高中物理第1章碰撞与动量守恒1_2探究动量守恒定律教师用书沪科版选修3-5.pdf

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1、精品教案可编辑1.2 探究动量守恒定律学 习 目 标知 识 脉 络1.知道探究物体碰撞时动量变化规律的思路和方法.2.知道系统、内力、外力的概念.3.理解动量守恒定律的内容及表达式，理解其守恒的条件.(重点)4.了解动量守恒定律的普遍意义，会用动量守恒定律解决实际问题.(重点、难点)探究物体碰撞时动量的变化规律1.实验目的：探究物体碰撞前后总动量有何关系.2.实验器材：气垫导轨、滑块2 块、天平、光电门、数字毫秒计等.3.实验步骤(1)用天平测出两滑块质量m1、m2填入表格.(2)调整导轨使之处于水平状态，并使光电计时器系统开始工作.(3)导轨上一滑块静止，用另一滑块与其碰撞.记录两滑块的速度

2、变化.(v1、v1、v2填入下表中)精品教案可编辑(4)在一小车上帖上双面胶，用另一小车碰撞它，二者相碰后粘在一起.观察两小车碰撞前后的速度变化.(5)改变小车质量，重复步骤(1)(4).4.结论两物体在碰撞前后总动量的大小、方向均不变.1.如图 1-2-1所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做“探究碰撞中的不变量”的实验，实验步骤如下：图 1-2-1(1)把两滑块A、B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A、B，在A、B的固定挡板间放入一弹簧，使弹簧处于水平压缩状态.(2)按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块

3、运动时间的电子计时器，A、B与挡板C、D碰撞的同时，电子计时器自动停表，记下A至C的运动时间t1和B至D的运动时间t2.(3)重复几次取t1、t2的平均值.精品教案可编辑在调整气垫导轨时应注意_；应测量的数据还有_；只要关系式_ 成立，即可得出碰撞中守恒的量是mv的矢量和.【解析】(3)用水平仪测量使导轨水平；A端至C的距离L1，B端至D的距离L2；由于滑块和气垫导轨间的摩擦力很小，因此可以忽略不计，可认为滑块在导轨上做匀速直线运动，因此两滑块作用后的速度可分别表示为：vAL1t1，vBL2t2.若(Mm)L1t1ML2t2成立，则(Mm)vAMvB成立，即碰撞中守恒的量是mv的矢量和.【答案

4、】(3)用水平仪测量使导轨水平A端至C的距离L1，B端至D的距离L2(Mm)vAMvB2.某同学设计了一个用打点计时器“探究碰撞中的不变量”的实验，在小车A的前端粘有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起继续做匀速运动，如图1-2-2所示.在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为50 Hz.图 1-2-2(1)若已得到打点纸带如图1-2-3所示，并测得各计数点间的距离.则应选图中 _段来计算A碰前的速度，应选_ 段来计算A和B碰后的速度.图 1-2-3(2)已测得小车A的质量mA 0.40 kg，小车B的质量mB 0.20 kg，则由以上结果可得碰前mA

5、vAmBvB _kg m/s，碰后mAvAmBvB_kg m/s.(3)从实验数据的处理结果来看，A、B碰撞的过程中，可能哪个物理量是不变的？精品教案可编辑【解析】(1)因为小车A与B碰撞前、后都做匀速运动，且碰后A与B黏在一起，其共同速度比A原来的速度小.所以，应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算A碰前的速度，选点迹分布均匀且点距较小的DE段计算A和B碰后的速度.(2)由题图可知，碰前A的速度和碰后A、B的共同速度分别为：vA10.50 10 20.025m/s 1.05 m/svAvB6.95 1020.025m/s 0.695 m/s故碰撞前：mAvAmBvB 0.40 1.05 kg

6、 m/s 0.20 0 kg m/s 0.420 kg m/s碰撞后：mAvAmBvB(mAmB)vA(0.40 0.20)0.695 kg m/s 0.417 kg m/s.(3)数据处理表明，mAvAmBvBmAvAmBvB，即在实验误差允许的范围内，A、B碰撞前后总的物理量mv是不变的.【答案】(1)BCDE(2)0.420 0.417(3)mv动 量 守 恒 定 律先填空 1.系统、内力和外力(1)系统把几个有相互作用的物体合称为系统.(2)内力系统内物体间的相互作用力.(3)外力系统外的物体对系统内物体的作用力.2.动量守恒定律(1)内容如果一个系统不受外力，或者所受合外力为零，那么

7、这个系统的总动量保持不变.精品教案可编辑(2)成立条件系统不受外力作用.系统受外力作用，但合外力为零.系统受外力作用，合外力也不为零，但合外力远小于内力.这种情况严格地说只是动量近似守恒，但却是最常见的情况.系统所受到的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，或在某一方向上外力比内力小得多，则系统在该方向上动量守恒.3.动量守恒定律的适用范围它是自然界最普遍，最基本的规律之一.不仅适用于低速、宏观领域，而且适用于高速、微观领域.再判断 1.对于由几个物体组成的系统，物体所受的重力为内力.()2.某个力是内力还是外力是相对的，与系统的选取有关.()3.一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒.

8、()4.只要合外力对系统做功为零，系统动量就守恒.()5.系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零.()后思考 1.系统总动量为零，是不是组成系统的每个物体的动量都等于零？【提示】不是.系统总动量为零，并不一定是每个物体的动量都为零，还可以是几个物体的动量并不为零，但它们的矢量和为零.2.动量守恒定律和牛顿第二定律的适用范围是否一样？【提示】动量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围要广.自然界中，大到天体的相互作用，小到质子、中子等基本粒子间的相互作用都遵循动量守恒定律，而牛顿运动定律有其局限性，它只适用于低速运动的宏观物体，对于运动速度接近光速的物体，牛顿运动定律不再适用.精品教案可编辑核心点击

9、1.对系统“总动量保持不变”的理解(1)系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等，不仅仅是初、末两个状态的总动量相等.(2)系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能都在不断变化.(3)系统的总动量指系统内各物体动量的矢量和，总动量不变指的是系统的总动量的大小和方向都不变.2.动量守恒定律的五个性质(1)矢量性：定律的表达式是一个矢量式，其矢量性表现在：该式说明系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，方向也相同.在求初、末状态系统的总动量pp1p2和pp1p2时，要按矢量运算法则计算.如果各物体动量的方向在同一直线上，要选取一正方向，将矢量运算转化为代数运算.(2)相对性：在动量守恒定

10、律中，系统中各物体在相互作用前后的动量必须相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为对地的速度.(3)条件性：动量守恒定律的成立是有条件的，应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件.(4)同时性：动量守恒定律中p1、p2必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p1、p2必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量.(5)普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统.3.动量守恒定律的三种表达式(1)pp或m1v1m2v2m1v1m2v2(系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p，大小相等，方向相

11、同).(2)p1p2或m1v1m2v2(系统内一个物体的动量变化量与另一物体的动量变化量等大反向).精品教案可编辑(3)ppp0(系统总动量的变化量为零).4.应用动量守恒定律的解题步骤明确研究对象，确定系统的组成受力分析，确定动量是否守恒规定正方向，确定初、末状态动量根据动量守恒定律，建立守恒方程代入数据，求出结果并讨论说明3.关于动量守恒的条件，下面说法正确的是()A.只要系统内有摩擦力，动量就不可能守恒B.只要系统所受合外力为零，系统动量就守恒C.系统加速度为零，系统动量一定守恒D.只要系统所受合外力不为零，则系统在任何方向上动量都不可能守恒E.系统所受合外力不为零，但系统在某一方向上动

12、量可能守恒【解析】动量守恒的条件是系统所受合外力为零，与系统内有无摩擦力无关，选项 A错误、B 正确.系统加速度为零时，根据牛顿第二定律可得系统所受合外力为零，所以此时系统动量守恒，选项C 正确.系统合外力不为零时，在某方向上合外力可能为零，此时在该方向上系统动量守恒，选项D 错误，E正确.【答案】BCE图 1-2-44.如图 1-2-4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p1，此时B球的动量大小为p2，则下列等式成立的是()精品教案可编辑【导学号：67080004】A.p1p2p1p2B.p1p2p1p2C.

13、p1p1p2p2D.p1p1p2p2E.p1p1(p2p2)【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、p1、p2均表示动量的大小，所以碰前的动量为p1p2，碰后的动量为p1p2，B 对.经变形得p1p1p2p2，D 对.E项对应的是A、B两物体的动量变化量大小相等方向相反.【答案】BDE图 1-2-55.如图 1-2-5所示，A、B两物体的质量比mAmB 32，它们原来静止在平板车C上，A、B间有一根被压缩了的弹簧，A、B与平板车上表面间动摩擦因数相同，地面光滑.当弹簧突然释放后，若A、B两物体分别向左、右运动，则有()A.A、B系统动

14、量守恒B.A、B系统动量不守恒C.A、B、C系统动量守恒D.小车向左运动E.小车向右运动【解析】弹簧释放后，C对A的摩擦力向右，大小为mAg，C对B的摩擦力向左，大小为mBg，所以A、B系统所受合外力方向向右，动量不守恒，选项B 正确.由于力的作用是相互的，A对C的摩擦力向左，大小为mAg，B对C的摩擦力向右，大小为mBg，所以C所受合外力方向向左而向左运动，选项D 正确.由于地面光滑，A、B、C系统所受合精品教案可编辑外力为零，动量守恒，选项C 正确.【答案】BCD6.如图 1-2-6所示，游乐场上，两位同学各驾着一辆碰碰车迎面相撞，此后，两车以共同的速度运动；设甲同学和他的车的总质量为15

15、0 kg，碰撞前向右运动，速度的大小为4.5 m/s，乙同学和他的车的总质量为200 kg.碰撞前向左运动，速度的大小为4.25 m/s，则碰撞后两车共同的运动速度为(取向右为正方向)_.图 1-2-6【导学号：67080005】【解析】两车碰撞过程动量守恒.m1v1m2v2(m1m2)v，得vm1v1m2v2m1m2150 4.5 200 4.25150 200m/s 0.5 m/s.【答案】0.5 m/s7.a、b两球在光滑的水平面上沿同一直线发生正碰，作用前a球动量pa 30 kg m/s，b球动量pb0，碰撞过程中，a球的动量减少了20 kg m/s，则碰撞后b球的动量为 _.【解析】

16、碰撞过程中，a球的动量减少了20 kg m/s，故此时a球的动量是10 kg m/s，a、b两球碰撞前后总动量保持不变，仍为30 kg m/s，则碰撞后b球的动量为20 kg m/s.【答案】20 kg m/s8.(2015浙江高考)一辆质量m1 3.0 103kg 的小货车因故障停在车道上，后面一辆质量m21.5 103kg 的轿车来不及刹车，直接撞入货车尾部失去动力.相撞后两车一起沿轿车运动方向滑行了s6.75 m停下.已知车轮与路面间的动摩擦因数0.6，求碰撞前轿车的速度大小.(重力加速度取g10 m/s2)【解析】由牛顿第二定律得aFfm1m2g6 m/s2v2as9 m/s精品教案可

17、编辑由动量守恒定律得m2v0(m1m2)vv0m1m2m2v27 m/s.【答案】27 m/s关于动量守恒定律理解的三个误区(1)误认为只要系统初、末状态的动量相同，则系统动量守恒.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)误认为两物体作用前后的速度在同一条直线上时，系统动量才能守恒.产生该错误认识的原因是没有正确理解动量守恒的条件，动量是矢量，只要系统不受外力或所受合外力为零，则系统动量守恒，系统内各物体的运动不一定共线.(3)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.