高中物理 第1章 动量守恒研究 第2讲 动量守恒定律课件 鲁科版选修35.ppt

第1章 动量守恒研究 第2讲动量守恒定律 目标定位1 认识系统 内力 外力 理解动量守恒定律的内容 以及其适用条件 2 会用牛顿运动定律推导动量守恒定律 3 知道什么是反冲运动 了解它在实际中的应用 预习导学梳理 识记 点拨 一 动量守恒定律1 内容 如果一个系统 或者 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 p1 p2 或m1v1 m2v2 不受外力 所受外力为零 p1 p2 m1v1 m2v2 3 动量守恒定律的普适性动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一 不仅适用于低速 宏观物体的运动 而且也适用于 物体的运动 高速 微观 想一想如图1所示 在风平浪静的水面上 停着一艘帆船 船尾固定一台电风扇 正在不停地把风吹向帆面 船能向前行驶吗 为什么 答案不能 把帆船和电风扇看做一个系统 电风扇和帆船受到空气的作用力大小相等 方向相反 这是一对内力 系统总动量守恒 船原来是静止的 总动量为零 所以在电风扇吹风时 船仍保持静止 图1 二 反冲运动与火箭1 当空气喷出时 空气具有动量 气球要向方向运动 这种运动叫做反冲运动 2 火箭 1 原理 火箭的飞行应用了的原理 靠喷出气流的作用来获得巨大速度 2 影响火箭获得速度大小的因素 一是喷气速度 喷气速度 火箭能达到的速度越大 二是燃料质量 燃料质量 负荷 火箭能达到的速度也越大 相反 反冲 反冲 越大 越大 越小 3 反冲现象的应用及防止 1 应用 农田 园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时 一边喷水一边 可以自动改变喷水的方向 2 防止用枪射击时 由于枪身的反冲会影响射击的 所以用步枪射击时要把枪身抵在 以减少反冲的影响 旋转 准确性 肩部 想一想为什么反冲运动中系统动量守恒 答案反冲运动是系统内力作用的结果 虽然有时系统所受的合外力不为零 但由于系统内力远远大于外力 所以系统的总动量是守恒的 课堂讲义理解 深化 探究 一 对动量守恒定律的理解1 研究对象相互作用的物体组成的系统 2 动量守恒定律的成立条件 1 系统不受外力或所受合外力为零 2 系统受外力作用 但内力远远大于合外力时动量近似守恒 3 系统所受到的合外力不为零 但在某一方向上合外力为零 则系统在该方向上动量守恒 3 动量守恒定律的几个性质 1 矢量性 公式中的v1 v2 v1 和v2 都是矢量 只有它们在同一直线上 并先选定正方向 确定各速度的正 负 表示方向 后 才能用代数方法运算 2 相对性 速度具有相对性 公式中的v1 v2 v1 和v2 应是相对同一参考系的速度 一般取相对地面的速度 3 同时性 相互作用前的总动量 这个 前 是指相互作用前的同一时刻 v1 v2均是此时刻的瞬时速度 同理 v1 v2 应是相互作用后的同一时刻的瞬时速度 例1如图2所示 光滑的水平地面上有一上表面水平的小车c a b中间用一段轻绳相连接并有一被压缩的轻质弹簧 a b c均处于静止状态 若细绳被剪断后 a b滑离c之前 a b在c上向相反方向滑动 设a与c b与c之间的摩擦力大小分别用f1 f2表示 用p表示a b 弹簧组成的系统 用q表示a b c 弹簧组成的系统 关于a b在c上滑动的过程中 下列说法中正确的是 a 若f1 f2 则p和q动量均不守恒b 若f1 f2 则p动量守恒 q动量不守恒c 若f1 f2 则p动量守恒 q动量守恒d 若f1 f2 则p动量不守恒 q动量守恒 图2 解析对p 弹簧弹力为内力 而c对a c对b的摩擦力均为外力 若f1 f2 则p所受合外力为零 动量守恒 a错误 若f1 f2 则p所受合外力不为零 动量不守恒 c错误 而对q 由于弹簧的弹力 a与c b与c之间的摩擦力均为内力 无论f1与f2是否相等 q所受合外力均为零 动量守恒 b错误 d正确 答案d 针对训练1下列情形中 满足动量守恒条件的是 a 用铁锤打击放在铁砧上的铁块 打击过程中 铁锤和铁块的总动量b 子弹水平穿过放在光滑桌面上的木块的过程中 子弹和木块的总动量c 子弹水平穿过墙壁的过程中 子弹和墙壁的总动量d 棒击垒球的过程中 棒和垒球的总动量 解析a中竖直方向合力不为零 c中墙壁受地面的作用力 d中棒球受人手的作用力 故合力均不为零 不符合动量守恒的条件 答案b 二 动量守恒定律的简单应用1 动量守恒定律的表达式及含义 1 p p 系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p 2 p1 p2 相互作用的两个物体组成的系统 一个物体的动量变化量与另一个物体的动量变化量大小相等 方向相反 3 p 0 系统总动量增量为零 4 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 相互作用的两个物体组成的系统 作用前的动量和等于作用后的动量和 2 应用动量守恒定律的解题步骤 1 确定相互作用的系统为研究对象 2 分析研究对象所受的外力 3 判断系统是否符合动量守恒条件 4 规定正方向 确定初 末状态动量的正 负号 5 根据动量守恒定律列式求解 例2质量m1 10g的小球在光滑的水平桌面上以v1 30cm s的速率向右运动 恰遇上质量为m2 50g的小球以v2 10cm s的速率向左运动 碰撞后 小球m2恰好停止 则碰后小球m1的速度大小和方向如何 解析碰撞过程中 两小球组成的系统所受合外力为零 动量守恒 设向右为正方向 则各小球速度为v1 30cm s v2 10cm s v2 0 由动量守恒定律列方程m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 代入数据得v1 20cm s 故小球m1碰后的速度的大小为20cm s 方向向左 答案20cm s方向向左 借题发挥处理动量守恒应用题 三步曲 1 判断题目涉及的物理过程是否满足动量守恒的条件 2 确定物理过程及其系统内物体对应的初 末状态的动量 3 确定正方向 选取恰当的动量守恒的表达式列式求解 例3将两个完全相同的磁铁 磁性极强 分别固定在质量相等的小车上 水平面光滑 开始时甲车速度大小为3m s 乙车速度大小为2m s 方向相反并在同一直线上 如图3所示 图3 1 当乙车速度为零时 甲车的速度多大 方向如何 解析两个小车及磁铁组成的系统在水平方向不受外力作用 两车之间的磁力是系统内力 系统动量守恒 设向右为正方向 据动量守恒得 mv甲 mv乙 mv甲 代入数据解得v甲 v甲 v乙 3 2 m s 1m s 方向向右 答案1m s方向向右 2 由于磁性极强 故两车不会相碰 那么两车的距离最小时 乙车的速度是多大 方向如何 解析两车相距最小时 两车速度相同 设为v 由动量守恒得 mv甲 mv乙 mv mv 答案0 5m s方向向右 三 对反冲运动的理解1 反冲运动的特点 1 物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动 2 反冲运动中 相互作用的内力一般情况下远大于外力 所以可以用动量守恒定律来处理 3 反冲运动中 由于有其他形式的能转变为机械能 所以系统的总动能增加 2 讨论反冲运动应注意的两个问题 1 速度的反向性对于原来静止的整体 被抛出部分具有速度时 剩余部分的运动方向与被抛出部分的速度方向必然相反 2 速度的相对性一般都指对地速度 例4质量相等的a b两球之间压缩一根轻质弹簧 静置于光滑水平桌面上 当用板挡住小球a而只释放b球时 b球被弹出落到距桌边水平距离为s的地面上 如图4所示 若再次以相同力压缩该弹簧 取走a左边的挡板 将a b同时释放 则b球的落地点距桌边 图4 答案d 针对训练2如图5所示 一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置 由控制系统使箭体与卫星分离 已知前部分的卫星质量为m1 后部分的箭体质量为m2 分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行 若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化 则分离后卫星的速率v1为 图5 解析根据动量守恒定律列方程求解 对火箭和卫星由动量守恒定律得 m1 m2 v0 m2v2 m1v1 故选d 答案d 对点练习巩固 应用 反馈 对动量守恒条件的理解1 如图6所示 甲木块的质量为m1 以速度v沿光滑水平地面向前运动 正前方有一静止的 质量为m2的乙木块 乙木块上连有一轻质弹簧 甲木块与弹簧接触后 图6 a 甲木块的动量守恒b 乙木块的动量守恒c 甲 乙两木块所组成系统的动量守恒d 甲 乙两木块所组成系统的动能守恒答案c 2 木块a和b用一根轻弹簧连接起来 放在光滑水平面上 a紧靠在墙壁上 在b上施加向左的水平力使弹簧压缩 如图7所示 当撤去外力后 下列说法正确的是 a a尚未离开墙壁前 a和b组成的系统动量守恒b a尚未离开墙壁前 a和b组成的系统动量不守恒c a离开墙壁后 a和b组成的系统动量守恒d a离开墙壁后 a和b组成的系统动量不守恒 图7 解析a尚未离开墙壁前 墙壁对a有冲量 a和b组成的系统动量不守恒 a离开墙壁后 系统所受外力之和等于零 系统的动量守恒 答案bc 对反冲运动的理解3 小车上装有一桶水 静止在光滑水平地面上 如图8所示 桶的前 后 底及侧面各装有一个阀门 分别为s1 s2 s3 s4 图中未全画出 要使小车向前运动 可采用的方法是 a 打开阀门s1b 打开阀门s2c 打开阀门s3d 打开阀门s4 图8 解析反冲运动中 系统的两部分运动方向相反 要使小车向前运动 水应向后喷出 故选项b正确 答案b 动量守恒定律的简单应用4 如图9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150kg 碰撞前向右运动 速度的大小为4 5m s 乙同学和他的车的总质量为200kg 碰撞前向左运动 速度的大小为4 25m s 则碰撞后两车共同的运动速度为 取向右为正方向 图9 a 1m sb 0 5m sc 1m sd 0 5m s解析两车碰撞过程动量守恒 m1v1 m2v2 m1 m2 v 答案d 5 甲 乙两个玩具小车在光滑水平面上沿同一直线相向运动 它