鲁科版 (2019)选择性必修 第一册动量守恒定律及其应用背景图课件ppt

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第2节　动量守恒定律及其应用第1课时　动量守恒定律的理解及应用第1章 动量及其守恒定律1.理解动量守恒定律的内容及其表达式。2.理解动量守恒的条件，能用动量守恒定律解释生活中的一些相互作用现象。3.能用动量守恒定律解决简单问题。学习目标目 录CONTENTS知识点1知识点二　动量守恒定律的应用知识点一　动量守恒定律的理解知识点一　动量守恒定律的理解 如图所示，在光滑水平桌面上沿同一方向做匀速运动的两个物体，质量为m2的B物体追上质量为m1的A物体，并发生碰撞，设A、B两物体碰前速度分别为v1、v2(v2>v2)，碰后速度分别为v1′、v2′，碰撞时间很短，设为Δt。设B对A的作用力是F1，A对B的作用力是F2。请用动量定理证明碰撞前后两物体总动量之和相等。提示　根据动量定理：对A：F1Δt＝m1v1′－m1v1①对B：F2Δt＝m2v2′－m2v2②由牛顿第三定律得F1＝－F2③由①②③得两物体总动量关系为m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2。1.内容：一个系统不受______或者所受________为0时，这个系统的________保持不变。2.表达式：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。3.普适性动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一，不仅低速、宏观领域遵循这一规律，______ (接近光速)、______ (分子、原子的尺度)领域也遵循这一规律。外力合外力总动量高速微观【思考】1.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，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　如果将前面两辆汽车看作一个系统，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作一个系统，后面一辆汽车对中间汽车的作用力是系统内物体之间的作用力，是内力。2.光滑的地面上，A、B两完全相同的小车用一根轻弹簧相连。用手缓慢向中间推两小车使弹簧压缩。当A、B两小车同时释放后：两辆小车分别向左、向右运动，它们都获得了动量，它们的总动量是否增加了？提示　两辆小车分别向左、向右运动，它们同时获得了动量，但两辆小车的动量的方向相反，动量的矢量和仍然为0，故系统的总动量没有增加。D例1 图甲、乙、丙、丁分别反映的物理过程中，系统动量守恒的是(　　)A.只有甲和乙 B.只有丙和丁C.只有乙和丁 D.只有甲和丙解析　图甲中，子弹射入木块的过程中，系统所受外力的矢量和为零，则系统动量守恒；图乙中，剪断细线，压缩的轻弹簧恢复原长的过程中，水平方向要受到竖直墙壁对M的作用力，即水平方向所受外力的矢量和不为零，系统的动量不守恒；图丙中，两球匀速下降，则两球组成的系统受到的重力和浮力的矢量和为零，剪断细线后，系统受到的重力和浮力不变，则系统所受外力的矢量和仍为零，系统动量守恒；图丁中，木块沿光滑固定斜面下滑的过程中，所受外力的矢量和不为零，系统动量不守恒；则只有甲和丙系统动量守恒。故D正确。BC例2 (多选)(鲁科版教材P17节练习2改编)如图所示，光滑水平面上的两玩具小车中间连接一被压缩的轻弹簧，两手分别按住小车，使它们静止。对于两车及弹簧组成的系统，下列说法正确的是(　　)A.两手先后放开后，系统总动量始终为0B.两手都放开后，系统机械能和动量都守恒C.先放开左手紧接着放开右手后，系统总动量向左D.若两手先后放开，则在两手都放开前，系统机械能不守恒解析　两手都放开后，系统所受合外力为零，机械能和动量都守恒，故B正确；先放开左手，左边的小车向左运动，当再放开右手后，系统所受合外力为零，故系统总动量守恒，且开始时总动量方向向左，放开右手后总动量方向也始终向左，故A错误，C正确；放开一侧，弹簧的弹性势能转化为小车的动能，在两手都放开前，系统机械能守恒，故D错误。系统动量是否守恒的判定方法(1)选定研究对象及研究过程，分清外力与内力。(2)分析系统受到的外力矢量和是否为零，若外力矢量和为零，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。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。(3)除了利用动量守恒条件判定外，还可以通过实际过程中系统各物体各方向上总动量是否保持不变来进行直观的判定。　　 知识点二　动量守恒定律的应用 如图所示，在光滑的水平面上有一辆平板车，某同学站在车上，想通过敲打车的左端让平板车向右不断运动。这个做法可行吗？为什么？提示　不可行。此相互作用过程中动量守恒，当把锤头打下去时，锤头向右运动，车就向左运动，系统总动量为零；举起锤头时，锤头向左运动，车就向右运动。用锤头连续敲打时，车只是左右运动，一旦锤头不动，车就会停下来，所以车不能持续向右运动。1.动量守恒定律的“五性”2.动量守恒定律不同表达式的含义 (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。C例4 (鲁科版教材P17节练习4T改编)如图所示，在游乐场上，两位同学各驾驶着一辆碰碰车迎面相撞，此后，两车以共同的速度运动。设甲同学和他的车的总质量为150 kg，碰撞前向右运动，速度的大小为4.5 m/s；乙同学和他的车的总质量为200 kg，碰撞前向左运动，速度的大小为3.9 m/s。求碰撞后两车共同的运动速度。解析　取向右运动方向为正方向，有v甲＝4.5 m/s ，v乙＝－3.9 m/s两车碰撞前后，根据动量守恒定律有m甲v甲＋m乙v乙＝(m甲＋m乙)v共则碰撞后两车共同的运动速度大小为0.3 m/s，方向向左。答案　0.3 m/s，方向向左应用动量守恒定律的解题步骤(1)确定相互作用的系统为研究对象。(2)分析研究对象所受的外力。(3)判断系统是否符合动量守恒条件。(4)规定正方向，确定初、末状态动量。(5)根据动量守恒定律列式求解。　　B训练 (鲁科版教材P14“迁移”改编)在微观粒子发生碰撞时，运用动量守恒定律还可测量微观粒子的质量。例如，氢原子核的质量是1.67×10－27 kg，它以7.0×106 m/s的速度与一个原来静止的未知原子核相碰撞，碰撞后以1.0×106 m/s的速度被反弹回来，而未知原子核以4.0×106 m/s的速度向前运动，则未知原子核的质量与氢原子核的质量比值为(　　) A.1.5 B.2 C.2.5 D.3随堂对点自测2BC1.(动量守恒定律的理解)(多选)如图所示，木块A、B用轻弹簧连接，放在光滑的水平面上，A紧靠墙壁，在木块B上施加向左的水平力F，使弹簧压缩，当撤去外力后(　　)A.A尚未离开墙壁前，A、B系统的动量守恒B.A尚未离开墙壁前，弹簧和B系统的机械能守恒C.A离开墙壁后，A、B系统动量守恒D.A离开墙壁后，A、B系统机械能守恒解析　当撤去外力F后，A尚未离开墙壁前，系统受到墙壁的作用力，系统所受的合外力不为0，所以A和B组成的系统的动量不守恒，A错误；以B和弹簧组成的系统为研究对象，在A离开墙壁前，除了系统内弹力做功外，无其他力做功，系统机械能守恒，B正确；A离开墙壁后，A、B系统所受的合外力为0，所以A、B组成的系统的动量守恒，C正确；在A离开墙壁后，对A、B及弹簧组成的系统，除了系统内弹力做功外，无其他力做功，A、B及弹簧组成的系统机械能守恒，D错误。A2.(动量守恒定律的应用)(2024·江苏苏州常熟中学期中)如图所示，载有物资的无人机静止于空中某高度处，某时吊挂的物资突然脱落，空气对无人机的作用力始终不变，不计物资受到的空气作用力，则从物资脱落到物资落地前的时间内，脱落的物资和无人机组成的系统的动量(　　) A.为零 B.方向竖直向上 C.方向竖直向下 D.方向均有可能 解析　无人机和物资静止在空中，空气对无人机的作用力等于无人机和物资所受重力之和，物资脱落后，以无人机和物资构成的整体为研究对象，系统所受合外力仍为零。从物资脱落到物资落地前的过程中，系统一开始的初动量为零，根据动量守恒定律可知，系统的末动量也为零，故A正确。3.(动量守恒定律的应用)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3 m/s，方向向右，乙车速度大小为2 m/s，方向向左并与甲车速度方向在同一直线上，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，那么两车的距离最近时，乙车的速度是多大？方向如何？答案　(1)1 m/s　方向向右　(2)0.5 m/s　方向向右解析　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)v甲＝3 m/s，v乙＝－2 m/s据动量守恒定律得mv甲＋mv乙＝mv甲′，代入数据解得v甲′＝v甲＋v乙＝(3－2) m/s＝1 m/s，方向向右。(2)两车的距离最近时，两车速度相同，设为v′，由动量守恒定律得mv甲＋mv乙＝mv′＋mv′课后巩固训练3C题组一　动量守恒的理解1.关于动量守恒的条件，下列说法正确的有(　　)A.只要系统内存在摩擦力，系统动量不可能守恒B.只要系统所受外力做的功为零，系统动量守恒C.只要系统所受到合外力为零，系统动量守恒D.系统加速度为零，系统动量不一定守恒基础对点练解析　只要系统所受合外力为零，系统动量就守恒，与系统内是否存在摩擦力无关，故A错误；系统所受外力做的功为零，但系统所受合外力不一定为零，系统动量不一定守恒，如用绳子拴着一个小球，让小球做匀速圆周运动，小球转过半圆的过程中，外力做功为零，但小球的动量不守恒，故B错误；系统所受到合外力为零，则系统受到的合外力为零，系统动量守恒，故C正确；系统加速度为零，由牛顿第二定律可得，系统所受合外力为零，系统动量守恒，故D错误。A2.在下列几种现象中，所选系统动量守恒的是(　　) A.在光滑水平面上，运动的小车迎面撞上一静止的小车，以两车为一系统 B.运动员将铅球从肩窝开始加速推出，以运动员和铅球为一系统 C.从高空自由下落的重物落在静止于地面上的车厢，以重物和车厢为一系统 D.光滑水平面上放一个表面光滑的斜面体，一个物体沿斜面滑下，以物体和斜面体为一系统 解析　两车组成的系统受到的合外力为零，故动量守恒，A正确；运动员与铅球组成的系统初动量为零，末动量不为零，B错误；重物和车厢组成的系统的末动量为零而初动量不为零，C错误；在物体沿斜面下滑时，向下的动量增大，D错误。C3.如图所示，小车与木箱紧挨着静止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.木箱的动量的变化量与男孩、小车的总动量的变化量相同解析　在男孩站在小车上用力向右迅速推出木箱的过程中，男孩在水平方向受到小车的摩擦力，即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，A错误；小车在水平方向上受到男孩的摩擦力，即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，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，C正确；木箱、男孩、小车组成的系统动量守恒，木箱的动量变化量与男孩、小车的总动量变化量大小相同，方向相反，D错误。BD4.(多选)如图所示，小车静止放在光滑的水平面上，将系着轻绳的小球拉开一定的角度，然后同时放开小球和小车，不计空气阻力，那么在以后的过程中(　　) A.小球向左摆动时，小车也向左运动，且系统动量守恒 B.小球向左摆动时，小车向右运动，且系统在水平方向 上动量守恒 C.小球向左摆到最高点，小球的速度为零而小车的速度不为零 D.在任意时刻，小球和小车在水平方向上的动量一定大小相等、方向相反(或者都为零)解析　以小球和小车组成的系统为研究对象，在水平方向上不受外力的作用，所以系统在水平方向上动量守恒。由于初始状态小车与小球均静止，因此小球与小车在水平方向上的动量要么都为零，要么大小相等、方向相反，所以B、D正确。B题组二　动量守恒定律的应用5.(2024·云南曲靖期中)春节期间，小明燃放了一枚火炮，燃放前火炮静止，爆炸后火炮被分成两部分，质量分别是m1、m2，二者分别沿同一直线向相反方向运动，m1速度为v1，不考虑空气阻力，则m2的速度大小为(　　)A6.如图所示，我国自行研制的第五代隐形战机“歼－20”以速度v0水平向右匀速飞行，到达目标地时，将质量为M的导弹自由释放，导弹向后喷出质量为m、对地速率为v1的燃气，则喷气后导弹的速率为(　　)B7.(2024·河南新乡市高二期末)假设在花样滑冰训练时两位滑冰运动员甲、乙均以1 m/s的速度沿同一直线相向滑行，相遇时在极短时间内用力推开对方，此后甲以1 m/s、乙以0.5 m/s的速度向各自初速度的反方向运动，忽略冰面的摩擦，则两位运动员的质量之比是(　　) A.3∶5 B.3∶4 C.2∶3 D.3∶2A8.(2023·陕西榆林市期中)质量m＝100 kg的小船静止在平静水面上，船两端载着m甲＝40 kg，m乙＝60 kg的游泳者，在同一水平线上甲朝左、乙朝右同时以相对于岸3 m/s的速度跃入水中，如图所示，则小船的运动方向和速度为(　　) A.向左，小于1 m/s B.向左，大于1 m/s C.向右，大于1 m/s D.向右，小于1 m/s 解析　取甲的速度方向为正方向，根据动量守恒定律m甲v－m乙v＋mv船＝0得v船＝0.6 m/s，v船>0表示小船速度方向向左，故A正确。C综合提升练9.质量为M的机车后面挂着质量为m的拖车，在水平轨道上以速度v匀速运动，已知它们与水平轨道间的摩擦力与它们的质量成正比。运动过程中拖车脱钩，但当时司机没发现，当拖车刚停下来时，机车的速度为(　　)AD10.(多选)如图，花样滑冰运动员所穿冰鞋的冰刀与冰面间的动摩擦因数是相同的，为表演一个动作，处于静止状态的两运动员站在一起互推一把后各自自由滑行，下列说法正确的是(　　)A.质量大的运动员滑行的初速度小B.质量大的运动员滑行时加速度小C.质量大的运动员滑行时间长D.质量大的运动员滑行距离短11.(2024·湖南宁乡市期末)一质量为30 kg的小孩，以8 m/s的速度水平跑动跳到一辆原来静止在光滑水平面上的滑板小车并与小车保持相对静止一起运动。已知小车质量是10 kg，小孩跳上滑板小车过程中，求： (1)小孩对小车的冲量大小； (2)小孩对小车所做的功。 答案　(1)60 N·s　(2)180 J 解析　(1)小孩跳上滑板小车过程中动量守恒，设人与车的共同速度为v，则培优加强练12.(2024·陕西咸阳市期中)如图所示，在某次3 000 m接力赛练习中，“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面，并且开始向前滑行，待乙追上甲时，乙的速度大小为12 m/s，甲的速度大小为10 m/s，此时乙沿水平方向猛推甲一把，使甲以13 m/s的速度向前冲出。在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用，已知甲、乙运动员的质量均为60 kg，乙推甲的时间为0.8 s，在乙推甲的过程中，求：(1)乙对甲的平均作用力大小；(2)乙推甲后瞬间乙的速度。答案　(1)225 N　(2)9 m/s，方向与甲运动员初始运动方向相同解析　(1)取甲运动员初始运动方向为正方向，乙推甲的过程中，对运动员甲，由动量定理有Ft＝mv甲2－mv甲1，解得F＝225 N。(2)取甲运动员初始运动方向为正方向，乙推甲的过程中，两者所组成的系统动量守恒，有mv乙1＋mv甲1＝mv乙2＋mv甲2解得v乙2＝9 m/s，方向与甲运动员初始运动方向相同。