粤教版高中物理选择性必修第一册第一章动量和动量守恒定律1.3动量守恒定律教学课件(共33张ppt)

(共33张PPT)
第
节
3
动量守恒定律
高中物理 选择性必修第一册
第一章
了解系统的内力、外力的概念，加深相互作用观念；
通过经历推导动量守恒定律的过程，理解动量守恒定律的含义和表达式，培养学生的科学思维；
通过实验探究动量守恒定律，提高学生的科学探究能力，培养学生的合作精神；
会用动量守恒定律解释现象。
学习目标
引入
在连续的敲打下，平板车会怎样运动呢？
两个人的速度之间有怎样的关系呢？
在冰壶比赛中，一只冰壶撞击另一只冰壶后，两只冰壶的运动状态都将发生变化，这种碰撞类运动有什么规律？
一、动量守恒定律
两个穿滑冰鞋的同学静止站在溜冰场上，不论谁推对方，两人都会向相反方向滑去，在推动前，两人的动量都为0; 推动后，每个人 的动量都主生了变化。那么，他们的总动量在推动前后是否也发生了变化呢
情境：如图所示，物体1和物体2在光滑的水平面上碰撞。设物体1和物体2的质量分别为 ， ，碰撞前，物体1和物体2的速度分别为 ， ，碰撞后，物体1和物体2的速度分别为 ， 。
【思考问题】
（1）物体1的动量变化是多少？
（2）物体2的动量变化是多少？
（3）物体1和物体2的动量变化有什么联系？
1.动量守恒定律的推导
对于物体1，根据动量定理：
对于物体2，根据动量定理：
根据牛顿第三定律：
得到：
情境：如图所示，物体1和物体2在光滑的水平面上碰撞。设物体1和物体2的质量分别为 ， ，碰撞 前，物体1和物体2的速度分别为 ， ，碰撞后，物体1和物体2的速度分别为 ， 。
（1）内容：物体在碰撞时，如果系统所受的合外力为零，则系统的总动量保持不变。
（2）表达式：
2. 动量守恒定律
①p＝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′
②m1v1＋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。
③Δp1＝－Δp2，相互作用的两个物体动量的增量等大反向。
④Δp＝0，系统总动量的增量为零。
（3）适用条件：
①理想条件：系统不受外力作用或所受合外力为零；
②近似条件：系统所受合外力虽然不为零，但系统所受的内力远大于外力；
③单方向的动量守恒条件：系统在某一方向上不受外力或所受合外力为零，或者在某一方向上所受的内力远大于外力，系统在这一方向动量守恒。
（4）性质：
系统性：动量守恒定律的研究对象是一个系统。
矢量性：动量守恒定律的表达式是一个矢量式子。
相对性：系统中各物体在相互作用前后的动量，必须相对同一参考系。
同时性：系统在初、末状态的总动量必须是相互作用前后同一时刻的总动量。
3.系统、内力和外力
（1）系统：相互作用的两个（或多个）物体做成的整体通常称为系统。
（2）内力：系统内物体之间的相互作用力叫作内力。
（3）外力：系统外部其他物体对系统的作用力叫作外力。
例题：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 X 103 kg的轻型货车尾随另一辆质量为1.2 X 103 kg 的轿车同向行驶，因货车未及时刹车而发生追尾(即碰撞)。若追尾前瞬间货车速度大小为 36 km/h ，轿车速度大
小为 18km/h,刚追尾后两车视为紧靠在一起，此时两车的速度多大
分析:以两车组成的系统为研究对象，该系统受到的外力有重力、支持力和摩擦力。由于碰 撞时间很短，碰撞过程中系统所受合外力通常远小于系统内力，可近似认为在该碰撞过程 中系统动量守恒。根据动量守恒定律，可求出两车的共同速度。
例题：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 X 103 kg的轻型货车尾随另一辆质量为1.2 X 103 kg 的轿车同向行驶，因货车未及时刹车而发生追尾(即碰撞)。若追尾前瞬间货车速度大小为 36 km/h ，轿车速度大
小为 18km/h,刚追尾后两车视为紧靠在一起，此时两车的速度多大
解：设货车质量为 m1,轿车质量为m2，碰撞前货车速度为v1、轿车速度为v2，碰撞后两车速度为 v。选定两车碰撞前的速度方向为正方向 由题意可知， m1 = 1.8 X 10 3kg ，m2 = 1.2x103kg, v1=36km/h, v2=18km/h
迁移：在微观粒子发生碰撞时，运用动量守恒定律还可测量微观粒子的质量。例如，氢原子核的质量是 1.67 X 10-27 kg，它以1.0 X 107 m/s 的速度与一个原来静止的氮原子核相碰撞，碰撞后以 6.0 X 106 m/s 的速度被反弹回来，而氮原子核以 4.0 X 106 m/s 的速度向前运动。
求氮原子核的质量。
mHe=6.68×10-27kg
⑴找：找研究对象(系统包括那几个物体)和研究过程；
⑵析：进行受力分析，判断系统动量是否守恒(或在某一方向是否守恒)；
⑶定：规定正方向，确定初末状态动量正负号；
⑷列：由动量守恒定律列方程；
⑸解：解方程，得出最后的结果，并对结果进行分析。
应用动量守恒定律解题的基本步骤和方法
三、动量守恒定律的验证
【思考问题】如图所示的装置常用来验证动量守恒定律。根据动量守恒定律的原理，结合装置图，思考下列问题。
（1）利用如图装置，如何实现两个小球碰撞过程满足动量守恒的条件？
（2）如何测量两个钢球碰撞前后的速度？
（3）实验中需要记录哪些数据？
1.实验目的：
（1）验证动量守恒定律；
（2）体会将不易测量的物理量转换为与之有线性关系的易测量的物理量的实验设计思想。
2.实验器材：
斜槽轨道，半径相等、质量不同的两个钢球，支球柱，木板，白纸，复写纸，小铅锤，天平，毫米刻度尺
3.实验原理：
选取两个物体进行碰撞，用天平分别测出两物体的质量 和 ，在测出碰撞前后的速度 、 和 、 ，检验 是否成立，若成立即可验证动量守恒定律。
4.实验设计：
如图所示装置，让一个质量较大的钢球 （入射球）从斜槽上滚下，跟放在斜槽末端的另一个大小相同、质量较小的钢球 （靶球）发生碰撞，小球的质量可以用天平直接测出，碰撞前靶球静止，碰撞前入射球的速度 和碰撞后两球的速度 、 可利用平抛运动的知识求出。
5.实验过程：
（1）让入射球从固定点滑下
（2）让入射球从固定点滑下后，与靶球发生碰撞

6.实验主要事项：
（1）入射球的质量必须大于靶球的质量。
（2）每次都要控制入射球从相同的高度自由滑下。
（3）在调节实验装置时，要使固定在桌边的斜槽末端水平，支球柱与槽口间距等于钢球直径，而且两球相碰时处在同一高度。
（4）实验过程中确保实验桌、斜槽、记录所用的白纸的位置始终保持不变。
1.实验器材
气垫导轨、光电计时器、天平、滑块两个(带挡光片)、重物、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥。
2.实验原理
1）质量的测量：
2）速度的测量：
利用公式 测出碰前m1的速度v1和碰后m1的速度v1 和m2的速度v2
Δx—遮光条宽度
Δt—遮光条经过光电门的时间
3）利用加重物来改变滑块的质量
4)不同碰撞情况的实现：
①原来连在一起的物体由于有相互斥力而分开，这也是一种碰撞，如图甲，烧断细线，弹簧片弹开后落下，两个滑块随即向相反方向运动。
②在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架可以得到能量损失很小的碰撞，如图乙。
③在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连成一体运动，这样可以得到能量损失很大的碰撞，如图丙。
3.实验步骤
(4)使两滑块依次发生甲、乙、丙图所示的碰撞情况，记录挡光时间，计算滑块碰撞前后的速度。
(1)用天平测量两滑块的质量m1、m2，填入预先设计好的表格中。
(2)安装光电门，使两个光电门之间的距离约为50cm。
(6)整理实验仪器.
(5)改变滑块质量，重复步骤(4)。
(7)数据处理，寻找守恒量.
(3)导轨通气后，调节气垫导轨水平，使滑块在气垫导轨上保持不动或稍微左右摆动。
4.注意事项
1）保证是一维碰撞。
2）气垫导轨是一种精度较高的现代化教学仪器。切忌振动、重压，严防碰伤和划伤，绝对禁止在不通气的情况下将滑行器在轨面上滑磨。调整水平时注意利用水平仪。
3）由于碰撞的情形很多，猜想的不变量只有在各种方案中都不变才能符合要求，成为实验结论。
4）考虑到速度的矢量性，记录数据时应规定正方向。若速度方向与规定的正方向相同，则速度取正值，若速度方向与规定方向相反，则取负值。
5.误差分析
(1)碰撞可能不是精确的一维碰撞。
(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。
(3)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。
本课小结
(2) m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
(3) Δp1＝－Δp2
(4) Δp＝0
4．验证动量守恒定律的前提条件：碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”．
5．方案提醒：
(1)若利用平抛运动规律进行验证：
①斜槽末端的切线必须水平；
②入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放；
③选质量较大的小球作为入射小球；
④实验过程中实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变．
(2)若利用气垫导轨进行验证，调整气垫导轨时，应注意利用水平仪确保导轨水平。
当堂检测
1. 如图所示，光滑水平面上两玩具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，对两车及弹簧组成的系统，下列说法中正确的是（　　）
D
A.两手同时放开后，系统总动量始终为非零的某一数值
B.先放开左手，后放开右手，之后动量不守恒
C.先放开左手，后放开右手，总动量向右
D.无论何时放手，两手放开后的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零
提示：①只放开一只手，合外力不为零，系统的动量不守恒；
②两只手都放开后，合外力为零，系统动量守恒；
③两手都放开后系统动量的大小取决于两手放开前动量的大小。
2. 如图所示，质量为m的人站立于质量为M的平板车上，人与车以大小为v0的速度在光滑水平面上向东运动。某时刻人相对平板车以大小为v′的速度竖直跳起，人跳起后车的速度大小为 （　　）
B
A.v0-v1 B.v0 C.
D.
解析：人和车在水平方向上动量守恒，当人相对车竖直跳起时，取向东为正方向，根据水平方向动量守恒得（m+M）v0=（m+M）v，故人跳起后车的速度大小为v=v0，方向向东，故B正确。
3. 用如图所示的装置可以验证动量守恒定律，在滑块A和B相碰的端面上装上弹性碰撞架，它们的上端装有等宽的挡光片。
（1）实验前需要调节气垫导轨水平：在轨道上只放滑块A，轻推一下滑块A，其通过光电门Ⅰ和光电门Ⅱ的时间分别为t1、t2，当t1　　t2（选填“>”“=”或“<”）时说明气垫导轨水平。
（2）滑块A静置于光电门Ⅰ的左侧，滑块B静置于两光电门间的某一适当位置。给A一个向右的初速度，通过光电门Ⅰ的时间为 t1，A与B碰撞后A再次通过光电门Ⅰ的时间为 t2，滑块B通过光电门Ⅱ的时间为Δt3。为完成该实验，还必需测量的物理量有　　　。
A.挡光片的宽度d B.滑块A的总质量m1
C.滑块B的总质量m2 D.光电门Ⅰ到光电门Ⅱ的间距L
（3）若滑块A和B在碰撞的过程中动量守恒，则应该满足的表达式为　　 　　。
（用已知量和测量量表示）
=
BC
4.为了验证“两小球碰撞过程中的动量守恒”，某同学用如图所示的装置进行了如下的操作：
①将斜槽轨道的末端调整水平，在一块平木板表面先后钉上白纸和复写纸，并将该木板竖直立于靠近槽口处，使小球a从斜槽轨道上某固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹O；
②将木板向右平移适当的距离并固定，再使小球a从原固定点由静止释放，撞到木板并在白纸上留下痕迹P；
（1）为了减小实验误差，选择入射球ma、被碰球mb时，应该使ma　　　mb（选填“大于”“等于”或“小于”）。
（2）小球a和b发生碰撞后，小球a在图中白纸上撞击痕迹应是　　　　点。
（3）小球a下滑过程中与斜槽轨道间存在摩擦力，这对实验结论　　　　（选填“会”或“不会”）产生影响。
（4）用本实验中所测得的物理量来验证两小球碰撞过程中动量守恒，其表达式为　　　 　　。
（用ma、mb、yM、yP、yN表示）
③把小球b静止放在斜槽轨道的水平段的最右端，让小球a仍从原固定点由静止释放，和小球b相碰后，两小球撞到木板并在白纸上留下痕迹M和N；
④用天平测出a、b两个小球的质量分别为ma和mb，用刻度尺测量白纸上O点到M、P、N三点的距离分别为yM、yP和yN。
根据上述实验，请回答下列问题：
大于
N
不会
解析：（1）为防止碰撞后入射球反弹，入射球的质量应大于被碰球的质量，即ma>mb。
（2）（4）小球离开轨道后做平抛运动，设木板与抛出点之间的距离为x，由平抛运动规律得：
水平方向：
竖直方向：
解得：
碰撞前，小球a落在题图中的P点，设其水平初速度为v0，小球a和b发生碰撞后，小球a的速度变小，下落的竖直高度更多，a的落点在题图中的N点，设其水平初速度为v1。
小球b的落点是题图中的M点，设其水平初速度为v2。小球碰撞的过程中若动量守恒，则有：
即为
则验证两球碰撞过程中动量守恒的表达式为
（3）只要由静止从同一位置释放小球a，小球到达轨道底端时速度相等，摩擦力对实验结果不会产生影响。
5. 如图所示，在光滑水平面上有两个木块A、B，木块B静止，且其上表面左端放置着一小物块C。已知mA=mB=0.2 kg，mC=0.1 kg，现使木块A以初速度v=2 m/s沿水平方向向右滑动，木块A与B相碰后具有共同速度（但不粘连），C与A、B间均有摩擦。求：
（1）木块A与B相碰瞬间木块A的速度及小物块C的速度大小；
（2）若木块A足够长，小物块C的最终速度。