广西专版新教材高中物理第1章动量守恒定律1动量课件新人教版选择性必修第一册

1、1动量课前基础认知课堂重难突破素养目标定位随 堂 训 练素养目标定位目 标 素 养1.明确探究碰撞中的不变量的基本思路,在对实验数据的处理过程中,提高学生合作探究能力。2.掌握在同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法,通过对实验数据的记录与处理,培养学生实事求是的科学态度。3.明确动量的概念,知道其矢量性。4.知道动量的变化量是矢量,会计算一维情况下动量的变化量。知 识 概 览课前基础认知一、寻求碰撞中的不变量1.质量不同小球的碰撞:大小相同、质量不同的B、C两小球,C球质量大于B球质量。碰撞后B球摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。可以看出,碰撞后,B球得到的速度比C球碰撞前的

2、速度大,两球碰撞前后两者的速度之和并不相等。引发我们思考:对于所有碰撞,碰撞前后到底什么量会是不变的呢?2.合理猜想不变量。(1)两个物体碰撞前后动能之和可能是不变的。(2)两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的。微思考怎样才能保证碰撞是一维的?提示:利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动,也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动,或使两物体重心连线与速度方向共线。二、动量1.动量。(1)定义:物理学中把质量和速度的乘积mv定义为物体的动量,用字母p表示,即p= mv 。(2)单位:国际制单位是千克米每秒,符号是kgm/s。(3)方向:动量是矢量,动量的方向与速度的方向相同。2.

3、动量的变化量。物体在某段时间内末动量p与初动量p的矢量差(也是矢量), p= p-p (矢量式)。微判断1.动量的方向与物体的速度方向相同。()2.质量和速率都相同的物体的动量一定相同。()3.动量相同的物体运动方向不一定相同。()4.物体的质量越大,动量一定越大。()5.物体的动量相同,其动能也一定相同。()课堂重难突破一 实验:寻求碰撞中的不变量重难归纳【实验目的】 寻求碰撞中的不变量。1.碰撞中的特殊情况一维碰撞。两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动。高中阶段仅限于用一维碰撞进行研究。在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度,因此实验要测量物体的质量

4、和速度。2.寻求碰撞中的不变量。(1)碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态,不是我们寻找的“不变量”。(2)必须在多种碰撞的情况下都不改变的量,才是我们寻找的“不变量”。(3)在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为m1、m2,其中,m1是运动小车的质量,m2是静止小车的质量;v是运动小车碰撞前的速度,v1、v2分别是碰撞后两辆小车的速度。如果速度与规定的正方向一致,则速度取正值,否则取负值。碰撞中的不变量可能是质量与速度的乘积,那么就相应地验证m1v=m1 v1+m2v2。碰撞中的不变量可能是质量与速度的二次方的乘积,那么就相应地验证m1v2=m1v12+m2v22。碰撞中的

5、不变量也许是物体的速度与质量的比值,那么就相应地验证当然还有其他可能,依次进行验证。【实验器材】 气垫导轨、数字计时器、滑块(带挡光板)两个、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平。【实验原理】1.质量的测量:用天平测量质量。2.速度的测量:用滑轨上的数字计时器测量。3.利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。【实验步骤】 如图所示,利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞。【数据处理】 为了探究碰撞中的不变量,将实验中测得的物理量填入以下表格,然后探究不变量。【实验结论】 从实验的数据可以看出,此实验中两辆小车碰撞前后,动能之和并不相等,但是质量与

6、速度的乘积之和却基本不变。【误差分析】 1.系统误差。(1)碰撞是否为一维碰撞。设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。(2)碰撞中其他力(例如摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时相互作用力外的其他力影响物体速度。2.偶然误差。测量和读数的准确性带来的误差。实验中应规范测量和读数,同时增加测量次数,取平均值,尽量减小偶然误差的影响。典例剖析某同学利用气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验,气垫导轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。(1)下面是实验的主要步骤。安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;向气垫导轨通入压缩空

7、气;接通数字计时器;把滑块2静止放在气垫导轨的中间;滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧有固定弹簧的滑块2碰撞,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动;读出滑块通过两个光电门的挡光时间,滑块1通过光电门1的挡光时间t1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间t2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间t3=8.35 ms;测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)质量为m2=200 g。(2)数据处理与实验结论。实验中气垫导轨的作用:A.;B. 。碰撞前滑块1的速度v1为 m/s

8、;碰撞后滑块1的速度v2为 m/s;滑块2的速度v3为 m/s。(结果保留两位有效数字)在误差允许的范围内,通过本实验,同学们可以探究出哪些物理量是不变的?通过对实验数据的分析说明理由。(至少回答2个不变量)a. ; 。b. ; 。答案:(2)大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差保证两个滑块的碰撞是一维的0.500.10 0.60见解析a.碰撞前后物体质量与速度的乘积之和不变。原因:碰撞前物体的质量与速度的乘积m1v1=0.15 kgm/s,碰撞后物体的质量与速度的乘积之和m1v2+m2v3=0.15 kgm/s。b.碰撞前后总动能不变。规律方法1.实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在

9、,利用气垫导轨进行实验,调节时注意利用水平仪,确保导轨水平。2.利用气垫导轨结合光电门进行实验探究不仅能保证碰撞是一维的,还可以做出多种情形的碰撞,物体碰撞前后速度的测量简单,误差较小,准确性较高,是最佳探究方案。学以致用在用气垫导轨做探究碰撞中的不变量实验时,左侧滑块质量m1=170 g,右侧滑块质量m2=110 g,挡光片宽度为3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如图所示。开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为t1=0.32 s,t2=0.21 s。规定向左为正方向,则两滑块的速度分别为v1= m/s, v2= m/

10、s。烧断细线前m1v1+m2v2= kg m/s,烧断细线后m1v1+m2v2= kg m/s。可得到的结论是。答案:0.094-0.14302.510-4在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2解析:两滑块速度 烧断细线前m1v1+m2v2=0烧断细线后m1v1+m2v2=(0.1700.094-0.1100.143)kg m/s=2.510-4 kg m/s在实验允许的误差范围内,m1v1+m2v2=m1v1+m2v2。二 动量重难归纳1.动量的性质。(1)动量是状态量:通常说物体的动量是指物体在某一时刻或某一位置的动量,因此计算时相应的速度应取这一时刻或这一位置的瞬

11、时速度。(2)动量是矢量:动量的方向与物体瞬时速度的方向相同,计算动量时,如果物体在同一条直线上运动,则选定一个正方向后,动量的矢量运算就可以转化为代数运算。(3)动量具有相对性:因物体的速度与参考系的选取有关,故物体的动量也与参考系的选取有关。通常在不说明参考系的情况下,物体的动量是指相对地面的动量。2.动量的变化量:动量的运算遵循平行四边形定则。当p2、p1在同一条直线上时,可规定正方向,将矢量运算转化为代数运算。3.动量和动能的比较。特别提醒由于动量是矢量,动能是标量,所以物体的动量发生了变化,其动能不一定发生变化;物体的动能发生了变化,其动量一定发生变化。如图所示,质量为m、速度为v的

12、小球与挡板发生碰撞,碰后以大小不变的速度反向弹回。小球碰撞挡板前后的动量是否相同?小球碰撞挡板前后的动能是否相同?小球碰撞挡板过程中动量变化量大小是多少?提示:小球碰撞挡板前后动量大小相等,方向相反;小球碰撞挡板前后的动能相同;动量变化量大小是2mv。典例剖析羽毛球是速度最快的球类运动之一,运动员扣杀羽毛球的速度可达到342 km/h。假设球飞来的速度为90 km/h,运动员将球以342 km/h的速度反向击回。设羽毛球质量为5 g,击球过程只用了0.05 s。求:(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量;(2)运动员击球过程中羽毛球的动能变化量。答案:(1)0.6 kg m/s,方向与羽毛球

13、飞来的方向相反(2)21 J解析:(1)以羽毛球飞来的方向为正方向,则所以动量的变化量p=p2-p1=(-0.475-0.125)kg m/s=-0.6 kg m/s所以羽毛球的动量变化量大小为0.6 kg m/s,方向与羽毛球飞来的方向相反。(2)羽毛球的初速度为v=25 m/s,羽毛球的末速度为v=-95 m/s,规律方法1.动量p=mv,大小由m和v共同决定。2.动量p和动量的变化量p均为矢量,计算时要注意其方向性。3.动能是标量,动能的变化量等于末动能与初动能大小之差。4.物体的动量变化时动能不一定变化,动能变化时动量一定变化。学以致用(多选)下列说法正确的是()A.动能变化的物体,动

14、量一定变化B.动能不变的物体,动量一定不变C.动量变化的物体,动能一定变化D.动量大的物体,动能不一定大答案:AD随 堂 训 练1.(多选)在探究碰撞中的不变量的实验中,若用气垫导轨和数字计时装置进行探究,则需要的测量仪器(或工具)有()A.停表B.天平C.毫米刻度尺D.螺旋测微器答案:BC解析:在该实验中,需要测量物体的质量和挡光片的宽度,即需要天平和毫米刻度尺。2.关于动量,下列说法正确的是()A.速度大的物体,它的动量一定也大B.动量大的物体,它的速度一定也大C.只要物体运动的速度大小不变,物体的动量也保持不变D.质量一定的物体,动量变化越大,该物体的速度变化一定越大答案:D解析:动量由

15、质量和速度共同决定,只有质量和速度的乘积大,动量才大,选项A、B错误;动量是矢量,只要速度方向变化,动量也发生变化,选项C错误;由p=mv知选项D正确。3.(多选)关于动量的变化,下列说法正确的是()A.做直线运动的物体速度增大时,动量的增量p与速度的方向相同B.做直线运动的物体速度减小时,动量的增量p与运动方向相反C.物体的速度大小不变时,动量的增量p为零D.物体做曲线运动时,动量的增量p一定不为零答案:AB解析:当做直线运动的物体速度增大时,其末动量p2大于初动量p1,由矢量的运算法则可知p=p2-p10,与速度方向相同,选项A正确;当做直线运动的物体速度减小时,p=p2-p10,p与物体

16、的运动方向相反,选项B正确;当物体的速度大小不变时,动量可能保持不变,此种情况p=0,也有可能动量大小不变而方向变化,此种情况p0,选项C错误;物体做圆周运动且回到原点时,p为零,选项D错误。4.一质量为2 kg的物体,速度由向东3 m/s变为向西3 m/s,在这个过程中该物体的动量变化量的大小与动能的变化量分别是()A.0、0B.0、18 JC.12 kgm/s、0D.12 kgm/s、18 J答案:C解析:规定向西为正方向,物体动量变化量为mv-m(-v)=12 kgm/s,方向向西;动能Ek= mv2,故这个过程中,动能变化量为0,故选项C正确,A、B、D错误。5.质量为5 kg的小球以5 m/s的速度竖直落到地板上,随后以3 m/s的速度反向弹回。若取竖直向下的方向为正方向,则小球动量的变化量为。答案:-40 kg m/s解析:取向下为正方向,则碰撞前小球的动量为正