【课件】动量守恒定律+课件-高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册.pptx

1.3 动量守恒定律人教版（2019）选修 第一册1.1.能运用动量定理和牛顿第三定律分析能运用动量定理和牛顿第三定律分析碰撞现象中的动量变化碰撞现象中的动量变化。2.2.在了解系统、内力和外力的基础上，在了解系统、内力和外力的基础上，理解动量守恒定律理解动量守恒定律。3.3.能能运用动量守恒定律运用动量守恒定律分析生产生活中的有关现象。分析生产生活中的有关现象。4.4.了解动量守恒定律的了解动量守恒定律的普遍适用性普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性。和牛顿运动定律适用范围的局限性。学习目标学习目标 第第一一节节中中我我们们通通过过分分析析一一辆辆小小车车碰碰撞撞一一辆辆静静止止小小车车，得得出出碰碰撞撞前前后后两两辆辆小小车车的的动动量量之之和和不不变变的的结结论论。对对于于冰冰壶壶等等物物体体的的碰碰撞撞也也是是这这样样吗吗？怎怎样样证证明明这这一一结论？这是一个普遍的规律吗？结论？这是一个普遍的规律吗？导入新课导入新课一、一、相互作用的两个物体的动量改变相互作用的两个物体的动量改变思考：思考：思考：思考：A A、B B小球的总动量是否发生变化？小球的总动量是否发生变化？碰碰 后后v1v2m1m2光滑水平面上，沿同一直线运动的两个小球：光滑水平面上，沿同一直线运动的两个小球：碰碰 前前v1v2m1m2A AB B 设光滑水平面上做匀速运动的两个小球，质量分别是设光滑水平面上做匀速运动的两个小球，质量分别是m1 1和和m2 2，沿着同一直线向，沿着同一直线向相同的方向运动，速度分别是相同的方向运动，速度分别是v1 1和和v2 2，且，且v1 1 v2 2，经过一段时间后，经过一段时间后，m1 1追上了追上了m2 2时发时发生碰撞，碰撞后的速度分别是生碰撞，碰撞后的速度分别是v1 1和和v2 2。碰撞过程中第一个小球所受第二个球对它的作用力是碰撞过程中第一个小球所受第二个球对它的作用力是F F1 1，第二个球所受第一个，第二个球所受第一个球对它的作用力是球对它的作用力是F F2 2。碰撞时，两小球之间力的作用时间很短，用。碰撞时，两小球之间力的作用时间很短，用t表示。表示。(1)(1)分析分析碰撞过程中每个小球受到的合力和每个小球动量变化情况如何？碰撞过程中每个小球受到的合力和每个小球动量变化情况如何？(2)(2)两个小球在碰撞过程中每个时刻相互作用力有什么关系？两个小球在碰撞过程中每个时刻相互作用力有什么关系？(3)(3)推导出碰撞前后动量守恒的表达式。推导出碰撞前后动量守恒的表达式。思考：思考：思考：思考：v1v2m1v1v2m1m2m2FN1FN2G1G2F1F2对对m1 1：F1t=m1v1-m1v1对对m2 2：F2t=m2v2-m2v2由牛顿第三定律得由牛顿第三定律得 F1 1=-F2 2m1v1+m2v2=m1 1v1 1+m2 2v2 2或者：或者：p1+p2=p1 1+p2 2结论：结论：结论：结论：以向右为正方向以向右为正方向推导依据：m1v1-m1v1=-(m2v2-m2v2)问题：问题：问题：问题：碰撞前后满足动量之和不变的两个物体的受力情况有什么特点碰撞前后满足动量之和不变的两个物体的受力情况有什么特点？v1v2m1v1v2m1m2m2FN1FN2G1G2F1F2动量定理二、二、动量守恒定律动量守恒定律*系统：系统：由两个或多个相互作用的物体构成的由两个或多个相互作用的物体构成的整体整体，称为系统。，称为系统。*内力：内力：系统中系统中相互作用的各物体之间的相互作用力，如相互作用的各物体之间的相互作用力，如 F F1 1、F F2 2。*外力：外力：外部外部其他物体对系统的作用力。其他物体对系统的作用力。明确概念：系统、内力、外力系统、内力、外力F1F2FN1FN2G1G21.1.内容内容：2 2.表达式表达式 m1 1v1 1m2 2v2 2m1 1v1 1m2 2v2 2)p1 1p2 2 p0 0 p =p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。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。相互作用的两个物体动量的增量等大反向。相互作用的两个物体动量的增量等大反向。系统总动量的增量为零。系统总动量的增量为零。系统相互作用前的总动量系统相互作用前的总动量 p 等于相互作用后的总动量等于相互作用后的总动量 p。动量守恒定律动量守恒定律如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0 0，这个系统的总动量，这个系统的总动量保持不变。保持不变。矢量性矢量性 相对性相对性 瞬时性瞬时性 系统性系统性 若作用前后动量都在一条直线上，要若作用前后动量都在一条直线上，要选取正方向选取正方向，将矢量运算简化为代数运，将矢量运算简化为代数运算。算。各个速度必须是各个速度必须是相对同相对同参考系参考系的。的。若题目不作特别说明，一般都以地面为参考系。若题目不作特别说明，一般都以地面为参考系。动量守恒指的是系统内物体相互作用过程中动量守恒指的是系统内物体相互作用过程中任一瞬时任一瞬时的总动量都相同，故的总动量都相同，故vl l、v2必须时某同一时刻的速度，必须时某同一时刻的速度，vl l、v2 2必须是另同一时刻的速度。必须是另同一时刻的速度。整体整体的总动量。的总动量。3 3.性质性质4 4.守恒条件守恒条件理想守恒理想守恒系统受到的合外力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看系统受到的合外力不为零，但当内力远大于外力时，系统的动量可近似看成守恒。成守恒。(近似条件近似条件)(理想条件理想条件)系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒。系统不受外力或所受外力的合力为零，则系统动量守恒。近似守恒近似守恒某方向守恒某方向守恒(单向条件单向条件)系统在某个方向上所受合外力为零时，系统在该方向上动量守恒。系统在某个方向上所受合外力为零时，系统在该方向上动量守恒。水平面光滑水平面光滑，小滑块由静止滑下系统水平方向动量守恒A AB BC C实例实例实例实例针对练针对练针对练针对练 下列四幅图所反映的物理过程中，动量守恒的是下列四幅图所反映的物理过程中，动量守恒的是 ()ACAC剪断细线，弹簧恢复原长的过程中，剪断细线，弹簧恢复原长的过程中，M M、N N和弹簧组成的系统和弹簧组成的系统在光滑水平面上，子弹射入木块的过程中，在光滑水平面上，子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统子弹和木块组成的系统A.A.木块沿光滑固定斜面由静止滑下的过程中，木块沿光滑固定斜面由静止滑下的过程中，木块和斜面体组成的系统木块和斜面体组成的系统D.D.B.B.N NM M墙壁墙壁两球匀速下降，细线断裂后，它们在水下运动的过程中，两球匀速下降，细线断裂后，它们在水下运动的过程中，两球组成的系统（不计水的阻力）两球组成的系统（不计水的阻力）C.C.木球木球水水思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 A A、B B 两辆小车放在光滑的水平面上，二者之间连接一根被两辆小车放在光滑的水平面上，二者之间连接一根被压缩了的弹簧后用细线栓住，压缩了的弹簧后用细线栓住，则烧断细线后，系统动量是否守恒？则烧断细线后，系统动量是否守恒？!1.1.选择研究对象选择研究对象(系统系统)，区分内力和外力，从而判断所选择的系统动量是否，区分内力和外力，从而判断所选择的系统动量是否守恒。守恒。2.2.在系统总动量一定在系统总动量一定(守恒守恒)的情况下，系统中每个物体的动量可以发生很大的情况下，系统中每个物体的动量可以发生很大的变化。的变化。注意注意例题例题例题例题1 1 1 1 在列车编组站里，一辆质量为在列车编组站里，一辆质量为1.8101.8104 4kgkg的货车在平直轨道上以的货车在平直轨道上以2m/s2m/s的速的速度运动，碰上一辆质量为度运动，碰上一辆质量为2.2102.2104 4kgkg的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，求货车碰撞后的运动速度。求货车碰撞后的运动速度。审题指导 本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？本题中相互作用的系统是什么？本题中相互作用的系统是什么？分析系统受到哪几个外力的作用？是否符合动量守恒的条件？分析系统受到哪几个外力的作用？是否符合动量守恒的条件？重力、地面支持力和重力、地面支持力和摩擦力摩擦力满足动量守恒条件（满足动量守恒条件（内力远大于地面摩擦力）内力远大于地面摩擦力）m1m2F2内力内力内力内力外外外外力力力力系统FN1G1FN2G2F Ff1F Ff2F1解析解析解析解析m1 1m2 2以碰前货车的运动方向为正方向（以以碰前货车的运动方向为正方向（以v1 1 方向为正），方向为正），则则 v1 1=2m/s2m/s，v2 2=0 0设两车结合后的速度为设两车结合后的速度为v 。两车碰撞前的总动量为两车碰撞前的总动量为两车碰撞后的总动量为两车碰撞后的总动量为由动量守恒定律可得：由动量守恒定律可得：所以所以代入数值，得代入数值，得v=0.9m/s0.9m/s m-m1火箭炸裂前的总动量为火箭炸裂前的总动量为炸裂后的总动量为炸裂后的总动量为根据根据动量守恒定律可得：动量守恒定律可得：解得解得解：解：解：解：以以v v 的方向为正方向。的方向为正方向。例题例题例题例题2 2 2 2 一枚在空中飞行的一枚在空中飞行的火箭火箭质量为质量为m，在某，在某时刻的时刻的速度为速度为v，方向水平，方向水平，燃料，燃料即将耗尽。此时火箭即将耗尽。此时火箭突然炸裂成两块突然炸裂成两块(如图如图)，其中质量为，其中质量为m1 1的一块沿着与的一块沿着与v相反的相反的方向飞去，速度为方向飞去，速度为v1 1。求炸裂后另一块的速度。求炸裂后另一块的速度v2 2。v1拓展提升拓展提升拓展提升拓展提升 一枚在空中飞行的一枚在空中飞行的火箭火箭质量为质量为m，在某，在某时刻的时刻的速度为速度为v，燃料即将耗燃料即将耗尽。此时火箭尽。此时火箭突然炸裂成两块，其中质量为突然炸裂成两块，其中质量为m1 1的一块沿着与初速度相同的方向飞的一块沿着与初速度相同的方向飞去，速度为去，速度为v1 1，求炸裂后另一块的速度求炸裂后另一块的速度v2 2。思考并回答下列问题：思考并回答下列问题：此题的条件与原题相比有哪些变化？此题的条件与原题相比有哪些变化？在此爆炸过程中动量还守恒吗？你是如何判断是否守恒的？如果守恒，请写在此爆炸过程中动量还守恒吗？你是如何判断是否守恒的？如果守恒，请写出动量守恒表达式。出动量守恒表达式。另一块的飞行方向如何判断？另一块的飞行方向如何判断？火箭在炸裂前后，系统的机械能守恒吗？如果不守恒，机械能是怎样变化的火箭在炸裂前后，系统的机械能守恒吗？如果不守恒，机械能是怎样变化的？1 1.明确研究对象。明确研究对象。2 2.受力分析受力分析 要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析，判断系统是否符合动量守恒条件。要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析，判断系统是否符合动量守恒条件。3 3.运动分析运动分析 明确所研究的相互作用过程，确定过程的始、末状态。明确所研究的相互作用过程，确定过程的始、末状态。【注意】【注意】【注意】【注意】在研究地面上物体间相互作用的过程时，各物体运动的速度均应取地面在研究地面上物体间相互作用的过程时，各物体运动的速度均应取地面为参考系。为参考系。4 4.确定好正方向，建立动量守恒方程求解确定好正方向，建立动量守恒方程求解。应用动量守恒定律解题的步骤应用动量守恒定律解题的步骤1.1.运用动量守恒定律比牛顿运动定律处理问题更加简化。运用动量守恒定律比牛顿运动定律处理问题更加简化。2.2.动量守恒定律比牛顿运动定律适用范围更加广泛。动量守恒定律比牛顿运动定律适用范围更加广泛。动量守恒定律只涉及过程始末两个状态，与过程中力的细节无关。动量守恒定律只涉及过程始末两个状态，与过程中力的细节无关。在高速、微观领域，牛顿运动定律不再适用，而动量守恒定律仍然正确。在高速、微观领域，牛顿运动定律不再适用，而动量守恒定律仍然正确。三、三、动量守恒定律的普适性动量守恒定律的普适性机械能守恒定律机械能守恒定律动量守恒定律动量守恒定律研究对象研究对象相互作用的物体组成的系统相互作用的物体组成的系统守恒条件守恒条件 守恒性质守恒性质适用范围适用范围注意注意 只有重力或弹力做功。只有重力或弹力做功。系统不受外力或所受外力的矢系统不受外力或所受外力的矢量和为零。量和为零。标量守恒标量守恒(标量式标量式)仅限于宏观、低速领域仅限于宏观、低速领域矢量守恒矢量守恒(矢量式，规定正方向矢量式，规定正方向)到目前为止物理学研究的一切领域到目前为止物理学研究的一切领域 系统的动量守恒时，机械能不一定守恒；系统的动量守恒时，机械能不一定守恒；系统的机械能守恒时，其动量也不一定守恒。系统的机械能守恒时，其动量也不一定守恒。动量守恒定律与机械能守恒定律的比较动量守恒定律与机械能守恒定律的比较针对练针对练针对练针对练 如图所示的装置中，木块如图所示的装置中，木块B B与水平桌面间的接触是光滑的，子弹与水平桌面间的接触是光滑的，子弹A A沿水平沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，现将方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，现将子弹、木块和弹簧子弹、木块和弹簧合在一起合在一起作为研究对象作为研究对象(系统系统)，则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的过程中，则此系统在从子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的过程中()A A动量守恒，机械能守恒动量守恒，机械能守恒 B B动量不守恒，机械能不守恒动量不守恒，机械能不守恒 C C动量守恒，机械能不守恒动量守恒，机械能不守恒 D D动量不守恒，机械能守恒动量不守恒，机械能守恒B B1.1.系统受墙的作用力（外力）作用，动量不守恒。系统受墙的作用力（外力）作用，动量不守恒。2.2.系统内有滑动摩擦力做功，机械能减小，转化为内能。系统内有滑动摩擦力做功，机械能减小，转化为内能。机械能不守恒机械能不守恒提示：提示：选选选选取取取取研研研研究究究究对对对对象象象象，确确确确定定定定物物物物理理理理过过过过程程程程，受受受受力力力力分分分分析析析析并并并并判判判判断断断断系系系系统统统统动动动动量是否守恒量是否守恒量是否守恒量是否守恒选选选选取取取取正正正正方方方方向向向向，确确确确定定定定动动动动量量量量守守守守恒恒恒恒系系系系统统统统的的的的作作作作用用用用前前前前总总总总动动动动量量量量和和和和作作作作用用用用后总动量后总动量后总动量后总动量根据动量守恒定律根据动量守恒定律根据动量守恒定律根据动量守恒定律列方程列方程列方程列方程统统统统一一一一单单单单位位位位，代代代代入入入入数数数数据据据据，求求求求解解解解得得得得结结结结果果果果，并并并并对对对对所所所所求求求求物物物物理理理理量量量量方方方方向进行说明。向进行说明。向进行说明。向进行说明。1.1.内容内容：2.2.表达式：表达式：3.3.成立条件成立条件课堂小结课堂小结课堂小结4.4.普适性普适性