教科版 (2019)選擇性必修 第一冊(cè)3 動(dòng)量守恒定律圖片ppt課件

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1.探究相互作用的兩個(gè)物體的動(dòng)量變化特點(diǎn)。(科學(xué)探究)2.理解系統(tǒng)、內(nèi)力、外力的概念。(物理觀念)3.掌握動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容及表達(dá)式和守恒的條件。(物理觀念)4.能用動(dòng)量守恒定律解決物理問題。(科學(xué)思維)5.了解動(dòng)量守恒定律的普遍意義。(科學(xué)態(tài)度與責(zé)任)
基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識(shí)全過關(guān)
重難探究·能力素養(yǎng)全提升
學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)
一、動(dòng)量守恒定律1.理論探究?jī)蓚€(gè)質(zhì)量均為m的小球以相同的速率相向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞的三個(gè)瞬間如圖所示。通過探究小球的碰撞過程可知:相互碰撞的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng),總動(dòng)量　　　　　　　。?
2.動(dòng)量守恒定律(1)系統(tǒng):由兩個(gè)(或多個(gè))相互作用的物體構(gòu)成的　　　　。?(2)內(nèi)力:系統(tǒng)中物體間的相互作用力。(3)外力:系統(tǒng)外部的物體施加給系統(tǒng)的作用力。(4)動(dòng)量守恒定律:如果一個(gè)系統(tǒng)　　　　　　　,或者　　　　　　　　,無(wú)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(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。? 指系統(tǒng)內(nèi)各物體動(dòng)量的矢量和
二、動(dòng)量守恒定律的普適性無(wú)論在微觀、宏觀還是　　　　領(lǐng)域,無(wú)論是何種形式的相互作用,只要系統(tǒng)所受的　　　　　　　　,動(dòng)量守恒定律都是適用的。?如果系統(tǒng)內(nèi)相互作用的物體不只是兩個(gè),而是三個(gè)或者多個(gè),只要系統(tǒng)不受外力或所受的　　　　　　　　時(shí),系統(tǒng)的動(dòng)量也是　　　　的。?
情境鏈接如圖所示,在風(fēng)平浪靜的水面上停著一艘帆船,船尾有一臺(tái)電風(fēng)扇,正把風(fēng)水平地吹向帆面。該艘帆船能向前行駛嗎?為什么?
提示 不能,帆船不能向前行駛。電風(fēng)扇、船與帆組成一個(gè)系統(tǒng),由于系統(tǒng)所受合外力為0,系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,由于系統(tǒng)的初動(dòng)量為0,所以風(fēng)水平吹向帆面后,帆船的速度為0,不能向前行駛。
教材拓展閱讀教材P17“發(fā)展空間”。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),在物理學(xué)的基礎(chǔ)研究中,人們給予對(duì)稱性和相關(guān)的守恒定律越來(lái)越多的關(guān)注。對(duì)比牛頓運(yùn)動(dòng)定律,你認(rèn)為動(dòng)量守恒定律的適用范圍與其是否一樣?
提示 動(dòng)量守恒定律比牛頓運(yùn)動(dòng)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(dòng)量守恒定律。而牛頓運(yùn)動(dòng)定律有其局限性,它只適用于低速運(yùn)動(dòng)的宏觀物體,對(duì)于運(yùn)動(dòng)速度接近光速的物體,牛頓運(yùn)動(dòng)定律不再適用。
易錯(cuò)辨析(1)對(duì)于由幾個(gè)物體組成的系統(tǒng),物體所受的重力為內(nèi)力。(　　)(2)某個(gè)力是內(nèi)力還是外力是相對(duì)的,與系統(tǒng)的選取有關(guān)。(　　)(3)一個(gè)系統(tǒng)初、末狀態(tài)動(dòng)量大小相等,即動(dòng)量守恒。(　　)(4)只要合外力對(duì)系統(tǒng)做功為零,系統(tǒng)動(dòng)量就守恒。(　　)
探究點(diǎn)一　動(dòng)量守恒條件的理解
導(dǎo)學(xué)探究在光滑的水平面上有一輛平板車,一個(gè)人站在車上用大錘敲打車的左端,如圖所示。我們能看到非常有趣的現(xiàn)象:在連續(xù)的敲打下,這輛車不是持續(xù)地向右運(yùn)動(dòng),而是左右振動(dòng)。為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象?
提示 人、錘和車組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒。人把錘向上揮起,車向右運(yùn)動(dòng),當(dāng)錘停下,車也停下;當(dāng)人揮動(dòng)錘敲打車,車向左運(yùn)動(dòng),敲打結(jié)束,錘停止,車也停止,故車左右振動(dòng),不能持續(xù)地向右運(yùn)動(dòng)。
知識(shí)歸納1.動(dòng)量守恒定律的成立條件(1)系統(tǒng)不受外力或所受合外力為零。(2)系統(tǒng)所受合外力不為零,但合外力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于內(nèi)力,此時(shí)動(dòng)量近似守恒。(3)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(dòng)量守恒。
2.動(dòng)量守恒定律的幾個(gè)性質(zhì)(1)矢量性。公式中的v1、v2、v1'和v2'都是矢量,只有它們?cè)谕恢本€上,并選定正方向,確定各速度的正、負(fù)(表示方向)后,才能用代數(shù)方法運(yùn)算。(2)相對(duì)性。速度具有相對(duì)性,公式中的v1、v2、v1'和v2'應(yīng)是相對(duì)同一參考系的速度,一般取相對(duì)地面的速度。(3)同時(shí)性。相互作用前的總動(dòng)量,這個(gè)“前”是指相互作用前的某一時(shí)刻,v1、v2均是此時(shí)刻的瞬時(shí)速度;同理,v1'、v2'應(yīng)是相互作用后的同一時(shí)刻的瞬時(shí)速度。
應(yīng)用體驗(yàn)【例1】 滑雪是深受人們喜愛的一種冰雪運(yùn)動(dòng)。某滑雪場(chǎng)中的部分滑道如圖所示。某次滑雪中,甲同學(xué)沿傾斜滑道從A點(diǎn)勻速下滑,經(jīng)過傾斜滑道和水平滑道的連接點(diǎn)B,在C點(diǎn)追上乙同學(xué),并撞在一起(相碰并抱住對(duì)方,此過程時(shí)間極短)。下列說(shuō)法正確的是(　　)A.甲同學(xué)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的過程中機(jī)械能守恒B.傾斜滑道對(duì)甲同學(xué)的沖量垂直斜面向上C.撞在一起的過程中甲、乙兩同學(xué)構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒D.撞在一起的過程中甲、乙兩同學(xué)構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒
解析 甲同學(xué)沿傾斜滑道從A點(diǎn)勻速下滑,有摩擦力做功,所以機(jī)械能不守恒,故A錯(cuò)誤;甲同學(xué)沿傾斜滑道從A點(diǎn)勻速下滑,受力平衡,傾斜滑道對(duì)甲同學(xué)的力豎直向上,與重力等大反向,所以傾斜滑道對(duì)甲同學(xué)的沖量豎直向上,故B錯(cuò)誤;撞在一起的過程用時(shí)極短,內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力,所以甲、乙兩同學(xué)構(gòu)成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒,故C正確;撞在一起,兩同學(xué)共速,動(dòng)能有損失,所以此過程中甲、乙兩同學(xué)構(gòu)成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒,故D錯(cuò)誤。
方法技巧　判定動(dòng)量守恒的方法(1)動(dòng)量守恒定律的研究對(duì)象是相互作用的物體組成的系統(tǒng)。判斷系統(tǒng)的動(dòng)量是否守恒,與選擇哪幾個(gè)物體作為系統(tǒng)和分析哪一段運(yùn)動(dòng)過程有直接關(guān)系。(2)判定系統(tǒng)的動(dòng)量是否守恒,要注意守恒的條件是系統(tǒng)不受外力或所受合外力的矢量和為零,因此要分清哪些力是內(nèi)力,哪些力是外力。(3)系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,并不是系統(tǒng)內(nèi)各物體的動(dòng)量都不變。一般來(lái)說(shuō),系統(tǒng)的動(dòng)量守恒時(shí),系統(tǒng)內(nèi)各物體的動(dòng)量是變化的,但系統(tǒng)內(nèi)各物體的動(dòng)量的矢量和是不變的。
對(duì)點(diǎn)演練1在2022年北京冬奧會(huì)中,中國(guó)隊(duì)獲得短道速滑混合接力冠軍,創(chuàng)造了歷史。在比賽過程中,接棒運(yùn)動(dòng)員A提前以較小速度滑行,后面運(yùn)動(dòng)員B追上運(yùn)動(dòng)員A時(shí),會(huì)猛推運(yùn)動(dòng)員A一把,使其獲得更大的速度。如果在兩運(yùn)動(dòng)員相互作用時(shí),忽略運(yùn)動(dòng)員與冰面間在水平方向上的相互作用,則兩運(yùn)動(dòng)員組成的系統(tǒng)(　　)A.機(jī)械能守恒,水平方向動(dòng)量守恒B.機(jī)械能守恒,水平方向動(dòng)量不守恒C.機(jī)械能不守恒,水平方向動(dòng)量守恒D.機(jī)械能不守恒,水平方向動(dòng)量不守恒
解析 兩運(yùn)動(dòng)員組成的系統(tǒng),水平方向受力平衡,水平方向動(dòng)量守恒,在B推A的過程中有內(nèi)力做功,轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的機(jī)械能,則系統(tǒng)的機(jī)械能增加。故選C。
探究點(diǎn)二　動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用
導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,質(zhì)量為M的小船在靜止的水面上以速率v0向右勻速行駛,一質(zhì)量為m的救生員站在船尾,相對(duì)小船靜止。若救生員以相對(duì)水面速率v水平向左躍入水中,則救生員躍出后小船的速率會(huì)發(fā)生什么變化?
提示 小船的速率會(huì)變大,因?yàn)槿嗽谲S出的過程中,船、人組成的系統(tǒng)水平方向上動(dòng)量守恒,規(guī)定向右為正方向,有(M+m)v0=Mv'-mv,v'=v0+ (v0+v),v'大于v0。
知識(shí)歸納1.對(duì)系統(tǒng)“總動(dòng)量保持不變”的理解(1)系統(tǒng)在整個(gè)過程中任意兩個(gè)時(shí)刻的總動(dòng)量都相等,不僅僅是初、末兩個(gè)狀態(tài)的總動(dòng)量相等。(2)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變,但系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)物體的動(dòng)量可能都在不斷地變化。(3)系統(tǒng)的總動(dòng)量指系統(tǒng)內(nèi)各物體動(dòng)量的矢量和,總動(dòng)量不變指的是系統(tǒng)的總動(dòng)量的大小和方向都不變。
2.動(dòng)量守恒定律的三種表達(dá)式(1)p=p'或m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'(系統(tǒng)相互作用前的總動(dòng)量p等于相互作用后的總動(dòng)量p',大小相等,方向相同)。(2)Δp1=-Δp2或m1Δv1=-m2Δv2(系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)物體動(dòng)量的變化量與另一物體動(dòng)量的變化量等大反向)。(3)Δp=p'-p=0(系統(tǒng)總動(dòng)量的變化量為零)。3.應(yīng)用動(dòng)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(duì)象;(2)分析研究對(duì)象所受的外力;(3)判斷系統(tǒng)是否符合動(dòng)量守恒的條件;(4)規(guī)定正方向,確定初、末狀態(tài)動(dòng)量的正、負(fù)號(hào);(5)根據(jù)動(dòng)量守恒定律列式求解。
應(yīng)用體驗(yàn)【例2】 如圖所示,在光滑水平面上有兩個(gè)并排靜止放置的木塊A、B,已知mA=0.5 kg,mB=0.3 kg?，F(xiàn)有質(zhì)量m0=0.08 kg的小物塊C從A左端以初速度v0=25 m/s沿水平方向向右滑動(dòng),由于C與A、B間均有摩擦,C最終停在B上,B、C最后的共同速度v=2.5 m/s。求:(1)木塊A最終的速度大小;(2)小物塊C滑離木塊A的瞬時(shí)速度大小。
答案 (1)2.1 m/s(2)4 m/s解析 (1)選A、B、C整體為研究對(duì)象,取水平向右為正方向,設(shè)木塊A的最終速度為v1,根據(jù)動(dòng)量守恒定律,有m0v0=mAv1+(mB+m0)·v解得v1=2.1 m/s。(2)設(shè)C滑離A時(shí)的速度為v2,當(dāng)C滑離A后,對(duì)B、C由動(dòng)量守恒定律,有m0v2+mBv1=(mB+m0)·v解得v2=4 m/s。
對(duì)點(diǎn)演練2如圖所示,質(zhì)量mB=1 kg的平板小車B在光滑水平面上以v1=1 m/s的速度向左勻速運(yùn)動(dòng),當(dāng)t=0時(shí),質(zhì)量mA=2 kg的小鐵塊A以v2=2 m/s的速度水平向右滑上小車,A與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2。若A最終沒有滑出小車,g取10 m/s2。求A相對(duì)小車停止運(yùn)動(dòng)時(shí),小車的速度大小和方向。
答案 1 m/s　向右解析 A相對(duì)小車停止運(yùn)動(dòng),A、B以共同的速度運(yùn)動(dòng),設(shè)其速度為v,取v1的方向?yàn)檎较?由動(dòng)量守恒定律得-mAv2+mBv1=(mA+mB)v
負(fù)號(hào)表示v的方向與v1方向相反,即向右。
1.(動(dòng)量守恒定律的理解)(2023海南?？诟叨谥?在光滑水平面上停著一足夠長(zhǎng)的木板車,木板車的右端停著一輛四驅(qū)賽車。如果開動(dòng)賽車使之在木板車上向左運(yùn)動(dòng),則木板車(　　)A.向右運(yùn)動(dòng)B.向左運(yùn)動(dòng)C.保持靜止D.運(yùn)動(dòng)方向無(wú)法確定
解析 木板車與賽車組成的系統(tǒng)所受合外力為零,系統(tǒng)動(dòng)量守恒,原來(lái)賽車與木板車都靜止,系統(tǒng)總動(dòng)量為零。賽車向左運(yùn)動(dòng),賽車的動(dòng)量向左,系統(tǒng)總動(dòng)量為零,由動(dòng)量守恒定律可知,木板車的動(dòng)量向右,大小與賽車動(dòng)量大小相等,木板車向右運(yùn)動(dòng),故選A。
2.(動(dòng)量守恒條件的理解)(2023江蘇蘇州常熟中學(xué)高二期中)如圖所示,載有物資的無(wú)人機(jī)靜止于空中某高度處,某時(shí)刻吊掛的物資突然脫落,空氣對(duì)無(wú)人機(jī)的作用力始終不變,不計(jì)物資受到的空氣作用力,則從物資脫落到物資落地前的時(shí)間內(nèi),脫落的物資和無(wú)人機(jī)組成的系統(tǒng)的動(dòng)量(　　)A.為零B.方向豎直向上C.方向豎直向下D.方向均有可能
解析 由于無(wú)人機(jī)和物資靜止在空中,故空氣對(duì)無(wú)人機(jī)的作用力等于無(wú)人機(jī)和物資所受重力之和;物資脫落后,以無(wú)人機(jī)和物資構(gòu)成的整體為研究對(duì)象,系統(tǒng)所受合外力仍為零。從物資脫落到物資落地前的過程中,由于系統(tǒng)一開始的初動(dòng)量為零,根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知,系統(tǒng)的末動(dòng)量也為零。故選A。
3.(動(dòng)量守恒定律的基本應(yīng)用)(多選)一個(gè)質(zhì)量為M的平板車靜止在光滑的水平面上,在平板車的車頭與車尾站著甲、乙兩人,質(zhì)量分別為m1和m2。當(dāng)兩人分別以速率v1、v2相向而行時(shí)(　　)A.當(dāng)m1>m2時(shí),平板車與甲運(yùn)動(dòng)方向一致B.當(dāng)v1>v2時(shí),平板車與甲運(yùn)動(dòng)方向一致C.當(dāng)m1v1=m2v2時(shí),平板車靜止不動(dòng)D.當(dāng)m1v1>m2v2時(shí),平板車運(yùn)動(dòng)方向與乙運(yùn)動(dòng)方向一致
解析 甲、乙兩人及平板車組成的系統(tǒng),由于水平地面光滑且系統(tǒng)不受外力,所以系統(tǒng)的動(dòng)量守恒,由題可知,該系統(tǒng)的初動(dòng)量為零。當(dāng)甲、乙兩人相向而行時(shí),兩人動(dòng)量的方向相反,如果動(dòng)量大小相等,即m1v1=m2v2,則兩人的動(dòng)量和為零,平板車也將保持不動(dòng);如果甲的動(dòng)量大于乙的動(dòng)量,即m1v1>m2v2,兩人的動(dòng)量和不為零,動(dòng)量和的方向與甲的運(yùn)動(dòng)方向相同,則平板車必然具有一個(gè)等大反向的動(dòng)量,才能使系統(tǒng)的動(dòng)量為零,即平板車的運(yùn)動(dòng)方向與甲的運(yùn)動(dòng)方向相反,與乙的運(yùn)動(dòng)方向相同,反之亦然。故A、B錯(cuò)誤,C、D正確。
4.(動(dòng)量守恒定律的基本應(yīng)用)如圖所示,一水平放置的光滑操作臺(tái)上靜置有兩滑塊A、B,用細(xì)線將滑塊A、B連接,使A、B間的輕質(zhì)彈簧處于壓縮狀態(tài)(A、B兩物體與彈簧不連接)。剪斷細(xì)線,滑塊A、B被彈簧彈開并最終落到地面,落地點(diǎn)分別為M、N。已知A、B的質(zhì)量分別為mA=1 kg、mB=2 kg,操作臺(tái)距離地面高h(yuǎn)=1.25 m,M距操作臺(tái)左邊緣的水平距離x1=1.5 m,g取10 m/s2。試求:(1)A水平拋出的初速度大小;(2)B落地點(diǎn)N到操作臺(tái)右邊緣的水平距離x2。
答案 (1)3 m/s　(2)0.75 m