高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册动量学案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册动量学案设计，共8页。
学习目标 1.通过实验探究碰撞中的不变量。2.理解动量和动量的变化量的概念及其矢量性，会计算一维情况下的动量变化量。3.知道动量和动能的区别和联系。
知识点一 寻求碰撞中的不变量
案例1 两个大小相同的小球的碰撞
(1)如图甲所示，两根长度相同的细线，分别悬挂两个完全相同的钢球A、B，且两球并排放置。拉起A球，然后放开，该球与静止的B球发生碰撞。碰撞后，A球停止运动，B球摆到A球原来的________。
(2)如图乙所示，将A球换成大小相同的C球，使C球质量________B球质量，用手拉起C球至某一高度后放开，撞击静止的B球，发现碰撞后B球获得________的速度，摆起的最大高度________C球被拉起的高度。
实验现象猜想：(1)两个物体碰撞前后可能动能之和________，所以质量小的球速度________。
(2)两个物体碰撞前后速度与质量乘积之和可能是________的。
案例2 利用滑轨探究一维碰撞中的不变量
用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰后两辆小车粘在一起运动，实验装置如图所示。
为了研究水平方向的一维碰撞，滑轨必须调水平。
(1)质量的测量：用________测量小车的质量。
(2)速度的测量：利用公式v＝________，式中Δx为小车上挡光片的宽度，Δt为数字计时器显示的挡光片经过光电门的时间。
表1 两辆小车的质量和碰撞前后的速度
表2 经过3次实验得到如下的数据
实验结论：此实验中两辆小车碰撞前后动能之和并________，但是质量和速度的____________却基本不变。
【思考】
若探究碰撞中的不变量时，不让小车碰撞后粘在一起，应对实验中的小车做怎样的改变，实验中需要记录哪些数据？
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例1 某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”的实验，气垫导轨装置如图所示，所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
(1)下面是实验的主要步骤：
①安装好气垫导轨，调节气垫导轨的调节旋钮，使导轨水平；
②向气垫导轨通入压缩空气；
③接通数字计时器；
④让滑块2静止在气垫导轨的中间；
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳；
⑥释放滑块1，滑块1通过光电门1后与右侧有固定弹簧的滑块2碰撞，碰后滑块1和滑块2依次通过光电门2，两滑块通过光电门后依次被制动；
⑦读出滑块1通过光电门1的挡光时间为Δt1＝10.01 ms，通过光电门2的挡光时间为Δt2＝49.99 ms，滑块2通过光电门2的挡光时间为Δt3＝8.35 ms；
⑧测出挡光片的宽度d＝5 mm，测得滑块1(包括撞针)的质量为m1＝300 g，滑块2(包括弹簧)质量为m2＝200 g。
(2)数据处理与实验结论：
①实验中气垫导轨的作用是：
A._________________________________________________________________，B.___________________________________________________________________。
②碰撞前滑块1的速度v1为________m/s；碰撞后滑块1的速度v2为________m/s，滑块2的速度v3为________m/s(结果保留2位有效数字)。
③在误差允许的范围内，通过本实验，同学们可以探究出哪些物理量是不变的？通过对实验数据的分析说明理由。(至少回答两个不变量)
a.__________________________________________________________________；
b.__________________________________________________________________。
(1)利用气垫导轨进行实验可以忽略滑块与导轨，接触面间的摩擦力，近似保证两滑块在碰撞前后均做匀速直线运动，减小速度测量的误差。
(2)利用气垫导轨可以保证两滑块发生的是一维碰撞，即碰撞前后沿同一直线运动。 知识点二 动 量
工人师傅在锻打刀具的时候，一人用较小的锤子击打，一人用较大的锤子击打，两个人每次击打后的效果是不同的，大锤子击打时能看到金属模具有较大的形状变化。这说明运动物体产生的效果与哪些物理量有关？
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1.动量
(1)定义：质量和速度的____________定义为物体的动量，用字母p表示。
(2)公式：p＝________。
(3)单位：____________，符号是________________。
(4)矢量性：方向与________的方向相同，运算遵循平行四边形定则。
2.动量的变化量
(1)定义：物体在某段时间内________与________的矢量差。
(2)公式：Δp＝p末－p初。
(3)标矢性：动量的变化量是______量，方向与________________的方向相同。
(4)动量始终保持在一条直线上时动量变化量的运算：选定一个正方向，动量、动量的变化量用带____________的数值表示，从而将矢量运算简化为________运算。
【思考】
1.试分别讨论物体做匀速直线运动、自由落体运动、平抛运动、匀速圆周运动时的动量变化情况？
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2.质量为1 kg的物体，速度由向东的3 m/s变为向西的3 m/s，它的动量和动能是否变化了？如果变化了，变化量各是多少？
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3.物体的动量和动能有什么区别和联系？
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______________________________________________________________________角度1 对动量的理解
例2 下列关于动量的说法正确的是( )
A.质量越大的物体动量一定越大
B.质量和速率都相同的物体动量一定相同
C.一个物体的加速度不变，其动量一定不变
D.一个物体所受的合外力不为零，它的动量一定改变
角度2 动量变化量的计算
例3 如图所示，p、p′分别表示物体受到外力作用前、后的动量，短线表示的动量大小为15 kg·m/s，长线表示的动量大小为30 kg·m/s，箭头表示动量的方向。在下列所给的四种情况中，物体动量变化量相同的是( )
A.①④ B.①③ C.②④ D.②③
同一直线上的动量变化量的计算方法：先选取正方向，方向与正方向相同的动量为正值，方向与正方向相反的动量为负值，然后代入公式Δp＝p2－p1计算。
当p1、p2同方向且p1＜p2时，Δp与p1(或p2)方向相同，如图甲所示。
当p1、p2同方向且p2＜p1时，Δp与p1(或p2)方向相反，如图乙所示。
当p1、p2方向相反时，Δp与p2方向相同，如图丙所示。

例4 如图所示一个质量为m的钢球，以速度v斜射到水平放置的坚硬大理石板上，入射角是45°。碰撞后被斜着弹出，弹出的角度也是45°，速度变为v′，且其大小与v的大小相同。求碰撞前后钢球的动量变化量Δp的大小和方向。
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不在同一直线上的动量变化的运算，遵循平行四边形定则或三角形定则，如图所示。

角度3 动量与动能的比较
例5 一小孩把一质量为0.5 kg的篮球由静止释放，释放后篮球的重心下降高度为0.8 m时与地面相撞，反弹后篮球的重心上升的最大高度为0.2 m，不计空气阻力，取重力加速度g＝10 m/s2，求地面与篮球相互作用的过程中：
(1)篮球动量的变化量；
(2)篮球动能的变化量。
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训练 关于动量和动能，下列说法正确的是( )
A.惯性越大的物体，动量也越大
B.动量大的物体它的速度不一定大
C.如果物体的速度改变，那么物体的动能和动量一定都改变
D.如果物体的速率改变，质量不变，那么物体的动能和动量可能都不变化
动量与动能的比较
(1)区别：动量是矢量，动能是标量，质量相同的两物体，动量相同时动能一定相同，但动能相同时，动量不一定相同。
(2)联系：动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，大小关系为Ek＝eq \f(p2,2m)或p＝eq \r(2mEk)。
随堂对点自测
1.(寻求碰撞中的不变量)(多选)在利用摆球测量小球碰撞前后的速度的实验中，下列说法正确的是( )
A.悬挂两球的细线长度要适当，且等长
B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰撞前的速度
C.两小球必须都是钢性球，且质量相同
D.两小球碰后可以粘在一起共同运动
2.(动量的理解)下列关于动量的说法正确的是( )
A. 物体的动量改变，其速度大小一定改变
B.物体的动量改变，其速度方向一定改变
C.物体运动速度的大小不变，其动量一定不变
D.物体的运动状态改变，其动量一定改变
3.(动量的变化量) (2024·湖北黄冈部分重点中学高二期中)如图所示，羽毛球是十分普及的体育运动，假设羽毛球飞来的速度为30 m/s，运动员将羽毛球以70 m/s的速度反向击回，羽毛球的质量为10 g，则羽毛球动量的变化量( )
A.大小为0.4 kg·m/s，方向与羽毛球飞来的方向相同
B.大小为0.4 kg·m/s，方向与羽毛球飞来的方向相反
C.大小为1.0 kg·m/s，方向与羽毛球飞来的方向相反
D.大小为1.0 kg·m/s，方向与羽毛球飞来的方向相同
4.(动量与动能的区别)以下说法正确的是( )
A.合外力对物体做功为0，则该物体动量一定不变
B.合外力对物体做功为0，则该物体动能一定不变
C.做变速运动的物体，动能一定变化
D.做变速运动的物体，动量可能不变m1/kg
m2/kg
v/(m·s－1)
v′/(m·s－1)
1
0.519
0.519
0.628
0.307
2
0.519
0.718
0.656
0.265
3
0.718
0.519
0.572
0.321
次数
Ek1＝eq \f(1,2)m1v2/J
Ek2＝eq \f(1,2)(m1＋m2)v′2/J
m1v/(kg·m·s－1)
(m1＋m2)v′/(kg·m·s－1)
1
0.102
0.049
0.326
0.319
2
0.112
0.043
_______
0.328
3
0.117
0.064
0.411
______