2022-2022学年高中物理第1章碰撞与动量守恒2探究动量守恒定律精练含解析沪教版选修3-5.doc
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1、12探究动量守恒定律1.理解动量守恒定律确实切含义和表达式,知道定律的适用条件和适用范围(重点)2.正确区分内力和外力3会应用动量守恒定律分析计算有关问题(重点难点) 学生用书P5一、探究物体碰撞时动量的变化规律1实验探究需要进行以下步骤(1)猜测与假设;(2)制定方案与设计实验;(3)进行实验与收集证据;(4)分析与论证;(5)评估;(6)交流与合作2在制定方案与设计方案中,方案使用气垫导轨进行实验探究方案:使滑块甲碰撞静止的滑块乙,碰撞后粘在一起运动完成该实验需要测量的数据有:滑块甲的质量、滑块乙的质量、碰撞前滑块甲的速度、碰撞后甲、乙共同运动的速度二、动量守恒定律1几个概念(1)系统:几
2、个有相互作用的物体的合称(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如下图,光滑水平面上有一质量为m1的小车A ,其上面有一个质量为m2的物体B正在沿粗糙曲面下滑以A和B两个物体为系统,试分析系统的内力和外力分别是哪些力?提示:B和A之间的作用力是系统内的物体之间的相互作用力,是内力具体地说,A对B的弹力和摩擦力以及B对A的反作用力(压力和摩擦力)是内力地球是系统外的物体,因此,地球施于A和B的重力以及地面对A的弹力是外力2动量守恒定律的条件(1)系统不受外力;(2)系统所受合外力为零3动量守恒定律表达式:假设两个物体碰撞前的动量分别为p1、p2,碰撞后的动
3、量分别为p1、p2,那么动量守恒定律的表达式为p1p2p1p2;假设用速度表示动量守恒定律,表达式为m1v1m2v2m1v1m2v2(1)一个系统初、末状态动量大小相等,即动量守恒()(2)两个做匀速直线运动的物体发生碰撞,两个物体组成的系统动量守恒()(3)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零()提示:(1)(2)(3)探究物体碰撞时动量变化的规律学生用书P51实验目的:定量研究两物体碰撞时动量变化的规律2实验原理:欲研究碰撞过程中动量变化遵循的规律,需测量两个物体碰撞前后的动量为此需测量碰撞物体的质量需要定量测量碰撞前后物体的速度从而确定碰撞前后物体的动量变化规律3实验方案:利用气垫导轨
4、实现一维碰撞(1)质量的测量:用天平测量(2)速度的测量:v,式中s为滑块(挡光板)的宽度,t为数字计时器显示的滑块(挡光板)经过光电门的时间4实验器材:气垫导轨、滑块(3块)、天平、光电门、数字毫秒表等5实验步骤(1)将两个质量相等的滑块装上相同的挡光板,放在光滑气垫导轨的中部两滑块靠在一起,压缩其间的弹簧,并用细线拴住,使滑块处于静止状态烧断细线,两滑块被弹开并朝相反的方向通过光电门,记录挡光板通过光电门的时间,表示出滑块的速度,求出两滑块的总动量pmv1mv2,如下图实验结果:两滑块的总动量p0.(2)增加一滑块,质量与前两块相同,使弹簧一侧滑块的质量是另一侧的2倍,重复(1)步骤,求出
5、两侧滑块的总动量pmv12mv2.实验结果:两侧滑块的总动量p0.(3)把气垫导轨的一半覆盖上牛皮纸,并用胶带固定后,用两块质量相等的滑块重复(1)步骤,求出滑块的总动量pmv1mv2.实验结果:两滑块的总动量p0.6实验结论(1)在光滑气垫导轨上无论两滑块质量是否相等,它们被弹开前的总动量为零,分开后的总动量也为零(2)两滑块构成的系统受到牛皮纸的摩擦力后,两滑块的总动量发生了变化(1)气垫导轨是一种精度较高的教学仪器,切忌振动、重压、碰伤,禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨(2)调整气垫导轨时注意利用水平仪确保导轨水平 命题视角1对实验原理及考前须知的考查在实验室用两端带竖直挡板C和
6、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A和B(如下图)做验证动量守恒定律的实验,实验步骤如下:把滑块A和B紧贴在一起,在滑块A上放一个质量为m的砝码,置于导轨上,用电动卡销卡住A和B,在A和B 的固定挡板间放入一弹簧,使弹簧处于水平方向上的压缩状态;按下电钮使电动卡销放开,同时启动两个记录两滑块运动时间的电子计时器,当A 和B 与挡板C和D碰撞的同时,电子计时器自动停表,记下A到C的运动时间t1,B到D的运动时间t2;重复几次,分别取t1和t2的平均值(1)在调整气垫导轨时应注意_;(2)应测量的数据还有_;(3)只要关系式_成立,即可验证动量守恒定律思路点拨 解答此类题目,关键是通过仔细
7、阅读题目,弄清实验原理进行解答解析动量守恒的条件是系统所受的合外力为零,因此必须将导轨调整至水平这样,滑块在上面滑动时,系统所受外力的合力才为零,并且可认为滑块在气垫导轨上离开弹簧后做匀速直线运动,匀速直线运动的速度也就是滑块刚别离时的速度,可通过测运动位移及时间求出,即A滑块刚离开弹簧时速度为v1,B滑块刚离开弹簧时速度为v2,由动量守恒定律,得0(Mm)M,即(Mm)M.答案(1)使导轨水平(2)A左端至C的距离L1,B右端至D的距离L2(3)(Mm)M在用气垫导轨验证动量守恒的实验中,为了减小误差应该将气垫导轨调整到水平,确保两滑块分开后均做匀速直线运动 命题视角2实验数据的处理和误差的
8、分析在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量实验时,左侧滑块质量m1170 g,右侧滑块质量m2110 g,挡光板宽度为3.00 cm,两滑块之间有一压缩的弹簧片,并用细线连在一起,如下图,开始时两滑块静止,烧断细线后,两滑块分别向左、右方向运动挡光板通过光电门的时间分别为t10.32 s,t20.21 s那么两滑块的速度大小分别为v1_m/s,v2_m/s.烧断细线前m1v1m2v2_kgm/s,烧断细线后m1v1m2v2_kgm/s.可得到的结论是_.解析取向左方向为正,两滑块速度v1 m/s0.094 m/s,v2 m/s0.143 m/s.烧断细线前m1v1m2v20烧断细线后m1v1m2v
9、2(0.1700.0940.1100.143) kgm/s2.5104 kgm/s,在实验允许的误差范围内,m1v1m2v2m1v1m2v2.答案0.0940.14302.5104在实验允许的误差范围内,两滑块质量与各自速度的乘积之和为不变量对动量守恒定律成立条件的理解学生用书P61研究对象:相互作用的物体组成的系统2常见的几种守恒条件(1)系统不受外力作用,这是一种理想化的情形,如宇宙中两星球的碰撞,微观粒子间的碰撞都可视为这种情形(2)系统虽然受到了外力的作用,但所受外力的矢量和即合外力为零像光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形,两物体所受的重力和支持力的合力为零(3)系统所受的外力远远小
10、于系统内各物体间的内力时,系统的总动量近似守恒抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间,弹片所受火药的内力远大于其重力,重力完全可以忽略不计,动量近似守恒(4)系统所受的合外力不为零,即F外0,但在某一方向上合外力为零(Fx0或Fy0),那么系统在该方向上动量守恒(5)系统受外力,但在某一方向上内力远大于外力,也可认为在这一方向上系统的动量守恒系统的动量是否守恒,与系统的选取有关分析问题时,要注意分清研究的系统,系统的内力和外力,这是正确判断系统动量是否守恒的关键把一支枪水平地固定在小车上,小车放在光滑的水平地面上,枪发射出子弹时,关于枪、子弹和车的以下说法中正确的选项是()A枪和子弹组成的系统动量守恒
11、B枪和车组成的系统动量守恒C假设忽略不计子弹和枪筒之间的摩擦,枪、车和子弹组成系统的动量才近似守恒D枪、子弹和车组成的系统动量守恒思路点拨 明确题目选项中的研究对象,再分析研究对象的受力情况,最后根据动量守恒的条件进行判断解析枪发射子弹的过程中,它们的相互作用力是火药的爆炸力和子弹在枪管中运动时与枪管间的摩擦力,枪和车一起在水平地面上做变速运动,枪和车之间也有作用力如果选取枪和子弹为系统,那么车给枪的力为外力,选项A错;如果选取枪和车为系统,那么子弹对枪的作用力为外力,选项B错;如果选车、枪和子弹为系统,爆炸力和子弹与枪管间的摩擦力均为内力,并不存在忽略的问题,系统在水平方向上不受外力,整体遵
12、守动量守恒的条件,应选项C错,D对答案D同一个作用力,随着系统划分的不同,可以是外力,也可以是内力此题弹簧弹力对枪、车系统是外力,对枪、弹系统是内力如果枪放在(而不是固定)车上,那么枪和弹之间的作用力远大于枪和车之间的摩擦力,且发射子弹过程极短,那么在发射子弹过程中枪和弹组成的系统仍可看成动量守恒 (多项选择)如下图,光滑水平面上两小车中间夹一压缩了的轻弹簧,两手分别按住小车,使它们静止,假设以两车及弹簧组成的系统为研究对象,那么以下说法中正确的选项是()A两手同时放开后,系统总动量始终为零B先放开左手,后放开右手,此后总动量不守恒C先放开左手,后放开右手,此后总动量向左D无论先放开左手,还是
13、先放开右手,待两手都放开后,在弹簧恢复原长的过程中,系统总动量都保持不变,但系统的总动量不一定为零解析:选ACD.两手同时放开,两车受到的合外力始终为零,且初始总动量为零,满足动量守恒条件,故系统总动量始终为零,A正确先放开左手,那么总动量将不为零(左车获得速度),但后放开右手后,系统所受合力为零,满足守恒条件,总动量守恒但不为零,B错误由于左车先有动量,右车开始为零,因而总动量向左,C正确假设考虑两手都放开后两车的运动情况,那么两车的总动量一定守恒,因为两手放开后,两车组成的系统所受合外力一定为零,假设两手同时放开,那么系统总动量一定为零,假设两手不同时放开,那么系统总动量不为零,故D正确对
14、动量守恒定律的理解及应用学生用书P71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,不能误认为只是初、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“五性(1)矢量性:动量守恒定律的表达式是一个矢量关系式,在求初、末状态系统的总动量pp1p2和pp1p2时,应按平行四边形定那么,对作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题,要选取一个正方向,凡与正方向相同的动量取正值,与正方向相反的动量取负值,将矢量运算转化为代数
15、运算(2)相对性:应用定律列方程时,各物体的速度或动量,必须相对于同一参考系通常以地面为参考系(3)条件性:动量守恒定律是有条件的,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动量守恒定律不同表现形式表达式的含义(1)pp:系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量p.(2)p1p2:相互作用的两个物体组成的系统,一个物体的
16、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)p0:系统总动量增量为零(4)m1v1m2v2m1v1m2v2: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4应用动量守恒定律解题的根本步骤(1)分析题意,合理地选取研究对象,明确系统是由哪几个物体组成的(2)分析系统的受力情况,分清内力和外力,判断系统的动量是否守恒(3)确定所研究的作用过程选取的过程应包括系统的状态和未知状态,通常为初态到末态的过程,这样才能列出对解题有用的方程(4)对于物体在相互作用前后运动方向都在一条直线上的问题,设定正方向,各物体的动量方向可以用正、负号表示动量守恒定律在处理较复杂的问题时要比
17、牛顿运动定律更简单明了,动量守恒定律不需要考虑中间的过程,只要符合守恒的条件,只需要考虑它们的初、末状态就可以了 命题视角1系统内动量守恒问题如下图,设车厢长为L,质量为M,静止在光滑水平面上,车厢内有一质量为 m 的物体,以速度 v0 向右运动,与车厢壁来回碰撞 n 次后,静止于车厢中,这时车厢的速度为()A. v0, 水平向右B0C.,水平向右 D.,水平向右思路点拨 确定研究系统车厢和物体分析系统受力情况判断系统动量守恒用动量守恒定律求解解析物体和车厢组成的系统所受的合外力为零,物体与车厢发生碰撞 n 次的过程中系统的动量守恒,只考虑初、末状态,忽略中间过程,那么 m 的初速度为 v1v
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- 2022 学年 高中物理 碰撞 动量 守恒 探究 守恒定律 精练 解析 沪教版 选修
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