粤教版高中物理选修3-5第一章第一节第二节动量动量守恒定律课件ppt

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第一章 碰撞与动量守恒
第一节 物体的碰撞 第二节 动量 动量守恒定律
知识点 1 物体的碰撞 1.历史上对碰撞问题的研究 最早发表有关碰撞问题研究成果的是物理学家马尔西教 授,他在 1639 年发表的著作《运动的比例》中得出了一些碰撞 的结论.随后伽利略、马略特、牛顿、笛卡尔、惠更斯等都先 后做了一些实验,总结出碰撞的规律,奠定了动量守恒的基础.
1.(双选)一个质量为 2 kg 的物体以 2 m/s 的速度向东运动, 某时刻受到一个向西的力,过一段时间,该物体向西运动,当 其速度也为 2 m/s 时,下列说法正确的是( )
A.动量变化 8 kg·m/s,向东 B.动量变化 8 kg·m/s,向西 C.动能变化为 8 J D.动能变化为零
解析:动量是矢量,所以物体向西运动的动量 4 kg·m/s 与 向东运动时的动量 4 kg·m/s 虽然大小相同,但方向不同,所以 动量变化动量变化 8 kg·m/s,向西;动能是标量,所以未变. BD 正确,AC 错.
d.对竖直方向的打击和碰撞问题,合外力应该是撞击力和 重力的合力,不能随意忽略重力.只有在作用时间极短,撞击 力远大于重力时,重力才可以忽略不计.
(5)F-t 图象中面积的物理意义. F-t 图象中的面积代表这个力的冲量.无论力是恒力还是 变力,当这个力为合外力时,F-t 图象中的面积始终代表物体 受到的冲量,等于物体的动量变化量.
(2)两种碰撞的区别:弹性碰撞没有能量损失,非弹性碰撞 有能量损失.
当两个小球的碰撞发生在水平面上时,两小球碰撞前后的 重力势能不变,变化的是动能,根据动能是否守恒,把小球的 碰撞分为弹性碰撞和非弹性碰撞,如下所示:
(3)注意. ①非弹性碰撞一定有机械能损失,损失的机械能一般转化 为内能.碰撞后的总机械能不可能增加,这一点尤为重要. ②系统发生爆炸时,内力对系统内的每一个物体都做正功, 故爆炸时,系统的机械能是增加的,这一增加的机械能来源于 炸药贮存的化学能.
(2)斜碰:像台球的碰撞中若两个小球碰撞前的相对速度不 在连心线上,则称为斜碰.如图 1-1-2 所示.
图 1-1-2
3.弹性碰撞和非弹性碰撞 (1)碰撞分为_弹__性__碰__撞__和_非__弹__性__碰__撞两种. ①弹性碰撞:若两个物体的碰撞发生在水平面上,碰撞后 _形__变__能__完__全__恢__复_,则没有动能损失,碰撞前后两个物体构成的 系统动能相等. ②非弹性碰撞:若两个物体的碰撞发生在水平面上,碰撞 后_形__变__不__能__完__全__恢__复_或_完__全__不__能__恢__复__(黏__合__),则有动能损失(或 损失最大),损失的动能转变为热能,碰撞前后两个物体构成的 系统动能不再相等,碰撞后的总动能小于碰撞前的总动能.
知识点 2 动量 动量守恒定律 1.动量及其变化 (1)冲量:物体受到的_力_与_这__个__力__的__作__用__时__间_的乘积叫做这 个力的冲量.单位为 N·s,是一个矢量,用符号 I 表示,即 I= Ft.冲量的方向就是力的方向. (2)动量:运动物体的_质__量_和它的_速__度_的乘积叫做这个物体 的动量.单位为 kg·m/s,是一个矢量,用符号 p 表示,即 p= mv.动量的方向是物体运动的方向,也就是速度的方向.
解:每只船向对方放置麻袋过程中不会影响本船的速度, 船速之所以发生变化,是接受了对方的麻袋并与之发生相互作 用的结果.若选抛出麻袋后的此船与彼船扔来的麻袋所组成的 系统为研究对象,在水的阻力不计的情况下,系统动量守恒. 分别以各船原航行方向为正方向,则
对轻船系统有(m1-m)v1-mv2=0 ① 即(500-50)v1-50v2=0 对重船系统有(m2-m)v2-mv1=(m2-m+m)v ② 即(1 000-50)v2-50v1=1 000×8.5 解之可得:v1=1 m/s,v2=9 m/s.
知识点 4 动量守恒定律 1.动能和动量大小的换算 由 Ek=12mv2 和 p=mv 得 Ek=2pm2 或 p= 2mEk. 2.对动量守恒定律的理解 (1)定义:一个系统不受外力或者受外力之和为零,这个系 统的总动量保持不变.即 m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2.
(2)动量守恒定律成立的条件. ①系统不受外力或者所受外力之和为零. ②系统受外力,但外力远小于内力,可以忽略不计. ③系统在某一个方向上所受的合外力为零,则该方向上动 量守恒. ④全过程的某一阶段系统受的合外力为零,则该阶段系统 动量守恒.
题型 1
动量的矢量性与动能的标量性
【例题】关于物体的动量和动能,下列说法中正确的是
() A.一物体的动量不变,其动能一定不变
B.一物体的动能不变,其动量一定不变 C.两物体的动量相等,其动能一定相等 D.两物体的动能相等,其动量一定相等
解析:物体的动量不变实质就是速度不变,亦即速度大小 和方向均不变,所以其动能一定不变,A 对;而动能是标量, 动能不变,速度的方向是可以变化的,故其动量可以变化,B 错;至于物体的动量 p=mv 和动能 Ek=21mv2,即与物体的质量 有关,又与物体的速度有关,两个物体的质量不一定相等,速 度也不一定相等,所以其动量与动能不一定相等,C、D 都错.
2.一维碰撞中的动量守恒定律 (1)系统:当两个物体相互碰撞时,这两个物体之间发生了 相互作用,把具有相互作用的这两个物体称为系统.
(2)内力和外力:系__统__外__部__的其他物体对系统的作用力叫做 外力;_系__统__内__部__物体之间相互作用的力称为内力.
(3)动量守恒定律:当一个系统所受到的_合__外__力__为__零_时,系 统的_总__动__量__保__持__不__变__,这就是一维碰撞中的动量守恒定律.
答案:B
2.(双选)从水平地面上方同一高度处,使 a 球竖直上抛, 使 b 球平抛,且两球质量相等,初速度大小相同,最后落于同 一水平地面上(空气阻力不计).下列说法中正确的是( BD )
A.两球着地时的动量相同 B.两球着地时的动能相同 C.重力对两球的冲量相同 D.重力对两球所做的功相同 解析:a、b 两球的重力相同,落下的高度相同,所以做功 相同;a、b 两球的飞行时间不同,所以重力的冲量不同.BD 正确,AC 错.
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:一对作用力与反作用力中的两个力,既可以都做正 功(比如爆炸),也可以都做负功(比如相向运动发生碰撞而静止 的问题),也可以一个做正功,一个做负功(比如滑块在木板上 移动的问题),所以总功可能不等于零;但作用力与反作用力的 大小相等方向相反,作用时间相等,其总冲量必然等于零,只 有 B 正确.
A.减小冲量 B.减小动量的变化量 C.增大与地面的作用时间,从而减小冲力 D.增大人对地面的压强,起到安全作用 解析:根据动量定理,F=mvt-t mv0,脚尖先着地,增加了
脚与地面的作用时间,在动量变化量一定的情况下,脚与地面 的作用力变小,起到保护作用.
1.一对作wk.baidu.com力与反作用力做的总功为 W,总冲量为 I,下 列说法正确的是( )
定义式Δp=mvt-mv0 来求物体的动量变化量较为方便. b.动量定理的研究对象可以是一个物体,也可以是几个物
体组成的系统.由于系统内力的总冲量一定是零,不会改变系 统的总动量,所以对一个系统而言,“合外力的冲量等于系统 的动量变化”仍然成立.
c.如果物体的运动分为几个阶段,既可以分阶段用动量定 理,也可以对全过程用动量定理.对全过程而言,把各个阶段 的冲量分别计算出来,再求其矢量和,即为物体受到的总冲量.
3.两只小船逆向航行,航线邻近.在两船首尾相齐时,由 每只船上各自向对方放置一质量为 m=50 kg 的麻袋,结果载重 较小的船停了下来,另一船则以 v=8.5 m/s 的速度沿原方向航行. 设两只船及船上载重量分别为 m1=500 kg,m2=1 000 kg.问交 换麻袋前各船的速率是多大?(水的阻力不计)
(3)其他表达形式. p1+p2=p′1+p′2 Δp1+Δp2=0 Δp1= -Δp2 mm12=-ΔΔvv21.
【例题】如图 1-1-3 所示的装置中,木块 B 与水平桌面 间的接触面是光滑的,子弹 A 沿水平方向射入木块后留在木块 内,将弹簧压缩到最短.现将子弹、木块和弹簧合在一起作为 研究对象(系统),则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩 至最短的整个过程中( )
(4)表达式:m1v10+m2v20=m1v1+m2v2. (5)注意:动量守恒定律并不限于两个物体的相互作用,一 个系统可以包括任意数目的物体,只要整个系统受到的合外力 等于零,系统的总动量就守恒.
知识点 3 力的两大积累效应 1.力对时间的积累:I=Ft 根据牛顿第二定律:F=ma 加速度的定义式:a=vt-t v0 得到 F=ma=mvt-t v0,即:Ft=mvt-mv0 这就是动量定理.当合外力的_冲__量__等__于__零_时,很显然_动__量_ _的__变__化__量__为__零__,即总动量不变,这就是动量守恒定律.
(3)动量定理:合外力的冲量等于系统的动量变化量.表达 式为 Ft=mvt-mv0.
①冲量的方向和动量变化量的方向是同一个方向,也是力 的方向(或是加速度的方向),冲量的方向与动量的方向不一定 相同(相同、相反,或是成某一个角度).
②求某一个力的冲量有两种方法:一是用冲量的定义式 I =Ft;二是用动量定理 I=mvt- mv0.
图 1-1-3
A.动量守恒、机械能守恒 B.动量不守恒、机械能不守恒 C.动量守恒、机械能不守恒 D.动量不守恒、机械能守恒 解析:若以子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象(系统),从 子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短时,弹簧固定端墙壁对弹簧有外 力作用,因此动量不守恒.而在子弹射入木块时,存在剧烈摩擦作用, 有一部分能量转化为内能,机械能也不守恒.实际上,在子弹射入木 块这一瞬间过程,取子弹与木块为系统则可认为动量守恒(此瞬间弹 簧尚未形变).子弹射入木块与木块达到相同速度后压缩弹簧过程中, 机械能守恒,但动量不守恒. 答案:B
近现代通过加速器技术研究高能粒子的碰撞,产生了一种
全新的基本粒子研究手段.绝大多数粒子都是在粒子的碰撞中
发现的,当代物理离不开碰撞.
2.生活中的各种碰撞现象 碰撞的种类有正碰和斜碰两种.
(1)正碰:像台球的碰撞中若两个小球碰 撞时的速度沿着连心线方向,则称为正碰.如
图 1-1-1 所示.
图 1-1-1
答案:BD
题型 2 动量守恒定律的简单应用
【例题】质量为 M 的小车在光滑的水平地面上以 v0 匀速运 动,当车中的沙子从底部的漏斗中不断流下时,车子速度将
③求动量的变化量有两种方法:一是用动量变化量的定义
式Δp=mvt-mv0;二是用动量定理Δp=Ft.
(4)应用动量定理. ①对动量定理的理解
a.动量定理给出了状态量动量 p 和过程量冲量 I 之间的关 系,在合外力为恒力的情况下,用冲量Δp=Ft 来求物体的动量 变化量比较方便;在合外力为变力的情况下,用动量变化量的
2.力对空间的积累效应:W=Fs 根据牛顿第二定律:F=ma 运动学一个重要推论:v2t -v20=2as 得到 F=ma=mv2t -2sv20,亦即:Fs=21mv2t -21mv20. 这就是动能定理.当只有重力或弹力做功时,机械能守恒.
【例题】人从高处跳到低处时,为了安全,一般都让脚尖 先着地,这样做是为了( C )
答案:A
规律总结:动能是标量,表达式为 Ek=12mv2,动能是否变 化取决于合外力做的功,若合外力的总功不为零,动能必然变 化,若合外力的总功为零,动能必然不变;动量是矢量,表达 式为 p=mv,动量是否变化取决于合外力的冲量,当合外力的 冲量为零时,动量不变,当合外力的冲量不为零时,动量必然 改变.当物体的速度大小不变只是方向改变时,合外力的总功 为零,但合外力的冲量不为零,其动能是不变的,但动量的方 向必然改变.
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