情境鏈接如圖甲所示,讓不同質量的臺球和網(wǎng)球分別從同一高度(約40

cm)落下,請你接住;如圖乙所示,讓相同質量的兩個網(wǎng)球分別從不同的高度(約40

cm、80

cm)落下,請你接住。(1)圖甲情境中,哪個球更難接住,圖乙情境中呢?(2)球對手的作用效果可能與哪些因素有關?提示

(1)圖甲情境中,臺球;圖乙情境中,從較高高度下落的網(wǎng)球。(2)球的質量和速度。教材拓展閱讀教材P2~P4,教材以“尋求碰撞中的不變量”為目的,通過演示實驗展示了多輪的科學探究過程,其環(huán)節(jié)為:問題—猜想—實驗方案設計—證據(jù)收集—

—

。

提示

數(shù)據(jù)分析

得出結論

易錯辨析(1)在“探究碰撞中的不變量”實驗中,要尋找的“不變量”必須在各種碰撞情況下都不改變。(

)(2)動量相同的物體運動方向不一定相同。(

)(3)質量大的物體的動量一定大。(

)√×動量相同指動量的大小和方向均相同,而動量的方向就是速度的方向,即運動方向,故動量相同的物體運動方向一定相同?！羷恿渴琴|量和速度的乘積,因此質量大、速度小的物體的動量可能小。

(4)質量和速率都相同的物體的動量一定相同。(

)(5)做勻速圓周運動的物體,動量保持不變。(

)×動量是矢量,它的方向與速度的方向相同,而質量和速率都相同的物體,其動量大小一定相同,但方向不一定相同?！磷鰟蛩賵A周運動的物體,動量大小不變,但方向時刻改變。

重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點一尋求碰撞中的不變量導學探究光滑的水平面上有兩個半徑相等的小球A、B,質量分別為m1和m2,A小球以速度v0與靜止的B小球發(fā)生碰撞,碰后小球A、B的速度分別為v1和v2,v1、v2與v0同方向且在同一條直線上,如圖為兩小球碰撞后的情況,則:(1)A、B兩小球碰撞后的速度之和一定等于碰撞前的速度之和嗎?(2)A、B兩小球碰撞前后的什么量可能會保持不變?提示

(1)不一定。(2)兩小球碰撞前后速度與質量的乘積之和可能是不變的。知識歸納利用滑軌探究一維碰撞中的不變量實驗裝置如圖所示。為了探究水平方向的一維碰撞,滑軌必須調水平。(1)質量的測量:用天平測量小車的質量。(2)速度的測量:利用公式,式中Δx為小車上擋光片的寬度,Δt為數(shù)字計時器顯示的擋光片經(jīng)過光電門的時間。(3)實驗結論:此實驗中兩小車碰撞前后動能之和并不相等,但是質量和速度的乘積之和基本不變。典例剖析【例題1】

(2024山東泰安高二期中)某同學利用氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗,氣墊導軌裝置如圖所示,所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架、光電門等組成。(1)下面是實驗的主要步驟:①安裝好氣墊導軌,調節(jié)氣墊導軌的調節(jié)旋鈕,使導軌水平;②向氣墊導軌通入壓縮空氣;③接通數(shù)字計時器;④把滑塊2靜止放在氣墊導軌的中間;⑤滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩;⑥釋放滑塊1,滑塊1通過光電門1后與右側有固定彈簧的滑塊2碰撞,碰后滑塊1和滑塊2依次通過光電門2,兩滑塊通過光電門后依次被制動;⑦讀出滑塊1通過光電門1的擋光時間為Δt1=10.01ms,通過光電門2的擋光時間為Δt2=49.99ms,滑塊2通過光電門2的擋光時間為Δt3=8.35ms;⑧測出兩滑塊擋光片的寬度均為d=5mm,測得滑塊1的質量為m1=300g,滑塊2(包括彈簧)的質量為m2=200g。(2)數(shù)據(jù)處理與實驗結論:①實驗中氣墊導軌的作用是

。

②碰撞前滑塊1的速度v1為

m/s;碰撞后滑塊1的速度v2為

m/s;碰撞后滑塊2的速度v3為

m/s。(結果均保留2位有效數(shù)字)

③在誤差允許的范圍內,通過本實驗,是否可以探究出兩個滑塊碰撞前后速度與質量的乘積之和保持不變?通過對實驗數(shù)據(jù)的分析說明理由。

。

減小滑塊和導軌之間的摩擦

0.500.100.60可以,理由見解析解析

(2)碰撞前滑塊1的速度碰撞后滑塊1的速度碰撞后滑塊2的速度碰撞前系統(tǒng)的質量與速度的乘積m1v1=0.15

kg·m/s,碰撞后系統(tǒng)的質量與速度的乘積之和m1v2+m2v3=0.15

kg·m/s,即碰撞前后系統(tǒng)的質量與速度的乘積之和不變。對點演練1.(2024山西太原高二期中)用如圖所示裝置探究碰撞中的不變量,氣墊導軌水平放置,擋光片寬度為9.0mm,兩滑塊被滑塊間的彈簧(圖中未畫出)彈開后,左側滑塊通過左側光電門的時間為0.040s,右側滑塊通過右側光電門的時間為0.060s,左側滑塊質量為100g,左側滑塊質量與速度的乘積m1v1=

g·m/s,右側滑塊質量為150g,兩滑塊質量與速度的乘積的矢量和m1v1+m2v2=

。

22.5

0探究點二對動量的理解導學探究在激烈的橄欖球比賽中,一個體重較輕的運動員攜球奔跑時迎面撞上了體重較重的對方運動員,自己被撞倒在地,而對方卻幾乎不受影響。(1)質量為60kg的運動員(包括球)以5m/s的速度向東奔跑,他的動量是多大?方向如何?(2)若(1)中描述的運動員與對方運動員相撞后速度變?yōu)榱?他的動量的變化量多大?動量的變化量的方向如何?提示

(1)動量是300

kg·m/s,方向向東。(2)300

kg·m/s,方向向西。知識歸納1.動量(1)動量是狀態(tài)量。進行動量運算時,要明確是哪一物體在哪一狀態(tài)(時刻)的動量,p=mv中的速度v是該時刻的瞬時速度。(2)動量的相對性:①物體的速度與參考系的選擇有關,因此,物體的動量與參考系的選擇也有關。②選不同的參考系時,同一物體的動量可能不同。③通常在不說明參考系的情況下,物體的動量是指物體相對地面的動量。2.動量的變化量(1)動量的變化量是過程量,分析計算時,要明確是物體在哪一個過程的動量變化。(2)Δp=p'-p是矢量式,Δp、p'、p間遵循平行四邊形定則,如圖所示。(3)Δp的計算①當p'、p在同一直線上時,可規(guī)定正方向,將矢量運算轉化為代數(shù)運算;②當p'、p不在同一直線上時,應依據(jù)平行四邊形定則運算。3.動量和動能的比較

比較項動量動能物理意義描述機械運動狀態(tài)的物理量定義式p=mvEk=mv2標矢性矢量標量換算關系典例剖析【例題2】

(2024遼寧大連高二期末)如圖所示,學生正在練習用頭顛球。某一次足球從靜止開始下落20cm,被豎直頂起,離開頭部后上升的最大高度仍為20cm。已知足球與頭部的作用時間為0.1s,足球的質量為0.4kg,重力加速度g取10m/s2,不計空氣阻力。下列說法正確的是(

)A.下落到與頭部剛接觸時,足球動量大小為0B.與頭部作用過程中,足球動量變化量的方向豎直向下C.與頭部作用過程中,足球動量變化量的方向豎直向上D.與頭部作用過程中,足球動量變化量大小為0.8kg·m/sC解析

下落到與頭部剛接觸時,足球速度v==2

m/s,足球動量大小為p0=mv=0.8

kg·m/s,故A錯誤;足球離開頭部后上升高度與下落高度相同,所以足球離開頭部時動量大小為p1=p0,方向豎直向上,以向上為正方向,則動量變化量為Δp=p1-(-p0)=1.6

kg·m/s,方向豎直向上,故B、D錯誤,C正確。教你析題

讀取題干獲取信息足球從靜止開始下落20cm足球豎直向下的位移為20cm被豎直頂起,離開頭部后上升的最大高度仍為20cm足球豎直向上的位移也為20cm教你破題獲取題干關鍵信息↓足球從靜止開始下落20

cm,被豎直頂起,離開頭部后上升的最大高度仍為20

cm↓求得與頭部接觸時的速度和離開頭部上升時的速度↓求出動量變化量對點演練2.(2024河南信陽月考)下列關于動量的說法正確的是(

)A.質量越大的物體動量一定越大B.質量和速率都相同的物體動量一定相同C.一個物體的加速度不變,其動量一定不變D.一個物體所受的合外力不為0,它的動量一定改變D解析

物體的動量p=mv,質量m越大,如果速度較小,則動量不一定大,故A錯誤;質量和速率都相同的物體,動量大小相同,方向不一定相同,故B錯誤;物體的加速度以一個不為0的值保持不變,物體的速度是變化的,所以動量會變化,故C錯誤;一個物體所受的合外力不為0,則速度發(fā)生變化,根據(jù)p=mv知,動量一定改變,故D正確。學以致用·隨堂檢測全達標123451.(尋求碰撞中的不變量)(2024湖南湘潭高二月考)利用氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的實驗時,不需要測量的物理量是(

)A.滑塊的質量B.擋光時間C.擋光片的寬度D.滑塊移動的距離D解析

根據(jù)實驗原理可知,滑塊的質量、擋光時間、擋光片的寬度都是需要測量的物理量,其中滑塊的質量用天平測量,擋光時間用光電計時器測量,擋光片的寬度可事先用刻度尺測量,只有滑塊移動的距離不需要測量,D正確。123452.(動量的理解)(2024山西大同月考)下列關于動量的說法正確的是(

)A.物體的動量改變,其速度大小一定改變B.物體的動量改變,其速度方向一定改變C.物體運動速度的大小不變,其動量一定不變D.物體的運動狀態(tài)改變,其動量一定改變D解析

動量是矢量,有大小也有方向,動量改變是指動量大小或方向的改變,而動量的大小與質量和速度兩個因素有關,其方向與速度的方向相同,質量一定的物體,當速度的大小或方向有一個因素發(fā)生變化時,動量就發(fā)生變化,故A、B、C錯誤;物體的運動狀態(tài)改變是指速度的大小或方向改變,因此物體的動量一定發(fā)生變化,故D正確。123453.(動量的變化量)(2024山東煙臺高二月考)下列運動中的物體或人,動量始終保持不變的是(

)A.繞地球運行的同步衛(wèi)星B.小球碰到豎直墻壁被彈回,速度大小不變C.用繩子拉著物體,沿斜面做勻速直線運動D.蕩秋千的小孩,每次蕩起的高度保持不變C解析

繞地球運行的同步衛(wèi)星,速度大小不變,方向不斷改變,所以動量改變,A錯誤;小球碰到豎直墻壁被彈回,速度大小不變,但方向改變,所以動量改變,B錯誤;用繩子拉著物體,沿斜面做勻速直線運動,速度大小和方向都不發(fā)生改變,所以動量保持不變,C正確;蕩秋千的小孩,每次蕩起的高度保持不變,