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

3动量守恒定律学习目标素养提炼1.了解系统、内力和外力的概念．2.理解动量守恒定律及表达式，理解其守恒条件．3.了解动量守恒定律的普遍意义．4.能用动量守恒定律解决实际问题.物理观念：系统、动量守恒定律．科学思维：利用动量定理推导出动量守恒定律的表达式．科学探究：系统动量守恒的条件.01课前自主梳理02课堂合作探究03随堂演练达标04课后达标检测一、系统、内力和外力1．系统：相互作用的两个或几个物体组成的．2．内力：系统物体间的．3．外力：系统的物体对系统的物体的作用力．整体内部相互作用力以外以内[思考]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作一个系统，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作一个系统呢？提示：外力，内力．二、动量守恒定律1．内容：如果一个系统不受，或者所受的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变．2．表达式：对两个物体组成的系统，常写成：p1＋p2＝或m1v1＋m2v2＝.3．适用条件：系统不受或者所受之和为零．4．动量守恒定律的普适性动量守恒定律是一个独立的实验规律，它适用于目前为止物理学研究的领域．外力外力p1′＋p2′m1v1′＋m2v2′外力外力一切[判断辨析](1)一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒．()(2)两个做匀速直线运动的物体发生碰撞，两个物体组成的系统动量守恒．()(3)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零．()(4)若系统动量守恒，则系统机械能也守恒．()×√√×要点一对动量守恒定律的理解[探究导入]在光滑的水平面上有一辆平板车，一个人站在车上用大锤敲打车的左端，如图所示．试分析：在连续的敲打下，这辆车能否持续地向右运动？提示：人、锤和车组成的系统水平方向动量守恒，人把锤向上挥起，车向右运动，当锤停下，车也停下．当人挥动锤击打车，车向左运动，击打结束，锤停止车也停止，故车左右振动，不能持续地向右运动．1．对动量守恒定律条件的理解(1)系统不受外力作用，这是一种理想化的情形，如宇宙中两星球的碰撞、微观粒子间的碰撞都可视为这种情形．(2)系统受外力作用，但所受合外力为零．如光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形．(3)系统受外力作用，但当系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时，系统的总动量近似守恒．例如，抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间，弹片所受火药爆炸时的内力远大于其重力，重力完全可以忽略不计，系统的动量近似守恒．(4)系统受外力作用，所受的合外力不为零，但在某一方向上合外力为零，则系统在该方向上动量守恒．2．对系统“总动量保持不变”的三点理解(1)系统的总动量是指系统内各物体动量的矢量和，总动量不变指的是系统的总动量的大小和方向都不变．(2)系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能在不断变化．(3)系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等，不能误认为只是初、末两个状态的总动量相等．3．动量守恒定律的“五性”五性具体内容系统性研究对象是相互作用的两个或多个物体组成的系统相对性应用时，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，通常选地面为参考系瞬时性公式中，p1、p2……必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量，p1′、p2′……必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量，不同时刻的动量不能相加五性具体内容矢量性对于作用前后物体的运动方向都在同一直线上的问题，应先选取正方向，凡是与选取的正方向一致的动量为正值，相反的为负值普适性动量守恒定律不仅适用于低速宏观物体组成的系统，而且适用于接近光速运动的微观粒子组成的系统[典例1](多选)如图所示，A、B两物体的质量mA＞mB，中间用一段细绳相连并有一被压缩的弹簧，放在平板小车C上后，A、B、C均处于静止状态．若地面光滑，则在细绳被剪断后，A、B从C上未滑离之前，A、B在C上沿相反方向滑动过程中()A．若A、B与C之间的摩擦力大小相等，则A、B组成的系统动量守恒，A、B、C组成的系统动量也守恒B．若A、B与C之间的摩擦力大小不相等，则A、B组成的系统动量不守恒，A、B、C组成的系统动量也不守恒C．若A、B与C之间的摩擦力大小不相等，则A、B组成的系统动量不守恒，但A、B、C组成的系统动量守恒D．以上说法均不对[思路点拨]动量守恒定律成立的条件是系统不受外力，或所受合外力为0，或者是系统所受的外力比相互作用的内力小很多．[解析]当A、B两物体组成一个系统时，弹簧的弹力为内力，而A、B与C之间的摩擦力为外力．当A、B与C之间的摩擦力等大反向时，A、B组成的系统所受外力之和为零，动量守恒；当A、B与C之间的摩擦力大小不相等时，A、B组成的系统所受外力之和不为零，动量不守恒．而对于A、B、C组成的系统，A、B与C之间的摩擦力均为内力，故不论A、B与C之间的摩擦力的大小是否相等，A、B、C组成的系统所受外力之和均为零，故系统的动量守恒．故A、C正确．[答案]AC[总结提升](1)动量守恒定律的研究对象是相互作用的物体组成的系统．判断系统的动量是否守恒，与选择哪几个物体作为系统和分析哪一段运动过程有直接关系．(2)判断系统的动量是否守恒，要注意守恒的条件是不受外力或所受合外力为零，因此要分清哪些力是内力，哪些力是外力．1．如图所示，小车与木箱静放在光滑的水平冰面上，现有一男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱，关于上述过程，下列说法正确的是()A．男孩和木箱组成的系统动量守恒B．小车与木箱组成的系统动量守恒C．男孩、小车与木箱三者组成的系统动量守恒D．木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量相同解析：在男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱的过程中，男孩和木箱组成的系统所受合外力不为零，系统动量不守恒，故A错误；小车与木箱组成的系统所受合外力不为零，系统动量不守恒，故B错误；男孩、小车与木箱三者组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，故C正确；木箱、男孩、小车组成的系统动量守恒，木箱的动量增量与男孩、小车的总动量增量大小相等，方向相反，故D错误．答案：C2．(多选)下列四幅图所反映的物理过程中，系统动量守恒的是()解析：选项A中子弹和木块组成的系统在水平方向不受外力，竖直方向所受合力为零，系统动量守恒；选项B中在弹簧恢复原长过程中，系统在水平方向始终受墙的作用力，系统动量不守恒；选项C中木球与铁球的系统所受合力为零，系统动量守恒；选项D中系统水平方向动量守恒．答案：ACD要点二动量守恒定律的应用[探究导入]三国演义“草船借箭”中(如图所示)，若草船的质量为m1，每支箭的质量为m，草船以速度v1返回时，对岸士兵万箭齐发，n支箭同时射中草船，箭的速度皆为v，方向与船行方向相同．由此，草船的速度会增加吗？这种现象如何解释？(不计水的阻力)提示：草船的速度会增加，把草船和n支箭作为一个系统，动量守恒．m1v1＋nmv＝(m1＋nm)v2v2＝m1v1＋nmvm1＋nm因为v＞v1，所以v2＞v1，即草船的速度增大．1．动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义(1)p＝p′：系统相互作用前总动量p等于相互作用后总动量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．应用动量守恒定律的解题步骤[典例2]如图所示，A、B两个木块的质量分别为2kg与0.9kg，A、B与水平地面间接触光滑，上表面粗糙，质量为0.1kg的铁块以10m/s的速度从A的左端向右滑动，最后铁块与B的共同速度大小为0.5m/s，求：(1)A的最终速度大小；(2)铁块刚滑上B时的速度大小．[思路点拨](1)铁块从A的左端向右滑动，铁块做减速运动，A、B一起做加速运动．(2)当铁块冲上B后，A、B分离，A做匀速运动，B继续做加速运动，当铁块与B达到共同速度后一起做匀速运动．[解析](1)选铁块和木块A、B为系统，取水平向右为正方向，由系统总动量守恒得mv＝(MB＋m)vB＋MAvA代入数据解得vA＝0.25m/s；(2)设铁块刚滑上B时的速度为v′，此时A、B的速度均为vA＝0.25m/s，铁块与A、B组成的系统动量守恒，由系统动量守恒得mv＝mv′＋(MA＋MB)vA解得v′＝2.75m/s.[答案](1)0.25m/s(2)2.75m/s[总结提升]动量守恒定律的应用技巧对于多物体、多过程动量守恒定律的应用，解题时应注意：(1)正确分析作用过程中各物体状态的变化情况；(2)分清作用过程中的不同阶段，并按作用关系将系统内的物体分成几个小系统；(3)对不同阶段、不同的小系统准确选取初、末状态，分别列动量守恒方程．3．质量m1＝10g的小球在光滑的水平桌面上以30cm/s的速率向右运动，恰遇上质量为m2＝50g的小球以10cm/s的速率向左运动，碰撞后，小球m2恰好停止，则碰后小球m1的速度大小和方向如何？解析：碰撞过程中，两小球组成的系统所受合外力为零，动量守恒．设向右为正方向，则v1＝30cm/s，v2＝－10cm/s，v2′＝0.由动量守恒定律列方程m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′，代入数据解得v1′＝－20cm/s.故碰后小球m1的速度大小为20cm/s，方向向左．答案：20cm/s方向向左4．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，两车之间的磁力是系统内力，系统动量守恒，设向右为正方向．(1)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)两车间距离最小时，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方向向右动量守恒中临界极值问题1．临界点的确定(1)若题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，明显表明题述的过程中存在着临界点．(2)若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”“取值范围”等字眼，表明题述的过程中存在着极值，这些极值点也往往是临界点．2．动量守恒中临界问题的要点分析在动量守恒定律的应用中，常常出现相互作用的两物体相距最近、避免相碰和物体开始反向等临界状态，其临界条件常常表现为两物体的相对速度关系与相对位移关系，这些特定关系的判断是求解这类问题的关键．5．如图所示，甲车质量m1＝20kg，车上有质量M＝50kg的人，甲车(连同车上的人)以v＝3m/s的速度向右滑行，此时质量m2＝50kg的乙车正以v0＝1.8m/s的速度迎面滑来，为了避免两车相撞，当两车相距适当距离时，人从甲车跳到乙车上，求人跳出甲车的水平速度(相对地面)应当在什么范围以内才能避免两车相撞？不计地面和小车之间的摩擦，且乙车足够长．解析：人跳到乙车上后，当两车同向且甲车的速度等于乙车的速度时，两车恰好不相撞．以人、甲车、乙车组成的系统为研究对象，由水平方向动量守恒得：(m1＋M)v－m2v0＝(m1＋m2＋M)v′，解得v′＝1m/s.以人与甲车为一系统，人跳离甲车过程水平方向动量守恒，得：(m1＋M)v＝m1v′＋Mv1解得v1＝3.8m/s.因此，只要人跳离甲车的速度v人≥3.8m/s，就可避免两车相撞．答案：大于等于3.8m/s1．(动量守恒条件的理解)(多选)在光滑水平面上A、B两小车中间连有一轻弹簧，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．将两小车及弹簧看作一个系统，下面说法正确的是()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