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高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律多媒体教学课件ppt
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这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律多媒体教学课件ppt，共29页。PPT课件主要包含了由两个或多个等内容，欢迎下载使用。
【教学目标】1.能运用动量定理和牛顿第三定律分析碰撞现象中的动量变化.2.在了解系统、内力和外力的基础上,理解动量守恒定律.3.能够运用动量守恒定律分析生产生活中的有关现象.4.了解动量守恒定律的普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性.
【教材分析与教学建议】动量守恒定律既适用于宏观世界,也适用于微观世界;既适用于低速运动,又适用于高速运动.它是适用范围比牛顿运动定律更广的一条普遍规律.本节根据牛顿第三定律和动量定理推导得出:不受外力(或所受外力的矢量和为0)的系统,在系统内部相互作用的过程中,这个系统的总动量保持不变.建立在牛顿第三定律及动量定理基础上的理论推导和本章第1节的实验探究相结合,有利于帮助学生更好地理解动量守恒定律,深化对物体之间相互作用规律的理解.动量守恒定律既是本章的核心内容,也是整个高中物理的重点内容.本节的教学重点是理解动量守恒定律的内容和适用条件,掌握运用动量守恒定律解决问题的步骤,并能应用动量守恒定律解决相关的问题.
学习任务一:对动量守恒条件的理解
[物理观念] 阅读教材第11页,进行推导如图所示,在光滑水平桌面上,质量分别为m1、m2的两球A、B沿着同一直线分别以v1和v2的速度同向运动,v2>v1.当B球追上A球时发生碰撞,碰撞后A、B两球的速度分别为v'1和v'2.试用动量定理和牛顿第三定律推导两球碰前总动量m1v1+m2v2与碰后总动量m1v'1+m2v2'的关系.
设碰撞过程中两球受到的作用力分别为F1、F2,相互作用时间为t.根据动量定理得F1t=m1(v'1-v1),F2t=m2(v'2-v2).因为F1与F2是两球间的相互作用力,根据牛顿第三定律可知F1=-F2,有m1v'1-m1v1=m2v2-m2v'2,即m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2,此式表明两球在相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量,这就是动量守恒定律的表达式.
[教材链接] 阅读教材第12页,填写相关知识(1)系统、内力和外力①系统: 相互作用的物体构成的一个整体. ②内力:系统 物体间的相互作用力. ③外力:系统 的物体对系统 的物体的作用力. (2)动量守恒定律:①内容:如果一个系统不受 ,或者所受 的矢量和为0,这个系统的总动量保持不变.
②表达式:对两个物体组成的系统,常写成 或者p1+p2=p'1+p'2. ③适用条件:系统不受 或者所受 的矢量和为零.
m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2
例1 如图所示,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.(1)若地面不光滑,则子弹打击木块瞬间,子弹和木块组成的系统动量守恒吗?(2)子弹射入木块后将弹簧压缩到最短过程中,子弹、木块、弹簧组成的系统动量守恒吗?
[答案] (1)守恒,子弹打击木块的内力远大于木块与地面间的摩擦力.(2)不守恒,弹簧受墙壁的作用力.
变式 [2020·辽宁省实验中学高二月考] 如图所示的四幅图所反映的物理过程中,系统动量守恒的是( )A.只有甲、乙B.只有丙、丁C.只有甲、丙D.只有乙、丁
[解析] 在光滑水平面上,子弹射入木块的过程中,系统所受合外力为零,系统动量守恒,故甲正确;剪断细线,弹簧恢复原长的过程,墙壁对滑块有作用力,系统所受合外力不为零,系统动量不守恒,故乙错误;木球与铁球的系统所受合力为零,系统动量守恒,故丙正确;木块下滑过程中,斜面始终受挡板作用力,系统动量不守恒,故丁错误.
1.关于动量守恒定律理解的两个误区:(1)误认为只要系统初、末状态的动量相同,系统动量就守恒.产生误区的原因是没有正确理解动量守恒定律.系统在变化的过程中每一个时刻动量均不变,才符合动量守恒定律.(2)误认为动量守恒定律中各物体的动量可以相对于任何参考系.出现该误区的原因是没有正确理解动量守恒定律.应用动量守恒定律时,各物体的动量必须是相对于同一惯性参考系,一般情况下,选地面为参考系.2.某一方向上系统动量守恒:系统所受外力的矢量和虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统动量守恒.
[科学探究] 光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的小球,沿同一水平方向做匀速直线运动,速度分别为v1、v2,且v1
守恒,m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2.
例2 如图所示,两块磁铁分别固定在甲、乙两辆小车上,小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动.已知甲车及其上磁铁的总质量为0.5 kg,乙车及其上磁铁的总质量为1.0 kg,两块磁铁的N极相对.现使两车相向运动,某时刻甲车的速率为2 m/s,乙车的速率为3 m/s.两车运动过程中始终未相碰.(1)两车相距最近时,乙车的速度为多大?(2)甲车开始反向运动时,乙车的速度为多大?
变式 一辆平板车沿光滑水平面运动,车的质量m=20 kg,运动速度v0=4 m/s,求下列情况下平板车最终的速度大小(车的上表面粗糙且足够长):(1)一个质量m'=2 kg的沙包从5 m高处落入车内;(2)将一个质量m'=2 kg的沙包以5 m/s的速度迎面扔入车内.
1.应用动量守恒定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,选取研究过程;(2)分析内力和外力的情况,判断是否符合动量守恒条件;(3)选定正方向,确定初、末状态的动量,最后根据动量守恒定律列方程求解.
2.动量守恒定律的“五性”
1.如图所示,A、B两个小球在光滑水平面上沿同一直线相向运动,它们的动量大小分别为p1和p2,碰撞后A球继续向右运动,动量大小为p'1,此时B球的动量大小为p2',则下列等式成立的是( )A.p1+p2=p'1+p'2B.p1-p2=p'1-p'2C.p'1-p1=p'2+p2D.-p'1+p1=p'2+p2
[解析] 因水平面光滑,所以A、B两球组成的系统在水平方向上动量守恒.取向右为正方向,由于p1、p2、p'1、p'2均表示动量的大小,所以碰前的动量为p1-p2,碰后的动量为p'1+p'2,由系统动量守恒知p1-p2=p'1+p'2,变形得-p'1+p1=p'2+p2,D正确.
2.(多选)如图所示,木块A静置于光滑的水平面上,其曲面部分MN光滑,水平部分NP粗糙.现有一物体B自M点由静止下滑,设NP足够长,则以下说法正确的是( )A.A、B最终以同一不为零的速度运动B.A、B最终速度均为零C.木块A先做加速运动,后做减速运动D.木块A先做加速运动,后做匀速运动
[解析] 对于木块A和物体B组成的系统,由于在水平方向上不受外力,故系统在水平方向上动量守恒.因系统初动量为零,故任一时刻A、B在水平方向上的动量之和均为零,又因NP足够长,B最终与A速度相同,此速度为零,选项A错误,B正确;木块A先做加速运动,后做减速运动,选项C正确,D错误.
3.如图所示,甲、乙两物体在光滑水平面上沿同一直线相向运动,甲、乙两物体的速度大小分别为3 m/s和1 m/s,碰撞后甲、乙两物体都反向运动,速度大小均为2 m/s,则甲、乙两物体质量之比为( )A.2∶3B.2∶5C.3∶5D.5∶3
[解析] 选取碰撞前甲物体的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得m甲v1-m乙v2=-m甲v'1+m乙v'2,解得m甲∶m乙=3∶5,选项C正确.
4.如图所示,甲车质量m1=20 kg,车上有质量M=50 kg的人,甲车(连同车上的人)以v=3 m/s的速度向右行驶,此时质量m2=50 kg的乙车正以v0=1.8 m/s的速度迎面驶来,为了避免两车相撞,当两车相距适当距离时,人从甲车跳到乙车上,求人跳出甲车的水平速度(相对地面)应当在什么范围以内才能避免两车相撞?(不计地面和小车的摩擦,且乙车足够长)
[答案] 大于或等于3.8 m/s
[解析] 人跳到乙车上后,如果两车同向运动,则甲车的速度小于或等于乙车的速度就可以避免两车相撞以人、甲车、乙车组成的系统为研究对象,由水平方向上动量守恒得(m1+M)v-m2v0=(m1+m2+M)v',解得v'=1 m/s以人与甲车组成的系统为研究对象,人跳离甲车过程中在水平方向上动量守恒,有(m1+M)v=m1v'+Mv″解得v″=3.8 m/s因此,只要人跳离甲车的速度v″≥3.8 m/s,就可避免两车相撞.
1.(对动量守恒的理解)如图所示,小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上,现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱.关于上述过程,下列说法中正确的是( )A.男孩和木箱组成的系统动量守恒B.小车与木箱组成的系统动量守恒C.男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒D.木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同
[解析] 由动量守恒定律成立的条件可知,男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒,选项A、B错误,C正确;木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量大小相等,方向相反,选项D错误.
2.(对动量守恒的理解)(多选)如图所示,在光滑的水平面上有一静止的斜面,斜面光滑.现有一个小球从斜面顶端由静止释放,在小球下滑的过程中,以下说法正确的是( )A.斜面和小球组成的系统动量守恒B.斜面和小球组成的系统仅在水平方向上动量守恒C.斜面向右运动D.斜面静止不动
[解析] 系统所受合力不为零,故斜面和小球组成的系统动量不守恒,选项A错误;斜面和小球组成的系统在水平方向上不受外力,故水平方向上动量守恒,选项B正确;由水平方向上动量守恒知斜面向右运动,选项C正确,选项D错误.
【教学目标】1.能运用动量定理和牛顿第三定律分析碰撞现象中的动量变化.2.在了解系统、内力和外力的基础上,理解动量守恒定律.3.能够运用动量守恒定律分析生产生活中的有关现象.4.了解动量守恒定律的普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性.
【教材分析与教学建议】动量守恒定律既适用于宏观世界,也适用于微观世界;既适用于低速运动,又适用于高速运动.它是适用范围比牛顿运动定律更广的一条普遍规律.本节根据牛顿第三定律和动量定理推导得出:不受外力(或所受外力的矢量和为0)的系统,在系统内部相互作用的过程中,这个系统的总动量保持不变.建立在牛顿第三定律及动量定理基础上的理论推导和本章第1节的实验探究相结合,有利于帮助学生更好地理解动量守恒定律,深化对物体之间相互作用规律的理解.动量守恒定律既是本章的核心内容,也是整个高中物理的重点内容.本节的教学重点是理解动量守恒定律的内容和适用条件,掌握运用动量守恒定律解决问题的步骤,并能应用动量守恒定律解决相关的问题.
学习任务一:对动量守恒条件的理解
[物理观念] 阅读教材第11页,进行推导如图所示,在光滑水平桌面上,质量分别为m1、m2的两球A、B沿着同一直线分别以v1和v2的速度同向运动,v2>v1.当B球追上A球时发生碰撞,碰撞后A、B两球的速度分别为v'1和v'2.试用动量定理和牛顿第三定律推导两球碰前总动量m1v1+m2v2与碰后总动量m1v'1+m2v2'的关系.
设碰撞过程中两球受到的作用力分别为F1、F2,相互作用时间为t.根据动量定理得F1t=m1(v'1-v1),F2t=m2(v'2-v2).因为F1与F2是两球间的相互作用力,根据牛顿第三定律可知F1=-F2,有m1v'1-m1v1=m2v2-m2v'2,即m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2,此式表明两球在相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量,这就是动量守恒定律的表达式.
[教材链接] 阅读教材第12页,填写相关知识(1)系统、内力和外力①系统: 相互作用的物体构成的一个整体. ②内力:系统 物体间的相互作用力. ③外力:系统 的物体对系统 的物体的作用力. (2)动量守恒定律:①内容:如果一个系统不受 ,或者所受 的矢量和为0,这个系统的总动量保持不变.
②表达式:对两个物体组成的系统,常写成 或者p1+p2=p'1+p'2. ③适用条件:系统不受 或者所受 的矢量和为零.
m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2
例1 如图所示,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.(1)若地面不光滑,则子弹打击木块瞬间,子弹和木块组成的系统动量守恒吗?(2)子弹射入木块后将弹簧压缩到最短过程中,子弹、木块、弹簧组成的系统动量守恒吗?
[答案] (1)守恒,子弹打击木块的内力远大于木块与地面间的摩擦力.(2)不守恒,弹簧受墙壁的作用力.
变式 [2020·辽宁省实验中学高二月考] 如图所示的四幅图所反映的物理过程中,系统动量守恒的是( )A.只有甲、乙B.只有丙、丁C.只有甲、丙D.只有乙、丁
[解析] 在光滑水平面上,子弹射入木块的过程中,系统所受合外力为零,系统动量守恒,故甲正确;剪断细线,弹簧恢复原长的过程,墙壁对滑块有作用力,系统所受合外力不为零,系统动量不守恒,故乙错误;木球与铁球的系统所受合力为零,系统动量守恒,故丙正确;木块下滑过程中,斜面始终受挡板作用力,系统动量不守恒,故丁错误.
1.关于动量守恒定律理解的两个误区:(1)误认为只要系统初、末状态的动量相同,系统动量就守恒.产生误区的原因是没有正确理解动量守恒定律.系统在变化的过程中每一个时刻动量均不变,才符合动量守恒定律.(2)误认为动量守恒定律中各物体的动量可以相对于任何参考系.出现该误区的原因是没有正确理解动量守恒定律.应用动量守恒定律时,各物体的动量必须是相对于同一惯性参考系,一般情况下,选地面为参考系.2.某一方向上系统动量守恒:系统所受外力的矢量和虽不为零,但在某个方向上的分量为零,则在该方向上系统动量守恒.
[科学探究] 光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的小球,沿同一水平方向做匀速直线运动,速度分别为v1、v2,且v1
守恒,m1v1+m2v2=m1v'1+m2v'2.
例2 如图所示,两块磁铁分别固定在甲、乙两辆小车上,小车能在水平面上无摩擦地沿同一直线运动.已知甲车及其上磁铁的总质量为0.5 kg,乙车及其上磁铁的总质量为1.0 kg,两块磁铁的N极相对.现使两车相向运动,某时刻甲车的速率为2 m/s,乙车的速率为3 m/s.两车运动过程中始终未相碰.(1)两车相距最近时,乙车的速度为多大?(2)甲车开始反向运动时,乙车的速度为多大?
变式 一辆平板车沿光滑水平面运动,车的质量m=20 kg,运动速度v0=4 m/s,求下列情况下平板车最终的速度大小(车的上表面粗糙且足够长):(1)一个质量m'=2 kg的沙包从5 m高处落入车内;(2)将一个质量m'=2 kg的沙包以5 m/s的速度迎面扔入车内.
1.应用动量守恒定律解题的一般步骤(1)确定研究对象,选取研究过程;(2)分析内力和外力的情况,判断是否符合动量守恒条件;(3)选定正方向,确定初、末状态的动量,最后根据动量守恒定律列方程求解.
2.动量守恒定律的“五性”
1.如图所示,A、B两个小球在光滑水平面上沿同一直线相向运动,它们的动量大小分别为p1和p2,碰撞后A球继续向右运动,动量大小为p'1,此时B球的动量大小为p2',则下列等式成立的是( )A.p1+p2=p'1+p'2B.p1-p2=p'1-p'2C.p'1-p1=p'2+p2D.-p'1+p1=p'2+p2
[解析] 因水平面光滑,所以A、B两球组成的系统在水平方向上动量守恒.取向右为正方向,由于p1、p2、p'1、p'2均表示动量的大小,所以碰前的动量为p1-p2,碰后的动量为p'1+p'2,由系统动量守恒知p1-p2=p'1+p'2,变形得-p'1+p1=p'2+p2,D正确.
2.(多选)如图所示,木块A静置于光滑的水平面上,其曲面部分MN光滑,水平部分NP粗糙.现有一物体B自M点由静止下滑,设NP足够长,则以下说法正确的是( )A.A、B最终以同一不为零的速度运动B.A、B最终速度均为零C.木块A先做加速运动,后做减速运动D.木块A先做加速运动,后做匀速运动
[解析] 对于木块A和物体B组成的系统,由于在水平方向上不受外力,故系统在水平方向上动量守恒.因系统初动量为零,故任一时刻A、B在水平方向上的动量之和均为零,又因NP足够长,B最终与A速度相同,此速度为零,选项A错误,B正确;木块A先做加速运动,后做减速运动,选项C正确,D错误.
3.如图所示,甲、乙两物体在光滑水平面上沿同一直线相向运动,甲、乙两物体的速度大小分别为3 m/s和1 m/s,碰撞后甲、乙两物体都反向运动,速度大小均为2 m/s,则甲、乙两物体质量之比为( )A.2∶3B.2∶5C.3∶5D.5∶3
[解析] 选取碰撞前甲物体的速度方向为正方向,根据动量守恒定律得m甲v1-m乙v2=-m甲v'1+m乙v'2,解得m甲∶m乙=3∶5,选项C正确.
4.如图所示,甲车质量m1=20 kg,车上有质量M=50 kg的人,甲车(连同车上的人)以v=3 m/s的速度向右行驶,此时质量m2=50 kg的乙车正以v0=1.8 m/s的速度迎面驶来,为了避免两车相撞,当两车相距适当距离时,人从甲车跳到乙车上,求人跳出甲车的水平速度(相对地面)应当在什么范围以内才能避免两车相撞?(不计地面和小车的摩擦,且乙车足够长)
[答案] 大于或等于3.8 m/s
[解析] 人跳到乙车上后,如果两车同向运动,则甲车的速度小于或等于乙车的速度就可以避免两车相撞以人、甲车、乙车组成的系统为研究对象,由水平方向上动量守恒得(m1+M)v-m2v0=(m1+m2+M)v',解得v'=1 m/s以人与甲车组成的系统为研究对象,人跳离甲车过程中在水平方向上动量守恒,有(m1+M)v=m1v'+Mv″解得v″=3.8 m/s因此,只要人跳离甲车的速度v″≥3.8 m/s,就可避免两车相撞.
1.(对动量守恒的理解)如图所示,小车与木箱紧挨着静止在光滑的水平冰面上,现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱.关于上述过程,下列说法中正确的是( )A.男孩和木箱组成的系统动量守恒B.小车与木箱组成的系统动量守恒C.男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒D.木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同
[解析] 由动量守恒定律成立的条件可知,男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒,选项A、B错误,C正确;木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量大小相等,方向相反,选项D错误.
2.(对动量守恒的理解)(多选)如图所示,在光滑的水平面上有一静止的斜面,斜面光滑.现有一个小球从斜面顶端由静止释放,在小球下滑的过程中,以下说法正确的是( )A.斜面和小球组成的系统动量守恒B.斜面和小球组成的系统仅在水平方向上动量守恒C.斜面向右运动D.斜面静止不动
[解析] 系统所受合力不为零,故斜面和小球组成的系统动量不守恒,选项A错误;斜面和小球组成的系统在水平方向上不受外力,故水平方向上动量守恒,选项B正确;由水平方向上动量守恒知斜面向右运动,选项C正确,选项D错误.
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