1.2 动量守恒定律及其应用 (共26张PPT) 课件 2024-2025学年高二物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

(共26张PPT)
第2节 动量守恒定律及其应用
第一章 动量及其守恒定律
学习目标
1.知道系统、内力、外力的概念
2.理解动量守恒定律的内容，理解其守恒的条件
3.会用动量守恒定律解决碰撞问题
4. 知道反冲现象的特点，了解火箭发射原理.
物体间的作用总是相互的，如冰壶碰撞，碰碰车等。这些发生相互作用的物体，它们的动量变化会遵循什么样的规律呢？
实验探究：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
实验器材：气垫导轨、光电计时器、天平、滑块（两个）、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥等。
实验设计：利用气垫导轨使两滑块发生一维碰撞，如图所示：
1. 质量的测量：用天平测量。
2. 速度的测量： ，式中 Δx 为滑块上挡光片的宽度， Δt 为数字计时器显示的滑块上挡光片经过光电门的时间。
实验步骤：
1.两个质量相等且带有弹片的滑块装上相同的遮光板，放置在气垫导轨的中部。将两滑块靠在一起并压缩弹片，用细线把它们拴住，两滑块处于静止状态。烧断细线，两滑块被弹片弹开后朝相反方向做匀速运动。测量遮光板通过光电门的时间，计算滑块的速度。
2.增加其中一个滑块的质量，使其质量是另一个的2倍，重复以上实验
实验结果：在气垫导轨上，无论两滑块的质量是否相等，它们在被弹开前的总动量为0，弹开后的总动量也几乎为0。这说明气垫导轨上的两滑块在相互作用前后的总动量几乎是不变的。
m1=m2
2m1=m2
v1= v2
v1= 2v2
(1)碰撞过程中B对A的冲量：F1Δ t ＝ m11′ － m11
(2)碰撞过程中A对B的冲量：F2 Δ t ＝ m22′ － m22
(3)根据牛顿第三定律 F1 ＝ －F2
(4)整理后得：m11′ m22′ ＝ m11 m22
如图在光滑水平桌面上做匀速运动的两个小球A、B，质量分别是m1和m2，沿同一直线向同一方向运动，速度分别是 1 和2 ，2 ＞1。当B追上A时发生碰撞。碰撞后A、B的速度分别是 1′和2′ 。碰撞过程中A所受B对它的作用力是 F1，B所受A对它的作用力是 F2。碰撞时，两物体之间力的作用时间很短，用 Δ t 表示。
v2
v1
v2′
v1′
m2
m2
m1
m1
B
A
A
B
理论探究
这说明，两物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和，并且该关系式对过程中的任意两时刻的状态都适用。
那么，碰撞前后满足动量之和不变的两个物体的受力情况是怎样的呢？
m11′ m22′ ＝ m11 m22
v2
v1
v2′
v1′
m2
m2
m1
m1
B
A
A
B
N2
N1
G2
G1
F2
F1
两物体各自既受到对方的作用力，同时又受到重力和桌面的支持力，重力和支持力是一对平衡力。两个碰撞的物体在所受外部对它们的作用力的矢量和为0的情况下动量守恒。
1.内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。
一、动量守恒定律
说明：系统以外物体施加给系统内物体的力称为外力,系统内物体间的相互作用力称为内力,内力不改变系统的总动量。
系统、内力、外力
1.系统：一般而言，碰撞、爆炸等现象的研究对象是两个（或多个）物体。我们把由两个（或多个）相互作用的物体构成的整体叫作一个力学系统，简称系统。
2.内力：系统中物体间的作用力，叫作内力。
3.外力：系统以外的物体施加给系统内物体的力，叫作外力。
2.动量守恒定律的表达式：
① p ＝ p′ （系统相互作用前的总动量 p 等于相互作用后的总动量 p′ ）
② Δ p＝ 0(系统总动量的增量为0)
③ Δ p1 ＝－Δ p2 (两个物体组成的系统中，各自动量的增量大小相等、方向相反)
④ m1v1 + m2v2 ＝ m1v1′ + m2v2′ (两个物体组成的系统中，相互作用前两个物体的总动量等于相互作用后两个物体的总动量)
（1）系统不受外力或者所受合外力为0.
3.动量守恒定律的适用条件
（2）系统所受合外力不为0，但系统所受合外力远小于系统内力时，该系统的总动量可认为近似守恒。如碰撞、爆炸等，此时外力可以忽略。
（3）系统所受的合外力不为零，但某一方向上合外力为零，则系统在这一方向上动量守恒。
冬季雨雪天气时，公路上容易发生交通事故。在结冰的公路上，一辆质量为 1.8×103kg 的轻型货车尾随另一辆质量为 1.2×103kg 的轿车同向行驶，因货车未及时刹车而发生追 尾（即碰撞，图1-18）。若追尾前瞬间货车速度大小为36 km/h，轿车速度大小为18 km/h， 刚追尾后两车视为紧靠在一起，此时两车的速度多大？
应用动量守恒定律解题的思路
明确研究对象，确定系统的组成
受力分析，分清内力、外力，确定动量是否守恒
规定正方向，确定初、末动量
根据动量守恒定律，建立方程
代入数据，求出结果并讨论说明
将气球充气后松口释放，气球会沿着与喷气方向相反的方向飞去
反冲运动
章鱼的运动
火箭的发射
二、反冲运动
1.定义：一个系统在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动的现象。
2.特点：
（1）不同部分在内力作用下向相反方向运动；
（2）内力远大于外力，动量守恒；
（3）其它形式的能转化为动能，动能增加.
3.反冲现象中可应用动量守恒定律的三种情况：
（1）系统不受外力或所受外力之和为零。
（2）系统虽然受到外力作用，但内力远远大于外力，外力可以忽略。
（3）系统虽然所受外力之和不为零，系统的动量并不守恒，但系统在某一方向上不受外力或外力在该方向上的分力之和为零，则系统的动量在该方向上的分量保持不变，可以在该方向上应用动量守恒定律。
4.反冲现象的应用及防止：
(1)应用：
喷灌装置的自动旋转
火箭发射
利用反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时，使火箭获得巨大的速度．
喷气的速度：目前常用的液体燃料是液氢，用液氧做氧化剂，喷气速度在2000~5000m/s.
质量比：火箭的质量比在6～10 左右
要发射人造卫星，这样的火箭还不能达到所需的速度
如何解决卫星发射问题？
拓展一步
火箭脱离过程
多级火箭由单级火箭组成，发射时先点燃第一级火箭，燃料用完以后，空壳自动脱落，然后下一级火箭开始工作。
为什么多级火箭在发射过程中要将空壳抛掉？试从理论上加以说明。
火箭在飞行过程中抛掉空壳后，可以使质量变得更小，从而使得质量比增大，进而提高火箭最终所能获得的速度。
(2)防止：
1．(多选)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
BC
2.如图所示，一辆小车静止在光滑的水平面上，小车立柱上固定一条长为 L、系有小球的水平细绳，小球由静止释放，不计一切摩擦，下列说法正确的是（ ）
A.小球的机械能守恒，动量不守恒
B.小球的机械能不守恒，动量也不守恒
C.球、车系统的机械能守恒，动量守恒
D.球、车系统的机械能守恒，水平方向动量守恒
L
BD
v
m1
m2
3.在列车编组站里，一辆质量为1.8×104 kg 的货车在平直轨道上以2 m/s 的速度运动，碰上一辆质量为2.2×104 kg的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，求货车碰撞后的运动速度。
解：以碰前货车的运动方向为正方向（以v1 方向为正），
则v1 = 2 m/s ，v2 = 0
设两车结合后的速度为v，
两车碰撞前的总动量为
两车碰撞后的总动量为
由动量守恒定律可得：
所以
代入数值，得
v= 0.9 m/s