2012【优化方案】精品课件：物理选修3-5（配粤教）第1章第二节

(共60张PPT)
第二节　动量　动量守恒定律
课前自主学案
核心要点突破
课标定位
课堂互动讲练
第二节
知能优化训练
课标定位
学习目标：1.理解冲量的概念，知道冲量是矢量．
2．理解动量的概念，知道动量是矢量．
3．知道动量的改变量是矢量，会正确计算一维动量的改变量．
4．理解动量定理的确切含义，会用动量定理解释现象、解决问题．
5．理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件，并能区分内力、外力．
重点难点：1.动量、冲量和动量变化的概念．
2．动量定理、动量守恒定律的应用．
3．应用动量定理解释现象．
4．理解动量守恒定律的条件和内容．
课前自主学案
一、动量及其改变
1．冲量
(1)定义：物体受到的___与_____________的乘积，叫做力的冲量．
(2)公式：I＝___.
(3)单位：冲量的单位是________，符号是___.
(4)矢量性：冲量是矢量，方向不变的力的冲量方向与力的方向相同．
力
力的作用时间
Ft
牛顿·秒
N·s
2．动量
(1)定义：运动物体的____和____的乘积．
(2)公式：p＝____.
(3)单位：动量的单位是___________，符号是_____.
(4)矢量性：动量是矢量，它的方向与____的方向相同．
质量
速度
mv
千克米每秒
kg·m/s
速度
3．动量定理
(1)内容：物体所受___________等于物体动量的改变量．
(2)公式：________________.
合力的冲量
F·Δt＝mv′－mv
思考感悟
用一条细线悬挂着一个重物，把重物拿到悬挂点附近，然后释放，重物可以把细线拉断．如果在细线上端拴一段橡皮筋，再把重物拿到悬挂点附近释放，细线就不会被拉断了．想想这是什么道理？
图1－2－1
提示：拴上橡皮筋后，延长了力的作用时间，由动量定理可知，细线上的张力减小，细线就不会被拉断了．
二、碰撞中的动量守恒定律
1．系统　内力和外力
(1)系统：两个(或多个) _________的物体称为系统．
(2)内力：系统内各物体间的相互作用力叫做内力．
(3)外力：系统外部的其他物体对系统的作用力叫做外力．
相互作用
2．探究碰撞中的动量守恒
(1)器材
气垫导轨，___________，两辆质量相同的小车，弹簧，细线，砝码，双面胶．
(2)实验步骤
①调整导轨使之处于________，并使光电计时器系统正常工作．
②导轨上一小车静止，用另一小车与其碰撞，观察两小车的速度变化．
光电计时器
水平状态
③如图1－2－2所示，将两小车用压缩的弹簧连接在一起，烧断细线，观察两小车的运动速度．
图1－2－2
④在一小车上贴上双面胶，用另一小车碰撞它，使两小车随后粘在一起运动，观察小车碰撞前、后速度的变化．
⑤改变其中某一小车的质量，重复以上步骤．
(3)实验结论：物体在碰撞时，如果系统所受到的合外力为零，则系统的总动量保持不变．
3．动量守恒定律
(1)内容：如果系统所受到的__________，则系统的总动量保持不变．
(2)成立条件：系统所受到的合外力为___．
(3)表达式：___________________________.
合外力为零
零
m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′
核心要点突破
一、对冲量的理解
1．冲量是过程量，它是力在一段时间内的积累，它取决于力和时间这两个因素．所以求冲量时一定要明确所求的是哪一个力在哪一段时间内的冲量．
2．根据冲量的定义式I＝F·t只能直接求恒力的冲量，对于变力的冲量，无论是力的大小还是力的方向发生变化，都不能直接应用此公式计算．譬如，求向心力的冲量时，就不能用向心力直接乘以作用的时间来求，因为向心力的方向时刻在变，此种情况虽然不能直接由冲量的定义式求得冲量，但可以根据动量定理，由物体动量的变化间接求得物体所受外力的冲量．
3．冲量是矢量，当力的方向不变时，冲量的方向跟力的方向相同，当力的方向变化时，冲量的方向一般要根据动量定理来判断，即冲量的方向跟动量变化的方向相同．
4．计算力的冲量时，一定要搞清楚让求的是合力的还是某一个力的冲量，然后再计算．
二、对动量的理解
1．动量的认识
(1)动量是状态量，具有瞬时性，p＝mv中的速度v是瞬时速度．
(2)动量的相对性，因物体的速度与参考系的选取有关，故物体动量值也与参考系选取有关(中学阶段一般选地面为参考系)．
2．动量、速度与动能的区别与联系
(1)动量与速度的区别与联系
①联系：动量和速度都是描述物体运动状态的物理量，都是矢量，动量的方向与速度方向相同，p＝mv.
②区别：速度描述物体运动的快慢和方向；动量描述物体运动方面更进一步，更能体现运动物体的作用效果．
(2)动量与动能的区别与联系
特别提醒：动能是标量，动能变化是其大小变化，故动量必定变化．但若动量变化，可能是其方向变化而大小不变，故动能不一定变化．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
1.(单选)关于物体的动量，下列说法中正确的是(　　)
A．物体的动量越大，其惯性越大
B．物体的动量越大，其速度越大
C．物体的动量越大，其动能越大
D．物体的动量发生变化，其动能可能不变
解析：选D.动量取决于质量和速度两个因素，动量是矢量，其方向与速度方向相同，动量变化时，可能是大小变化，也可能是方向变化．
三、动量定理的理解
1．动量定理描述的是一个过程，它表明物体所受合外力的冲量是物体动量变化的原因，物体动量的变化是它受到的外力作用经过一段时间积累的结果．
2．公式Ft＝Δp＝mvt－mv0中，Δp指的是动量的变化，不能理解为动量，它的方向与动量的方向可以相同，也可以相反，甚至可以和动量方向成任意角度，但Δp的方向一定跟合外力冲量I合的方向相同．
3．动量定理Ft＝mvt－mv0是一个矢量式，运算应遵循平行四边形定则．若公式中各量均在一条直线上，可规定某一方向为正，根据题设给出各量的方向研究它们的正负，从而把矢量运算简化为代数运算．
4.动量定理公式中mvt－mv0是研究对象的动量的改变量，公式中的“－”号是运算符号，与正方向的选取无关．
5．动量定理说明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相同，方向一致，单位等效，但不能认为合外力的冲量就是动量的增量．
6．动量定理既适用于恒力，也适用于变力，对于变力的情况，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
2.(单选)从同一高度落下的玻璃杯掉在水泥地上易碎，而掉在地毯上就不易碎，这是因为玻璃杯掉在水泥地上时(　　)
A．受到的冲量大　　　　　
B．受到地面的作用力大
C．动量的变化量大
D．动量大
四、动量守恒定律的理解
1．研究对象：相互作用的物体组成的系统．
2．正确理解“总动量保持不变”，不仅指系统的初、末两个时刻的总动量相等，而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等．
3．动量守恒定律的不同表达式及含义
(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)Δp＝0(系统总动量的增量为0)．
(3)Δp1＝－Δp2(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，相互作用前的总动量等于相互作用后两个物体的总动量)．
4．动量守恒定律的“五性”
(1)矢量性：定律的表达式是一个矢量式，其矢量性表现在：①该式说明系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，方向也相同．②在求初、末状态的总动量 p＝p1＋p2＋…和 p′＝p1′＋p2′＋…时，要按矢量运算法则计算．如果各物体动量的方向在同一直线上，要选取一正方向，将矢量运算转化为代数运算．
(2)相对性：动量守恒定律中，系统中各物体在相互作用前后的动量，必须相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为对地的速度．
(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．
5．动量是否守恒的判断
要判断一个具体的物理过程中动量是否守恒，首先要对这一系统进行受力分析，再根据受力情况进行判断，下列情况动量守恒定律成立．
(1)物体不受外力作用．
(2)物体受外力作用，但合外力为零．
(3)物体受外力作用，合外力也不为零，但合外力远远小于物体间的相互作用力(即系统内力远大于外力)．
(4)物体受外力作用，合外力也不为零，但在某一方向上合力为零，则物体在这一方向上动量守恒．
即时应用(即时突破，小试牛刀)
3．(双选)木块a和b用一根轻弹簧连接起来，放在光滑水平面上，a紧靠在墙壁上，在b上施加向左的水平力使弹簧压缩，如图1－2－3所示，当撤去外力后，下列说法中正确的是(　　)
图1－2－3
A．a尚未离开墙壁前，a和b系统的动量守恒
B．a尚未离开墙壁前，a和b系统的动量不守恒
C．a离开墙后，a、b系统动量守恒
D．a离开墙后，a、b系统动量不守恒
解析：选BC.撤去外力后，a尚未离开墙壁前，弹簧对a有弹力，因此墙壁必然对a有压力，则a和b的系统所受合外力不为零，动量不守恒，B项正确；a离开墙后，a和b组成的系统所受外力只有竖直方向的重力和支持力，且这两个力的合力为零，因此a、b系统动量守恒，C项正确．
课堂互动讲练
动量定理的理解与应用
赵冲喜欢做“蹦极”运动，用原长15 m的橡皮绳拴住身体从高空跃下，若赵冲质量为50 kg，从50 m高处由静止下落，到运动到最低点所用时间为4 s，则橡皮绳对人的平均作用力约为________(取g＝10 m/s2)．
例1
【答案】　870 N
【方法总结】　应用动量定理解题的方法步骤：
(1)确定研究对象和研究的物理过程．
(2)受力分析求出合外力的冲量．
(3)列出动量定理方程求解．
为了“探究碰撞中的动量守恒”，可以在气垫导轨上进行实验，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相每隔0.4 s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略．
探究碰撞中的动量守恒
例2
如图1－2－4所示，已知A、B之间的质量关系是mB＝1.5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10 cm和105 cm这段范围内运动，(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照相求出：
图1－2－4
(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少？
(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体的质量与速度乘积之和是不是不变量？
【精讲精析】　通过闪光照片的刻度60 cm～80 cm算出滑块B碰撞后的速度，根据刻度45 cm～75 cm算出滑块A碰撞后的速度．再根据碰撞后到第二次拍摄照片滑块A的位移和速度，求出碰撞后到第二次拍摄照片所用的时间，即可求出第一次拍摄照片到碰撞时经历的时间，这样就可以求出碰撞前滑块B的速度，最后算出A、B各自的速度和各自的质量的乘积，比较碰撞前后质量与速度乘积的总和．
(2)碰撞前：mAvA＋mBvB＝1.5 m/s·mA，碰撞后：mAvA′＋mBvB′＝0.75 m/s·mA＋0.50 m/s·1.5mA＝1.5 m/s·mA，即碰撞前后两个滑块各自的质量与各自的速度的乘积之和是不变量．
【答案】　(1)A滑块：0、0.75 m/s；B滑块：1 m/s、0.50 m/s.(2)是不变量
动量守恒的条件
图1－2－5
例3
A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统动量守恒
B．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统动量守恒
C．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成的系统动量守恒
D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统动量守恒
【精讲精析】　如果A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，弹簧释放后A、B分别相对小车向左、向右滑动，它们所受的滑动摩擦力fA向右，fB向左，由于mA∶mB＝3∶2，所以fA∶fB＝3∶2，则A、B组成系统所受的外力之和不为零，故其动量不守恒，A选项错．对A、B、C组成的系统，A、B与C间的摩擦力为内力，该系统所受的外力为竖直方向的重力和支持力，它们的合力为零，故该系统的动量守恒，B、D选项均正确．若A、B所受摩擦力大小相等，则A、B组成的系统所受外力之和为零，故其动量守恒，C选项正确．
【答案】　A
【方法总结】　分析动量守恒：既要着眼于系统，又要注意研究的过程，同一系统不同过程中情况不同，同一过程不同系统情况也可能不同，分析时要注意研究对象的选取．
如图1－2－6所示，将两条完全相同的磁铁分别固定在质量相等的小车上，水平面光滑，开始时甲车速度大小为3 m/s，乙车速度大小为2 m/s，方向相反并在同一直线上．
动量守恒定律的应用
例4
图1－2－6
(1)当乙车速度为零时，甲车的速度多大？方向如何？
(2)由于磁铁磁性极强，故两车不会相碰，那么两车的距离最短时，乙车的速度是多大？
【思路点拨】　应用动量守恒定律解题时，首先应判断系统是否满足守恒的条件．其次要注意动量守恒定律的表达式是矢量式，解题时先规定正方向，与正方向相同的动量代入正值，与正方向相反的动量代入负值．
【答案】　(1)1 m/s，方向水平向右
(2)0.5 m/s，方向水平向右
变式训练　如图1－2－7所示，光滑水平面上放着两个物体A和B，质量分别为MA和MB，B与轻弹簧相连并处于静止状态，A以v0向右运动，求弹簧最短时，A、B的共同速度．
图1－2－7
知能优化训练
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