高中物理教科版 (2019)選擇性必修第一冊(cè)3 動(dòng)量守恒定律獲獎(jiǎng)?wù)n件ppt-課件下載-教習(xí)網(wǎng)

1.能運(yùn)用動(dòng)量定理和牛頓第三定律分析碰撞，推導(dǎo)動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式。2.了解系統(tǒng)、內(nèi)力和外力，理解動(dòng)量守恒定律的條件(重點(diǎn))。3.能夠運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象(重點(diǎn))。4.了解動(dòng)量守恒定律的普遍適用性和牛頓運(yùn)動(dòng)定律適用范圍的局限性。
一、動(dòng)量守恒定律的理解
二、動(dòng)量守恒定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用
如圖所示是兩個(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，p1和p2分別是兩個(gè)小球碰撞前的動(dòng)量，p1′和p2′分別是兩個(gè)小球碰撞后的動(dòng)量。設(shè)兩球相互作用時(shí)間為t，試推導(dǎo)碰撞前后兩球總動(dòng)量的關(guān)系。
答案　由牛頓第三定律可知：
則：p1′－p1＝－(p2′－p2)即p1＋p2＝p1′＋p2′
1.系統(tǒng)：相互作用的兩個(gè)或多個(gè)物體作為一個(gè) 研究，這個(gè)整體叫作系統(tǒng)。2.內(nèi)力與外力(1)內(nèi)力：系統(tǒng)中物體間的作用力。(2)外力：系統(tǒng)以外的物體施加給系統(tǒng)內(nèi)物體的力。
3.動(dòng)量守恒定律(1)一個(gè)系統(tǒng) ，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。(2)表達(dá)式：m1v1＋m2v2＝。(3)適用條件：系統(tǒng) 或所受的合外力。(4)普適性：動(dòng)量守恒定律不僅適用于兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，也適用于多個(gè)物體組成的系統(tǒng)；不僅適用于低速、宏觀物體組成的系統(tǒng)，也適用于接近光速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子組成的系統(tǒng)。
不受外力或所受合外力為零
m1v1′＋m2v2′
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)運(yùn)動(dòng)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)量守恒定律的特性(1)系統(tǒng)性：研究對(duì)象是相互作用的兩個(gè)或多個(gè)物體組成的系統(tǒng)。(2)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，并先選定正方向，確定各速度的正負(fù)后，才能用代數(shù)方法運(yùn)算。(3)同時(shí)性：初動(dòng)量必須是各物體在作用前同一時(shí)刻的動(dòng)量，末動(dòng)量必須是各物體作用后同一時(shí)刻的動(dòng)量。(4)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。
下圖所反映的物理過程中，系統(tǒng)動(dòng)量守恒的是
A.只有甲和乙 B.只有丙和丁C.只有甲和丙 D.只有乙和丁
題圖甲中，在光滑水平面上，子彈水平射入木塊的過程中，子彈和木塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒；題圖丙中兩球勻速下降，說(shuō)明兩球組成的系統(tǒng)在豎直方向上所受的合外力為零，細(xì)線斷裂后，兩球組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，它們?cè)谒羞\(yùn)動(dòng)的過程中，兩球整體受力情況不變，遵循動(dòng)量守恒定律；
題圖乙中系統(tǒng)受到墻的彈力作用，題圖丁中斜面是固定的，題圖乙、丁所示過程系統(tǒng)所受合外力不為零，動(dòng)量不守恒，故只有甲、丙系統(tǒng)動(dòng)量守恒，即C正確。
(多選)如圖所示，A、B兩物體質(zhì)量之比為mA∶mB＝3∶2，原來(lái)靜止在足夠長(zhǎng)的平板小車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(shí)釋放后，則A.若A、B與平板車上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，則A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.若A、B與平板車上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，則A、B、C組成的系統(tǒng) 動(dòng)量守恒C.若A、B所受的摩擦力大小相等，則A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒D.若A、B所受的摩擦力大小相等，則A、B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒
若μA＝μB，mA∶mB＝3∶2，故fA∶fB＝3∶2，A、B組成的系統(tǒng)所受合外力不為零，所以A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，A項(xiàng)錯(cuò)誤；
當(dāng)fA＝fB，A、B組成的系統(tǒng)所受合外力為零，動(dòng)量守恒，C項(xiàng)正確；當(dāng)A、B、C作為系統(tǒng)時(shí)，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(dòng)量守恒，故B、D項(xiàng)正確。
系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒的判定方法1.選定研究對(duì)象及研究過程，分清外力與內(nèi)力。2.分析系統(tǒng)受到的外力矢量和是否為零，若外力矢量和為零，則系統(tǒng)動(dòng)量守恒。3.若外力在某一方向上合力為零，則在該方向上系統(tǒng)動(dòng)量守恒。系統(tǒng)動(dòng)量嚴(yán)格守恒的情況很少，在分析具體問題時(shí)要注意把實(shí)際過程理想化。4.多個(gè)物體情況下，選取不同的物體組成系統(tǒng)，會(huì)得出不同的結(jié)論。
在下列幾種現(xiàn)象中，所選系統(tǒng)動(dòng)量守恒的是A.在光滑水平面上，運(yùn)動(dòng)的小車迎面撞上一靜止的小車，以兩車為一系統(tǒng)B.運(yùn)動(dòng)員將鉛球從肩窩開始加速推出，以運(yùn)動(dòng)員和鉛球?yàn)橐幌到y(tǒng)C.從高空自由下落的重物落在靜止于地面上的車廂上，以重物和車廂為一系統(tǒng)D.光滑水平面上放一個(gè)表面光滑的斜面體，一個(gè)物體沿斜面滑下，以物體和斜面體為一系統(tǒng)
兩車組成的系統(tǒng)受到的合外力為零，故動(dòng)量守恒，A正確；人與鉛球組成的系統(tǒng)初動(dòng)量為零，末動(dòng)量不為零，B錯(cuò)誤；重物和車廂組成的系統(tǒng)的末動(dòng)量為零而初動(dòng)量不為零，C錯(cuò)誤；在物體沿斜面下滑時(shí)，向下的動(dòng)量增大，D錯(cuò)誤。
動(dòng)量守恒定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用
1.m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′：相互作用的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，作用前動(dòng)量的矢量和等于作用后動(dòng)量的矢量和。2.Δp1＝－Δp2：相互作用的兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)，一個(gè)物體的動(dòng)量變化量與另一個(gè)物體的動(dòng)量變化量大小相等、方向相反。3.Δp＝0：系統(tǒng)總動(dòng)量增量為零。
如圖所示，A、B兩個(gè)大小相同、質(zhì)量不等的小球放在光滑水平地面上，A以3 m/s的速率向右運(yùn)動(dòng)，B以1 m/s的速率向左運(yùn)動(dòng)，發(fā)生正碰后，試分析：
(1)若A、B兩小球都以2 m/s的速率向右運(yùn)動(dòng)，A、B的質(zhì)量滿足什么關(guān)系？
取水平向右為正方向vA＝3 m/s，vB＝－1 m/svA′＝2 m/s，vB′＝2 m/s根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mAvA＋mBvB＝mAvA′＋mBvB′得mA∶mB＝3∶1
(2)若A、B兩小球都以2 m/s的速率反彈，A、B質(zhì)量滿足什么關(guān)系？
vA″＝－2 m/s，vB″＝2 m/s根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mAvA＋mBvB＝mAvA″＋mBvB″得mA∶mB＝3∶5。
一枚在空中飛行的火箭質(zhì)量為m，在某時(shí)刻的速度大小為v，方向水平，燃料即將耗盡。此時(shí)，火箭突然炸裂成兩塊，其中質(zhì)量為m1的一塊沿著與v相反的方向飛去，速度大小為v1。求炸裂后瞬間另一塊的速度v2。
以炸裂前火箭速度方向?yàn)檎较?，則有：炸裂前火箭的總動(dòng)量為p＝mv炸裂后火箭的總動(dòng)量為p′＝－m1v1＋(m－m1)v2根據(jù)動(dòng)量守恒定律有mv＝－m1v1＋(m－m1)v2
即炸裂后瞬間另一塊運(yùn)動(dòng)方向與炸裂前火箭速度方向相同。
應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解題的步驟
考點(diǎn)一　動(dòng)量守恒定律的理解1.(2022·蚌埠二中高二期中)關(guān)于動(dòng)量守恒的條件，下列說(shuō)法正確的是A.只要系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力，系統(tǒng)動(dòng)量不可能守恒B.只要系統(tǒng)受外力做的功為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒C.只要系統(tǒng)所受到合外力的沖量為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒D.系統(tǒng)加速度為零，系統(tǒng)動(dòng)量不一定守恒
只要系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量就守恒，與系統(tǒng)內(nèi)是否存在摩擦力無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤；系統(tǒng)受外力做的功為零，但系統(tǒng)所受合外力不一定為零，系統(tǒng)動(dòng)量不一定守恒，如用繩子拴著一個(gè)小球，讓小球做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，小球轉(zhuǎn)過半圓的過程中，外力對(duì)系統(tǒng)做功為零，但小球的動(dòng)量不守恒，故B錯(cuò)誤；系統(tǒng)所受合外力的沖量為零，則系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故C正確；系統(tǒng)加速度為零，由牛頓第二定律可得，系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故D錯(cuò)誤。
2.(2021·全國(guó)乙卷)如圖，光滑水平地面上有一小車，一輕彈簧的一端與車廂的擋板相連，另一端與滑塊相連，滑塊與車廂的水平底板間有摩擦。用力向右推動(dòng)車廂使彈簧壓縮，撤去推力時(shí)滑塊在車廂底板上有相對(duì)滑動(dòng)。在地面參考系(可視為慣性系)中，從撤去推力開始，小車、彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)A.動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒B.動(dòng)量守恒，機(jī)械能不守恒C.動(dòng)量不守恒，機(jī)械能守恒D.動(dòng)量不守恒，機(jī)械能不守恒
因?yàn)榛瑝K與車廂水平底板間有摩擦，且撤去推力后滑塊在車廂底板上有相對(duì)滑動(dòng)，即摩擦力
做功，而水平地面是光滑的；對(duì)小車、彈簧和滑塊組成的系統(tǒng)，根據(jù)動(dòng)量守恒和機(jī)械能守恒的條件可知撤去推力后該系統(tǒng)動(dòng)量守恒，機(jī)械能不守恒，故選B。
3.如圖所示，小車與木箱緊挨著靜止放在光滑的水平冰面上，現(xiàn)有一男孩站在小車上用力向右迅速推出木箱，關(guān)于上述過程，下列說(shuō)法正確的是A.男孩和木箱組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.小車與木箱組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒C.男孩、小車與木箱三者組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒D.木箱的動(dòng)量變化量與男孩、小車的總動(dòng)量變化量相同
在男孩站在小車上用力向右迅速推出木箱的過程中男孩在水平方向受到小車的摩擦力，即男孩和木箱組成的系統(tǒng)所受合外力不為零，系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，A錯(cuò)誤；
小車在水平方向上受到男孩的摩擦力，即小車與木箱組成的系統(tǒng)所受合外力不為零，系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，B錯(cuò)誤；男孩、小車與木箱三者組成的系統(tǒng)所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，C正確；
木箱、男孩、小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，木箱的動(dòng)量增量與男孩、小車的總動(dòng)量增量大小相同，方向相反，D錯(cuò)誤。
4.(多選)(2022·中衛(wèi)市期末)如圖所示，A、B兩木塊緊靠在一起且靜止于光滑水平面上，木塊C(可視為質(zhì)點(diǎn))以一定的初速度v0從A的左端開始向右滑行，最后停在木塊B的右端，對(duì)此過程，下列敘述正確的是 A.當(dāng)C在A上滑行時(shí)，A、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.當(dāng)C在B上滑行時(shí)，B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒C.無(wú)論C是在A上滑行還是在B上滑行，A、B、C 三木塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量都守恒D.當(dāng)C在B上滑行時(shí)，A、B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒
當(dāng)C在A上滑行時(shí)，對(duì)A、C組成的系統(tǒng)，B對(duì)A的作用力為外力，不等于0，系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，故A錯(cuò)誤；
當(dāng)C在B上滑行時(shí)，A、B已分離，對(duì)B、C組成的系統(tǒng)，所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故B正確；若將A、B、C三木塊視為一個(gè)系統(tǒng)，則所受合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故C、D正確。
考點(diǎn)二　動(dòng)量守恒定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用5.如圖所示，一平板車停在光滑的水平面上，某同學(xué)站在小車上，若他設(shè)計(jì)下列操作方案，最終能使平板車持續(xù)地向右駛?cè)サ氖茿.該同學(xué)在圖示位置用大錘連續(xù)敲打車的左端B.只要從平板車的一端走到另一端即可C.在車上裝個(gè)電風(fēng)扇，不停地向左吹風(fēng)D.他站在車的右端將大錘丟到車的左端
把人和車看成整體，用大錘連續(xù)敲打車的左端，根據(jù)動(dòng)量守恒定律可知，系統(tǒng)水平方向的總動(dòng)量為零，車不會(huì)持續(xù)地向右駛?cè)?，故A錯(cuò)誤；
人從平板車的一端走到另一端的過程中，系統(tǒng)水平方向不受外力，動(dòng)量守恒，系統(tǒng)總動(dòng)量為零，車不會(huì)持續(xù)地向右駛?cè)ィ蔅錯(cuò)誤；電風(fēng)扇向左吹風(fēng)，電風(fēng)扇會(huì)受到一個(gè)向右的反作用力，從而使平板車持續(xù)地向右駛?cè)ィ蔆正確；
站在車的右端將大錘丟到車的左端的過程中，系統(tǒng)水平方向不受外力，動(dòng)量守恒，系統(tǒng)總動(dòng)量為零，車不會(huì)持續(xù)地向右駛?cè)ィ蔇錯(cuò)誤。
6.如圖所示，放在光滑水平面上的兩物體，它們之間有一個(gè)被壓縮的輕質(zhì)彈簧，用細(xì)線把它們拴住。已知兩物體靜止且質(zhì)量之比為m1∶m2＝2∶1，把細(xì)線燒斷后，兩物體被彈開，速度大小分別為v1和v2，動(dòng)能大小分別為Ek1和Ek2，則下列判斷正確的是A.彈開時(shí)，v1∶v2＝1∶1 B.彈開時(shí)，v1∶v2＝2∶1C.彈開時(shí)，Ek1∶Ek2＝2∶1 D.彈開時(shí)，Ek1∶Ek2＝1∶2
兩物體與彈簧組成的系統(tǒng)所受合外力為零，根據(jù)動(dòng)量守恒定律知，m1v1－m2v2＝0，所以v1∶v2＝m2∶m1＝1∶2，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤；
7.如圖所示，光滑水平面上有一輛質(zhì)量為4m的小車，車上左、右兩端分別站著甲、乙兩人，他們的質(zhì)量都是m，開始時(shí)兩個(gè)人和車一起以速度v0向右勻速運(yùn)動(dòng)。某一時(shí)刻，站在車右端的乙先以相對(duì)地面向右的速度v跳離小車，然后站在車左端的甲以相對(duì)于地面向左的速度v跳離小車。兩人都離開小車后，小車的速度大小將是大于v0，小于1.5v0D.大于1.5v0
兩人和車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，開始時(shí)動(dòng)量為6mv0，方向向右，當(dāng)乙、甲兩人先后以相對(duì)地面大小相等的速度向兩個(gè)方向跳離時(shí)，甲、乙兩人動(dòng)量的矢量和為零，則有6mv0＝4mv車，解得v車＝1.5v0，A正確。
8.質(zhì)量為M的木塊在光滑水平面上以速度v1水平向右運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量為m的子彈以速度v2水平向左射入木塊，要使木塊停下來(lái)，必須使發(fā)射子彈的數(shù)目為(子彈留在木塊中不穿出)
設(shè)發(fā)射子彈的數(shù)目為n，n顆子彈和木塊組成的系統(tǒng)在水平方向上所受的合外力為零，滿足動(dòng)量守恒的條件，選子彈運(yùn)動(dòng)的方向?yàn)檎较?，由?dòng)量守恒定律有nmv2－Mv1＝0，得n＝，故C正確。
9.(多選)如圖所示，木塊A、B用輕彈簧連接，放在光滑的水平面上，A緊靠墻壁，在木塊B上施加向左的水平力F，使彈簧壓縮，當(dāng)撤去外力后A.A尚未離開墻壁前，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)的動(dòng)量守恒B.A尚未離開墻壁前，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒C.A離開墻壁后，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒D.A離開墻壁后，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能不守恒
當(dāng)撤去外力F后，A尚未離開墻壁前，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)受到墻壁的作用力，系統(tǒng)所受
的外力不為零，所以系統(tǒng)的動(dòng)量不守恒，故A錯(cuò)誤；
以A、B及彈簧組成的系統(tǒng)為研究對(duì)象，在A離開墻壁前，除了系統(tǒng)內(nèi)彈力做功外，無(wú)其他力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故B正確；A離開墻壁后，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)所受的外力之和為0，所以系統(tǒng)動(dòng)量守恒，故C正確；
在A離開墻壁后，對(duì)A、B及彈簧組成的系統(tǒng)，除了系統(tǒng)內(nèi)彈力做功外，無(wú)其他力做功，A、B及彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒，故D錯(cuò)誤。
10.(2022·攀枝花市質(zhì)檢)質(zhì)量為M的機(jī)車后面掛著質(zhì)量為m的拖車，在水平軌道上以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，已知它們與水平軌道間的摩擦力與它們的質(zhì)量成正比。運(yùn)動(dòng)過程中拖車脫鉤，但當(dāng)時(shí)司機(jī)沒發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拖車剛停下來(lái)時(shí)，機(jī)車的速度為
11.如圖甲所示，光滑水平面上有A、B兩物塊，已知A物塊的質(zhì)量mA＝1 kg。初始時(shí)刻B靜止，A以一定的初速度向右運(yùn)動(dòng)，之后與B發(fā)生碰撞并一起運(yùn)動(dòng)，它們的位移—時(shí)間圖像如圖乙所示(規(guī)定向右為位移的正方向)，已知A、B碰撞時(shí)間極短(t＝0.01 s)，圖中無(wú)法顯示，則A.物塊B的質(zhì)量為2 kgB.物塊A對(duì)B的沖量為15 N·sC.A、B碰撞時(shí)的平均作用力大小為300 ND.A、B系統(tǒng)損失的機(jī)械能為8 J
對(duì)B有Ft＝mBv－0，解得F＝300 N，C正確；
12.(2023·瀘縣第一中學(xué)月考)如圖所示，在光滑水平面上，有一質(zhì)量M＝3 kg的薄板，板上有質(zhì)量m＝1 kg的物塊，兩者以v0＝4 m/s的初速度朝相反方向運(yùn)動(dòng)，薄板與物塊之間存在摩擦且薄板足夠長(zhǎng)，取水平向右為正方向，求：
(1)物塊最后的速度；
答案　2 m/s，方向水平向右
由于水平面光滑，物塊與薄板組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，設(shè)共同運(yùn)動(dòng)速度大小為v，由動(dòng)量守恒定律得，Mv0－mv0＝(m＋M)v代入數(shù)據(jù)解得v＝2 m/s，方向水平向右。

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