教科版高中物理選擇性必修第一冊第一章動量與動量守恒定律3動量守恒定律課件

知識點1

系統(tǒng)、內(nèi)力和外力必備知識清單破3

動量守恒定律1.系統(tǒng):在物理學(xué)中,有時要把相互作用的兩個或多個物體作為一個整體來研究,這個整體叫

作系統(tǒng)。2.內(nèi)力和外力:系統(tǒng)中物體間的相互作用力叫作內(nèi)力;系統(tǒng)以外的物體施加給系統(tǒng)內(nèi)物體的

力叫作外力。1.內(nèi)容:如果一個系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零,無論這一系統(tǒng)的內(nèi)部發(fā)生了何種形式的相

互作用,這個系統(tǒng)的總動量保持不變。2.常用的三種表達形式(1)p=p'或m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',即系統(tǒng)內(nèi)物體相互作用前的總動量p和相互作用后的總動量p'

大小相等,方向相同。(2)Δp1=-Δp2或m1Δv1=-m2Δv2,即相互作用的系統(tǒng)內(nèi)的兩部分,其中一部分動量的增加量等于另

一部分動量的減少量。(3)Δp=p'-p=0,即系統(tǒng)總動量的變化量為零。知識點2動量守恒定律3.適用條件(1)系統(tǒng)不受外力或者所受外力的矢量和等于零。(2)系統(tǒng)所受外力遠小于內(nèi)力時,外力的作用可以忽略,系統(tǒng)的動量守恒。如炸彈在空中爆炸

時,炸彈所受重力遠小于爆炸的內(nèi)力,系統(tǒng)動量守恒。(3)系統(tǒng)在某一方向上的合外力為零時,系統(tǒng)在該方向上動量守恒。4.五個特性矢量性動量守恒定律的表達式為矢量方程,解題時應(yīng)選取統(tǒng)一的正方向相對性各物體的速度必須是相對于同一參考系的速度(一般是相對于地面)同時性動量是一個瞬時量,表達式中的p1、p2、…必須是系統(tǒng)中各物體在相互作用前同一時刻的動量,p1'、p2'、…必須是系統(tǒng)中各物體在相互作用后同一時刻的動量系統(tǒng)性研究的對象是相互作用的兩個或多個物體組成的系統(tǒng)普適性動量守恒定律不僅適用于低速宏觀物體組成的系統(tǒng),還適用于接近光速運動的微觀粒子組成的系統(tǒng)5.應(yīng)用動量守恒定律解題的一般步驟(1)明確研究對象:確定系統(tǒng)的組成及要研究的過程。(2)進行受力分析:分析研究對象所受的外力,判斷系統(tǒng)是否滿足動量守恒的條件。(3)規(guī)定正方向:確定初、末狀態(tài)動量的正、負號。(4)列方程:根據(jù)動量守恒定律列式求解。導(dǎo)師點睛

(1)動量守恒定律不需要考慮中間過程,只要符合守恒的條件,就只需要考慮它們

的初、末狀態(tài)。(2)動量守恒定律適用于碰撞、子彈打木塊、爆炸、反沖、某一方向上的動量守恒、物塊與

木板間的相對滑動等。知識辨析1.木塊放在光滑水平面上,子彈射入木塊的過程中,子彈和木塊組成的系統(tǒng)動量守恒嗎?2.某一系統(tǒng)的機械能守恒,該系統(tǒng)的動量也一定守恒嗎?3.在光滑的水平冰面上,兩只北極熊相向運動,碰后均靜止,碰撞前兩只北極熊的速度大小一

定相等嗎?4.中微子在運動過程中會轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子,有沒有可能μ子和τ子均和中微子的運動

方向相反?一語破的1.守恒。因為子彈和木塊組成的系統(tǒng)所受合外力為0,滿足動量守恒的條件。2.不一定。系統(tǒng)機械能守恒的條件為只有重力或系統(tǒng)內(nèi)彈力做功,其他力不做功或做功的代

數(shù)和為零;而動量守恒的條件為系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零,它們的守恒條件不同。當(dāng)

某系統(tǒng)的機械能守恒時,系統(tǒng)所受的合外力不一定為零,動量未必守恒。3.不一定。兩只北極熊組成的系統(tǒng)動量守恒,碰撞后均靜止,說明碰撞前兩只北極熊的動量大

小一定相等,但它們的質(zhì)量不一定相等,所以速度大小不一定相等。4.絕不可能。中微子轉(zhuǎn)化為一個μ子和一個τ子的過程中動量守恒,若μ子和中微子的運動方

向相反,則τ子和中微子的運動方向一定相同。1.理想守恒系統(tǒng)不受外力作用,這是一種理想化的情形。若系統(tǒng)受到外力作用,但所受合外力為零,可視

為理想守恒。例如兩個物體在光滑的水平面上碰撞,物體所受重力和支持力為一對平衡力,

合力為零,兩物體組成的系統(tǒng)動量守恒。2.近似守恒系統(tǒng)受到的合外力不為零,但當(dāng)內(nèi)力遠大于系統(tǒng)所受的外力時,可以認為系統(tǒng)的總動量近似

守恒。例如拋出去的手榴彈在空中爆炸的瞬間,火藥產(chǎn)生的內(nèi)力遠大于手榴彈所受的外力,外力便

可忽略不計,動量近似守恒;高速公路上,兩輛轎車相撞,在碰撞瞬間,兩車間相互作用的內(nèi)力遠

大于車所受的摩擦力,摩擦力可忽略,動量近似守恒。關(guān)鍵能力定點破定點1對動量守恒定律成立條件的理解3.某一方向上動量守恒系統(tǒng)所受合外力不為零,但在某一方向上合外力為零,則系統(tǒng)在該方向上動量守恒。常見模

型如下(地面均光滑):例如:水平拋出的小球落在沿光滑水平面勻速運動的敞篷車中,由于小球在豎直方向受重力

作用,故小球和車組成的系統(tǒng)動量不守恒,但系統(tǒng)在水平方向不受外力,故系統(tǒng)在水平方向動

量守恒。典例(多選)光滑水平面上【1】放著一異形物塊b,其曲面是四分之一光滑圓弧面,在曲面的最低

點放著一個靜止的小球c,如圖所示?；瑝Ka以初速度v0水平向左運動,與b碰撞后迅速粘在一

起【2】。已知a、b、c的質(zhì)量均為m,重力加速度為g,小球c沒有從物塊b的上端離開,則在它們

相互作用與運動的全過程中

(

)A.a、b、c組成的系統(tǒng)動量守恒B.a、b、c組成的系統(tǒng)機械能不守恒C.小球c在曲面上上升的最大高度【3】為

典例D.小球c在曲面上上升的最大高度為

BD信息提取

【1】a、b、c組成的系統(tǒng)在水平方向不受外力;【2】a、b碰撞后共速;【3】小球上升到最高點時相對于a、b靜止,三者共速。思路點撥

整個運動過程如下:a、b先瞬間相互作用(不受c的影響),迅速粘在一起而成為一

體(此時a、b速度相等),再與c相互作用,如圖所示。解析

在碰撞之后一起運動的過程中,a、b、c組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒(由【1】

得到),小球c在豎直方向上受力不平衡,豎直方向上系統(tǒng)動量不守恒,A錯誤。取水平向左為正

方向,a與b碰撞過程,a、b組成的系統(tǒng)動量守恒,有mv0=2mv1(由【2】得到),解得v1=

,a與b碰撞過程中有能量損失,故整個相互作用過程中系統(tǒng)機械能不守恒,B正確。之后小球上升到最

高點時,a、b、c組成的系統(tǒng)水平方向動量守恒,有2mv1=3mv(由【3】得到),解得共同速度v=

,此過程中系統(tǒng)機械能守恒,有

×2m

-

×3mv2=mgh,解得h=

,C錯誤,D正確。故選B、D。1.動量守恒中的速度在應(yīng)用動量守恒定律時,關(guān)于速度,需注意以下幾個問題(以兩個物體組成的系統(tǒng)的動量守恒

為例,有m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2')。(1)速度的矢量性:需先規(guī)定正方向,根據(jù)規(guī)定的正方向把各速度的正負代入。(2)速度的同時性:式中的v1、v2為作用前兩物體同一時刻的速度,v1'、v2'為作用后兩物體同一

時刻的速度。(3)速度的同一性:各速度均以地面為參考系,若題目中給出的是兩物體之間的相對速度,可利

用下式把相對速度轉(zhuǎn)化為對地速度,vA對地=vA對B+vB對地。定點2應(yīng)用動量守恒定律解決問題的注意點2.碰撞中的“時間極短”的含義“時間極短”是一種特定的物理語言,是碰撞問題中的一個隱含條件,正確理解和利用碰撞中“時間極短”這個隱含條件,往往是解決問題的關(guān)鍵。由于某些物理量在極短時間內(nèi)的變

化可以忽略,如位置等,因此,“時間極短”時可近似處理一些問題。3.動量守恒中的臨界問題在動量守恒定律的應(yīng)用中,常常會遇到相互作用的兩物體相距最近、避免碰撞和物體開始反

向等臨界問題。四種常見的臨界條件如下:(1)物體恰好到達另一帶斜面或弧形槽的物體的最高點,臨界條件是兩物體的水平速度相等,

豎直速度為零。(2)兩物體恰好不相撞,臨界條件是兩物體接觸時速度恰好相等。(3)物體剛好不滑出小車,臨界條件是物體滑到小車一端時與小車的速度相等。(4)當(dāng)彈簧壓縮到最短或拉伸到最長時,該彈簧具有最大彈性勢能,彈簧連著的兩物體不能再

靠近或遠離,此時兩物體具有相同的速度。因此,該類臨界狀態(tài)相應(yīng)的臨界條件是彈簧連著的兩物體速度相等。4.多物體、多過程問題中動量守恒定律的應(yīng)用(1)物理過程的多變性,往往使問題變復(fù)雜,解題時我們可以通過對物理過程的正確分析,把一

個復(fù)雜的過程分解為幾個簡單的子過程,對每一個子過程,選擇合適的物理規(guī)律求解。(2)在某些情況下,我們不但要研究若干物體組成的大系統(tǒng),還要根據(jù)題目的要求以及守恒條

件選擇某個子系統(tǒng)進行研究,這就需要把復(fù)雜的大系統(tǒng)恰當(dāng)?shù)貏澐譃楹唵蔚淖酉到y(tǒng)。典例如圖所示,在光滑的水平面上靜止放置著一個質(zhì)量為4m的木板B,它的左端靜止放置著

一個質(zhì)量為2m的物塊A,木板B右側(cè)不遠處有一個與B相同的木板C靜止在水平面上。現(xiàn)

讓A、B一起以水平速度v0向右運動,木板B與靜止的木板C相碰后粘在一起【1】,在兩木板相碰

后的運動過程中,物塊A恰好沒有滑下木板C【2】,且物塊A可視為質(zhì)點,則兩木板的最終速度為

(

)A.

B.

C.

D.

典例C信息提取

【1】兩木板B、C碰后速度相同;【2】最終A、B、C三者速度相同。思路點撥

本題可以分段或全過程應(yīng)用動量守恒定律求解木板的最終速度。方法一(分段):B、C碰撞瞬間,由于作用時間極短,A的速度不突變,碰撞過程內(nèi)力遠大于外力,

B、C組成的系統(tǒng)動量守恒【3】;從B、C碰后到A、B、C共速運動,A、B、C組成的系統(tǒng)所受合外力為零,A、B、C組成的系

統(tǒng)動量守恒【4】。方法二(全過程):整個運動過程中,A、B、C組成的系統(tǒng)所受合外力為零,A、B、C組成的系統(tǒng)

動量守恒【5】。解析

方法一:設(shè)兩木板碰撞后的速度均為v1(由【1】得到),B、C碰撞過程,以v0的方向為正

方向,對B、C組成的系統(tǒng),有4mv0=(4m+4m)v1(由【3】得到),解得v1=

;設(shè)物塊與木板共同的速度為v2(由【