2019-2020学年高中物理 第十六章 动量守恒定律 第3节 动量守恒定律课件 新人教版选修3-5

第3节动量守恒定律学习目标1．知道系统、内力、外力的概念．2．理解动量守恒定律的内容、表达式及其守恒的条件．3．了解动量守恒定律的普遍意义，掌握动量守恒定律的应用．填一填、做一做、记一记课前自主导学|基础知识·填一填|一、系统内力和外力1．系统：1_____________的两个(或多个)物体组成一个整体．2．内力：系统2______物体间的相互作用力．3．外力：系统3_______的物体对系统4________的物体的作用力．相互作用内外内二、动量守恒定律1．内容：如果一个系统5_____________，或者所受外力的矢量和为6______，这个系统的总动量7____________，这就是动量守恒定律．2．表达式：8_____________(系统相互作用前后总动量p、p′相等)．3．成立条件(1)系统不受9_____________；(2)系统所受外力之和为零．不受外力0保持不变p＝p′外力4．适用范围(1)相互作用的物体无论是10_____________还是11_____________运动；无论是12_____________还是13_____________动量守恒定律都适用．(2)动量守恒定律是一个独立的14_____________定律，它适用于目前为止物理学研究的一切领域．低速高速宏观物体微观粒子实验|基础小题·做一做|1．正误判断(1)一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒．()(2)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零．()(3)只有重力做功或弹力做功的系统内动量守恒．()(4)动量守恒定律既适用于低速运动问题，也适用于高速运动问题．()(5)靠摩擦力相互作用的两个物体，系统动量守恒，但机械能不守恒．()×√×√√2．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，系统动量就一定守恒C．只要系统中的各个物体有加速度，动量就一定不守恒D．只要系统合外力不为零，则系统在任何方向上动量都不可能守恒解析：选B系统动量守恒的条件是系统所受合外力为零，故A错误，B正确；对于所受合外力为零的系统，系统中的某个物体所受合外力可以不为零，可以有加速度，故C错误；若系统合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在这一方向上动量守恒，故D错误．3．如图所示，竖直墙壁两侧固定着两轻质弹簧，水平面光滑，一弹性小球在两弹簧间往复运动，把小球和弹簧视为一个系统，则小球在运动过程中()A．系统的动量守恒，动能守恒B．系统的动量守恒，机械能守恒C．系统的动量不守恒，机械能守恒D．系统的动量不守恒，动能守恒解析：选C小球与弹簧组成的系统在小球与弹簧作用的时间内受到了墙的作用力，故系统动量不守恒．系统只发生动能和弹性势能的相互转化，故机械能守恒，选项C正确．4．如图所示，公路上三辆汽车发生了追尾事故．如果将前面两辆汽车看做一个系统，最后面一辆汽车对中间汽车的作用力是内力，还是外力？如果将后面两辆汽车看做一个系统呢？提示：内力是系统内物体之间的作用力，外力是系统以外的物体对系统以内的物体的作用力．一个力是内力还是外力关键是看所选择的系统．如果将前面两辆汽车看做一个系统，最后面一辆汽车对中间汽车的作用力是系统以外的物体对系统内物体的作用力，是外力；如果将后面两辆汽车看做一个系统，最后面一辆汽车与中间汽车的作用力是系统内物体之间的作用力，是内力．|核心知识·记一记|1．相互作用的两个或多个物体组成的整体叫系统，系统内部物体间的力叫内力．2．系统以外的物体施加的力，叫外力．3．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．析要点、研典例、重应用课堂互动探究★要点一对动量守恒定律的理解|要点归纳|1．研究对象：相互作用的物体组成的力学系统．2．动量守恒定律的成立条件(1)系统不受外力或所受合外力为零．(2)系统受外力作用，但内力远远大于合外力．此时动量近似守恒．(3)系统所受到的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零(或某一方向上内力远远大于外力)，则系统在该方向上动量守恒．3．动量守恒定律的性质(1)矢量性．公式中的v1、v2、v1′和v2′都是矢量，只有它们在同一直线上，并先选定正方向，确定各速度的正、负(表示方向)后，才能用代数方法运算．(2)相对性．速度具有相对性，公式中的v1、v2、v1′和v2′应是相对同一参考系的速度，一般取相对地面的速度．(3)同时性．相互作用前的总动量，这个“前”是指相互作用前同一时刻，v1、v2均是此时刻的瞬时速度；同理，v1′、v2′应是指相互作用后同一时刻的瞬时速度．|例题展示|【例1】(多选)在光滑水平面上，A、B两小车中间有一弹簧，如图所示，用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态，将两小车及弹簧看做一个系统，下列说法中正确的是()A．两手同时放开后，系统总动量始终为零B．先放开左手，再放开右手后，动量不守恒C．先放开左手，再放开右手后，总动量向左D．无论何时放手，两手放开后，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]在两手同时放开后，水平方向无外力作用，只有弹簧的弹力(内力)，故动量守恒，即系统的总动量始终为零，A对；先放开左手，再放开右手后，是指两手对系统都无作用力之后的那一段时间，系统所受合外力也为零，即动量是守恒的，B错；先放开左手，系统就在右手作用下，产生向左的冲量，故有向左的动量，再放开右手后，系统的动量仍守恒，即此后的总动量向左，C对；其实，无论何时放开手，只要是两手都放开就满足动量守恒的条件，即系统的总动量保持不变．若同时放开，那么放手后系统的总动量就等于放手前的总动量，即为零；若两手先后放开，那么两手都放开后的总动量就与放开最后一只手后系统所具有的总动量相等，即不为零，D对．[答案]ACD[规律方法]系统动量守恒的判定方法(1)分析动量守恒时研究对象是系统，分清外力与内力．(2)研究系统受到的外力矢量和．(3)外力矢量和为零，则系统动量守恒；若外力在某一方向上合力为零，则在该方向上系统动量守恒．(4)系统动量严格守恒的情况很少，在分析具体问题时要注意把实际过程理想化．|对点训练|1．下列情形中，满足动量守恒条件的是()A．用铁锤打击放在铁砧上的铁块，打击过程中，铁锤和铁块的总动量B．子弹水平穿过放在光滑桌面上的木块的过程中，子弹和木块的总动量C．子弹水平穿过墙壁的过程中，子弹和墙壁的总动量D．棒击垒球的过程中，棒和垒球的总动量解析：选BA中铁块受铁砧竖直向上的作用力远大于铁锤和铁块的总重力，铁锤和铁块所受合外力不为零；C中墙壁受地面的作用力，子弹和墙壁所受合外力不为零；D中棒受人手的作用力，棒和垒球所受合外力不为零．A、C、D项不符合动量守恒的条件．2．如图所示，在光滑水平面上放一个质量为M的斜面体，质量为m的物体沿斜面由静止开始自由下滑，下列说法中正确的是()A．M和m组成的系统动量守恒B．M和m组成的系统所受合力方向向上C．M和m组成的系统水平方向动量守恒D．M和m组成的系统竖直方向动量守恒解析：选CM和m组成的系统在水平方向所受合外力为零，水平方向系统动量守恒；竖直方向系统所受合外力不为零，且方向向下，系统在竖直方向上动量不守恒；则M和m组成的系统动量不守恒，故A、B、D错误，C正确．★要点二动量守恒定律的应用|要点归纳|1．动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义(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)Δp1＝－Δp2：相互作用的两个物体组成的系统，一个物体的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)Δp＝0：系统总动量增量为零．(4)m1v1＋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．2．某一方向上动量守恒问题：动量守恒定律的适用条件是普遍的，当系统所受的合外力不为零时，系统的总动量不守恒，但是在不少情况下，合外力在某个方向上的分量却为零，那么在该方向上系统的动量分量就是守恒的．3．爆炸类问题中动量守恒定律的应用(1)物体间的相互作用突然发生，作用时间很短，爆炸产生的内力远大于外力(如重力、摩擦力等)，可以利用动量守恒定律求解．(2)由于爆炸过程中物体间相互作用的时间很短，作用过程中物体的位移很小，因此可认为此过程物体位移不发生变化．4．应用动量守恒定律的解题步骤|例题展示|【例2】(多选)向空中发射一物体，不计空气阻力，当此物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂成a、b两块，若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向，则()A．b的速度方向一定与原速度方向相反B．从炸裂到落地的这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大C．a、b一定同时到达水平地面D．在炸裂过程中，a、b受到的爆炸力大小一定相等[解析]空中爆炸问题，因系统内力远大于外力，故满足系统动量守恒的条件．由题中所给物理情景“一分为二”，系统动量守恒的表达式为mv0＝mava＋mbvb因mava与mv0同向，取v0为正方向．讨论：①若mavamv0，则mbvb为正向，vb与va同向．②若mava＝mv0，则mbvb＝0，即vb＝0，b做自由落体运动．③若mavamv0，则mbvb为负向，vb与va反向，所以选项A错误；因题设条件只给出了va与v0同向和mamb，但未给出va一定大于或等于v0的条件，所以vb大于、等于和小于va的情况都有可能存在，从同一高度平抛物体的水平射程由水平初速度决定，故sbsa、sb＝sa、sbsa都有可能，所以选项B错误；平抛运动的飞行时间由抛出点的高度决定，h相同，由t＝2hg知，t相同，所以选项C正确；炸裂过程a与b相互作用遵循牛顿第三定律，F与F′等值、反向，所以选项D正确．[答案]CD【例3】将两个完全相同的磁铁(磁性极强)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3m/s，乙车速度大小为2m/s，方向相反并在同一直线上，如图所示．(1)当乙车速度为零时，甲车的速度多大？方向如何？(2)由于磁性极强，故两车不会相碰，那么两车的距离最小时，乙车的速度是多大？方向如何？[解析]两个小车及磁铁组成的系统在水平方向不受外力作用，两磁铁之间的磁力是系统内力，系统动量守恒，设向右为正方向．(1)v甲＝3m/s，v乙＝－2m/s.据动量守恒得mv甲＋mv乙＝mv甲′，代入数据解得v甲′＝v甲＋v乙＝(3－2)m/s＝1m/s，方向向右．(2)两车相距最小时，两车速度相同，设为v′，由动量守恒得mv甲＋mv乙＝mv′＋mv′.解得v′＝mv甲＋mv乙2m＝v甲＋v乙2＝3－22m/s＝0.5m/s，方向向右．[答案](1)1m/s方向向右(2)0.5m/s方向向右[规律方法]处理动量守恒问题的一般思路(1)选取合适的系统为研究对象，判断题目涉及的物理过程是否满足动量守恒的条件．(2)确定物理过程及其系统内物体对应的初、末状态的动量．(3)确定正方向，选取恰当的动量守恒的表达式列式求解．|对点训练|3．如图所示，两个小物块a、b静止在光滑水平面上，它们之间由一根细线连接且夹着一个处于压缩状态的轻弹簧．烧断细线后，被弹出的小物块a、b在同一直线上运动，且弹簧与它们分离．a、b的质量分别是2kg和4kg，则下列判断正确的是()A．小物块a与b的速率之比为1∶2B．弹簧对小物块a与b所做的功的大小之比为2∶1C．弹簧对小物块a与b的冲量大小之比为2∶1D．小物块a与b的动能之比为1∶2解析：选B根据动量守恒可知：mava＝mbvb，解得va∶vb＝mb∶ma＝2∶1，选项A错误；弹簧对小物块a、b所做的功的大小之比为WaWb＝EkaEkb＝12mava212mbvb2＝12×41＝21，选项B正确，D错误；根据动量定理有：Ia＝mava，Ib＝mbvb，则弹簧对小物块a与b的冲量大小之比为1∶1，选项C错误．4．(多选)如图所示，一质量M＝3.0kg的长方形木板B放在光滑水平地面上，在其右端放一个质量m＝1.0kg的小木块A.现以