人教版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第1章 第1节 动量课件

第1节　动　量
核心素养
物理观念
科学思维
1.寻求碰撞中的不变量。
2.理解动量的概念及动量和动量变化的矢量性，会计算一条直线上的物体动量的变化。
通过实验领会探究碰撞中不变量的基本思维。
知识点一　寻求碰撞中的不变量
[观图助学]
2019年5月8日至12日，冰壶世界杯总决赛在北京举办。冰壶是一项技巧运动，也是一项传统运动。观看一场真实地体现冰壶运动精神且享有悠久历史盛誉的传统比赛项目也是一件乐事。你能寻找出两冰壶碰撞过程中的不变量吗？
答案　能
1.实验演示
质量不同小球的碰撞
如图，将实验中的A球换成大小相同的C球，使C球质量大于B球质量，用手拉起C球至某一高度后放开，撞击静止的B球。我们可以看到，碰撞后B球获得较大的速度，摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。
实验结论：
质量大的C球与质量小的B球碰撞后，B球得到的速度比C球碰撞前的速度大，两球碰撞前后的速度之和并不相等。
2.利用滑轨完成一维碰撞实验
(1)实验装置
(2)实验过程
如图所示，两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的数字计时器测量。下表中的数据是某次实验时采集的。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，v′是碰撞后两辆小车的共同速度。
(3)实验数据记录
两辆小车的质量和碰撞前后的速度
?
m1/kg
m2/kg
v/(m·s－1)
v′/(m·s－1)
1
0.519
0.519
0.628
0.307
2
0.519
0.718
0.656
0.265
3
0.718
0.519
0.572
0.321
(4)分析实验数据，得出结论
此实验中两辆小车碰撞前后______之和并不相等，但是______与______的乘积之和却基本不变。
质量
速度
动能
[思考判断]
关于“寻求碰撞中的不变量”实验，判断下列说法是否正确。
(1)实验要求碰撞一般为一维碰撞。( )
(2)实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘积之和。( )
(3)只需找到一种情境的不变量即可，结论对其他情境也同样适用。( )
(4)进行有限次实验找到的不变量，具有偶然性，结论还需要实践检验。( )
√
√
√
×
[观图助学]
知识点二　动　量
1.动量
(1)定义：运动物体的______和______的乘积。
(2)公式：p＝______。
(3)单位：____________，符号是______________。
(4)矢量性：方向与______的方向相同，运算遵循________________。
2.动量变化量
(1)定义：物体在某段时间内________与________的矢量差(也是矢量)。
(2)动量始终保持在一条直线上时的运算：选定一个正方向，动量、动量的变化量用带正、负号的数值表示，Δp＝__________。
质量
速度
mv
千克米每秒
kg·m/s
速度
平行四边形定则
末动量
初动量
p′－p
[思考判断]
(1)质量大的物体的动量一定大。( )
(2)动量相同的物体，运动方向一定相同。( )
(3)质量和速率都相同的物体的动量一定相同。( )
(4)一个物体的动量改变，它的动能一定改变。( )
(5)动量变化量为正，说明它的方向与初始时的动量方向相同。( )
×
×
×
×
√
利用等长悬线悬挂的半径相等的小钢球做实验。
为了保证发生一维碰撞，最好选用钢杆悬挂的小球或选用双线摆。事先测量两个小球的质量m1、m2，然后一个小球静止，拉起另一个小球使它摆动到最低点时与静止小球相碰。由小球被拉起和摆动的角度借助机械能守恒定律算出小球碰前速度v1和碰后速度v1′、v2′。代入m1v1＝m1v1′＋m2v2′(矢量式)，看在误差允许的范围内是否成立。
[观察探究]
核心要点
实验探究案例
1.准确测量两球碰撞后的摆角大小是实验的关键。
2.实验结论：在误差允许的范围内，碰撞前后不变的量是物体的质量与速度的乘积之和，即m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。
[探究归纳]
[例1] (实验数据处理)在“寻求碰撞中的不变量”实验中，某同学采用如图所示的装置进行实验。把两个小球用等长的细线悬挂(使两小球在竖直方向静止时，刚好接触)，让B球静止，拉起A球，由静止释放后使它们相碰，碰后粘在一起。实验过程中除了要测量A球被拉起的角度θ1及它们碰后摆起的最大角度θ2之外，还需测量______________(写出物理量的名称和符号)才能验证碰撞中的守恒量。用测量的物理量表示碰撞中的守恒量应满足的关系式是：
_______________________________________________。
[试题案例]
解析　碰撞中的不变量是两球质量与速度的乘积之和，
mAvA＝(mA＋mB)v
[针对训练1] (实验数据处理)用如图所示装置寻求碰撞中的不变量，气垫导轨水平放置，挡光板宽度9.0 mm，两滑块由静止被弹簧弹开后，左侧滑块通过左侧数字计时器，记录时间为0.040 s，右侧滑块通过右侧数字计时器，记录时间为0.060 s，左侧滑块质量100 g，左侧滑块m1v1大小__________g·m/s，右侧滑块质量149 g，两滑块质量与速度乘积的矢量和m1v1＋m2v2＝________g·m/s。
则左侧滑块m1v1＝100 g×0.225 m/s＝22.5 g·m/s
右侧滑块的速度为：
解析　左侧滑块的速度为：
则右侧滑块m2v2＝149 g×(－0.15 m/s)≈－22.4 g·m/s
可见在误差允许的范围内两滑块m1v1＋m2v2≈0。
答案　22.5　0
核心要点
动量及其变化
足球守门员可以很轻松地接住飞往球门的足球，但是假如飞来的是一个相同速度的铅球，守门员还敢接吗？一颗子弹静止时毫无威胁，但它高速飞行时却有很大的杀伤力，这又是为什么？
提示　物体的冲击效果跟物体的质量、速度都有关系，由物体的质量和速度的乘积来决定。
[观察探究]
1.动量的性质
(1)矢量性：方向与瞬时速度的方向相同，有关动量的运算，遵从矢量的平行四边形定则。
(2)瞬时性：动量是描述物体运动状态的物理量，是针对某时刻而言的。
(3)相对性：大小与参考系的选择有关，通常情况是指相对地面的动量。
[探究归纳]
2.动量变化量的性质
(1)矢量性：动量的变化量Δp＝p′－p是矢量式，Δp、p′、p间遵循平行四边形定则，如图所示。
(2)过程性：动量变化量是描述物体在运动过程中动量变化多少的物理量，它对应于一段时间(或一段位移)。
[试题案例]
[例2] 质量为0.1 kg的小球从1.25 m高处自由落下，与地面碰撞后反弹回0.8 m高处。取竖直向下为正方向，且g＝10 m/s2。求：
(1)小球与地面碰前瞬间的动量；
(2)球与地面碰撞过程中动量的变化量。
思路点拨：(1)小球自由下落时，加速度为g，由速度与位移关系公式求出小球碰地前瞬间的速度，再求出动量。
(2)小球反弹后，同样由速度与位移关系公式求出小球碰地后瞬间的速率。取竖直向下方向为正方向，分别表示出碰地前后小球的动量，小球动量的变化量等于末动量与初动量的差。
所以小球与地面碰前瞬间的动量
p1＝mv1＝0.1×5 kg·m/s＝0.5 kg·m/s，方向竖直向下。
(2)设小球碰地后瞬间的速率为v2，
则小球与地面碰撞过程中动量的变化量为
Δp＝－mv2－mv1＝－0.1×(5＋4)kg·m/s
＝－0.9 kg·m/s，
负号表示方向竖直向上。
答案　(1)0.5 kg·m/s　方向竖直向下
(2)0.9 kg·m/s　方向竖直向上
方法凝炼　关于动量变化量的求解
(1)若初、末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算。
(2)若初、末动量不在同一直线上，运算时应遵循平行四边形定则。
[针对训练2] 如图所示，一个质量为0.18 kg的垒球，以25 m/s的水平速度向左飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为45 m/s，则这一过程中动量的变化量为(　　)
A.大小为3.6 kg·m/s，方向向左
B.大小为3.6 kg·m/s，方向向右
C.大小为12.6 kg·m/s，方向向左
D.大小为12.6 kg·m/s，方向向右
解析　选向左为正方向，则动量的变化量Δp＝mv1－mv0＝0.18×(－45)kg·m/s－0.18×25 kg·m/s＝－12.6 kg·m/s，大小为12.6 kg·m/s，负号表示其方向向右，D正确。
答案　D