新高中物理第一章碰撞与动量守恒第二节动量动量守恒定律教学案粤教版选修3_5
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新高中物理第一章碰撞与动量守恒第二节动量动量守恒定律教学案粤教版选修3_5 动量动量守恒定律对应学生用书页码1.运动物体的质量和它的速度的乘积叫做物体的动量。
用符号p表示。
2.动量是矢量(填标或矢),它的方向和速度的方向相同,在国际单位制中,动量的单位是千克米每秒,符号是kg·m·s-1。
3.物体受到的力与力的作用时间的乘积叫力的冲量,冲量是矢量(填标或矢),在国际单位制中,冲量的单位是牛顿·秒,符号是N·s。
4.冲量与动量的改变量之间的关系为:物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量。
5.物体在碰撞时,如果系统所受到的合外力为零,则系统的总动量保持不变,即系统动量守恒。
6.一个质量为0.5 kg的足球,以20 m/s的初速度向东运动,被运动员踢了一脚后,改为以20 m/s的速度向西运动。
(1)如取向东方向为正方向,则初动量p1为10 kg·m/s,末动量p2为-10_kg·m/s,运动员踢球过程中,球的动量变化量为-20_kg·m/s。
(2)如取向西方向为正方向,则初动量p1为-10_kg·m/s,末动量p2为10_kg·m/s,运动员踢球过程中,球的动量变化量为20_kg·m/s。
对应学生用书页码1.(1)定义:运动物体的质量和它的速度的乘积叫做物体的动量,用符号p表示。
(2)定义式:p=mv。
(3)单位:在国际单位制中,动量的单位是千克米每秒,符号是kg·m/s。
(4)方向:动量是矢量,它的方向与速度的方向相同。
(5)瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是状态量,因此在谈及动量时,必须明确是物体在哪个时刻或哪个状态的动量。
(6)相对性:选取不同的参考系,同一物体的速度可能不同,物体的动量也就不同,即动量具有相对性。
在中学阶段,动量表达式中的速度一般是以地球为参考系的。
2.动量的改变量(1)定义:物体某段时间内末动量与初动量的矢量差叫物体动量的改变量。
(2)定义式:Δp=mv2-mv1。
(3)方向:动量的改变量Δp也是矢量,其方向与速度的改变量Δv的方向相同。
(4)计算方法:①若物体做直线运动,只需选定正方向,与正方向相同的动量取正,反之取负,则Δp =p2-p1,即可将矢量运算转化为代数运算,若Δp是正值,就说明Δp的方向与所选正方向相同;若Δp是负值,则说明Δp的方向与所选正方向相反。
②若初、末状态动量不在一条直线上,则按平行四边形定则求得Δp的大小和方向,这时Δp、p为邻边,p′(末动量)为平行四边形的对角线。
(图1-2-1)图1-2-1(1)动量是矢量,两个物体的动量相等,说明其大小相等,方向也相同。
(2)动量与动能都是描述物体运动状态的物理量,其大小关系为E k=p22m或p=2mE k;但两者有本质区别,动量是矢量,动能是标量。
1.(双选)关于动量的概念,下列说法正确的是( )A.动量大的物体惯性一定大B.动量大的物体运动一定快C.动量相同的物体,运动方向一定相同D.动量相同的物体,速度小的惯性大解析:动量大的物体,质量不一定大,惯性也不一定大,A错;同样,动量大的物体,速度也不一定大,B也错;动量相同指动量的大小和方向均相同,而动量的方向就是物体运动的方向,故动量相同的物体,运动方向一定相同,C对;动量相同的物体,速度小的质量大,惯性大,D也对。
答案:CD1.定义物体受到的力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量,用符号I 表示。
2.定义式I =F ·t 。
3.单位在国际单位制中,冲量的单位是牛·秒,符号是N·s。
4.方向冲量是矢量:如果力的方向恒定,则冲量I 的方向与力的方向相同;如果力的方向是变化的,则冲量的方向应与相应时间内物体动量变化量的方向相同。
5.物理意义冲量是描述力对物体作用时间的累积效果的物理量,力越大,力的作用时间越长,冲量越大。
6.绝对性由于力和时间均与参考系的选取无关,所以力的冲量与参考系的选取无关。
7.冲量的计算(1)恒力的冲量。
公式I =Ft 仅适用于计算恒力的冲量,这时冲量等于力与作用时间的乘积,冲量的方向与恒力方向一致。
若力为同一方向均匀变化的力,该力的冲量可以用平均力计算。
(2)变力的冲量。
①变力的冲量通常利用动量定理I =Δp 求解。
②可用图像法计算,如图1-2-2,若某一力方向恒定不变,那么在F -t图像中,图中阴影部分的面积就表示力在时间Δt =t 2-t 1内的冲量。
(3)合冲量的计算①若合外力是恒力,可先求出合力,再由F 合t 求冲量。
②若受几个力,且几个力均为恒力,可用F 1t+F 2t +……(矢量和)求合冲量。
③若在全过程中受力情况不同,对应时间不同,可求每个力的冲量,然后矢量合成,即利用F 1t 1+F 2t 2+……求合冲量。
(1)冲量是矢量,但冲量的方向不一定就是力的方向,恒力的冲量方向与力的方向一致。
(2)冲量是过程量,它反映的是力在一段时间内的积累效果。
所以,它取决于力和时间两个因素。
求冲量时一定要明确是哪一个力在哪一段时间内的冲量。
图1-2-22.关于冲量的概念,以下说法正确的是( )A.作用在两个物体上的力大小不同,但两个物体所受的冲量大小可能相同B.作用在物体上的力很大,物体所受的冲量一定也很大C.作用在物体上的力的作用时间很短,物体所受的冲量一定很小D.只要力的作用时间和力的乘积相同,物体所受的冲量一定相同解析:由I=Ft可知,只要力与时间的乘积相同,则物体所受冲量大小相同,A对。
力很大,但如果作用时间很短,冲量可能很小;同理时间很短,但如果力很大,冲量可能很大,故B、C错。
尽管力和时间的乘积相同,若力的方向不同,则冲量不同,D错。
答案:A1.2.表达式:Ft=p t-p0=mv t-mv0或I合=Δp。
3.因果关系合外力的冲量是引起物体动量改变的原因。
4.对动量定理的理解(1)动量定理的研究对象是单个物体或系统。
(2)动量定理的表达式是一个矢量式,应用动量定理时需要规定正方向。
(3)动量定理公式中F是研究对象所受的包括重力在内的所有外力的合力,它可以是恒力,也可以是变力。
当合外力为变力时,F应该是合外力在作用时间内的平均值。
(4)动量定理中的冲量是合外力的冲量,而不是某一个力的冲量。
(5)动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动,对微观物体和高速运动仍然适用。
(1)动量定理反映了物体在受到力的冲量作用时,其状态发生变化的规律,它反映的因果关系为:合外力的冲量是引起物体动量变化的原因。
(2)动量定理与牛顿第二定律实质相同,但前者表示的是力的累积效果,而后者表示的是力的瞬时效果。
3.物体受到的冲量越大,则( )A.它的动量一定越大B.它的动量变化一定越快C.它的动量的变化量一定越大D.它所受到的作用力一定越大解析:由动量定理I合=Δp可知,冲量越大,则动量变化越大,而与动量无关,故A 错C对。
若力很小,则动量变化会很慢,B错,若力持续时间很长,则它所受到的作用力可能很小,D错。
答案:C1.(1)系统:当研究两个物体相互碰撞时,可以把具有相互作用的两个物体称为系统。
(2)外力:系统外部的其他物体对系统的作用力叫外力。
(3)内力:系统内部物体间的相互作用力叫内力。
2.动量守恒定律(1)内容:物体在碰撞时如果系统所受到的合外力为零,则系统的总动量保持不变。
(2)表达式:①p=p′即系统相互作用前的总动量p和相互作用后的总动量p′大小相等,方向相同。
系统总动量的求法遵循矢量运算法则。
②Δp=p′-p=0。
即系统总动量的增量为零。
③Δp1=-Δp2。
即将相互作用的系统内的物体分为两部分,其中一部分动量的增加量等于另一部分动量的减少量。
④当相互作用前后系统内各物体的动量都在同一直线上时,动量守恒定律可表示为代数式:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′。
应用此式时,应先选定正方向,将式中各矢量转化为代数量,用正、负号表示各自的方向。
式中v1、v2为初始时刻的瞬时速度,v1′、v2′为末时刻的瞬时速度,且它们一般均以地球为参照物。
(3)研究对象:相互作用的物体组成的系统(4)成立的条件①系统不受外力作用时,系统动量守恒;②系统受外力但所受外力之和为零,则系统动量守恒;③系统所受合外力虽然不为零,但系统的内力远大于外力时,如碰撞、爆炸等现象中,系统的动量可看成近似守恒;④系统总的来看不符合以上三条中的任意一条,则系统的总动量不守恒。
但是,若系统在某一方向上符合以上三条中的某一条,则系统在该方向上动量守恒。
(5)适用范围它是自然界最普遍,最基本的规律之一。
不仅适用于宏观、低速领域,而且适用于微观、高速领域。
小到微观粒子,大到天体,无论内力是什么性质的力,只要满足守恒条件,动量守恒定律总是适用的。
动量守恒定律中的“总动量保持不变”,不仅指系统在初、末两个时刻的总动量相等,而且指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量相等。
4.(双选)放在光滑水平面上的A 、B 两小车中间夹了一压缩轻质弹簧,用两手控制小车处于静止状态,下列说法正确的是( )A .两手同时放开,两车的总动量等于零B .先放开右手,后放开左手,两车的总动量向右C .先放开右手,后放开左手,两车的总动量向左D .先放开右手,后放开左手,两车的总动量为零解析:若两手同时放开小车,则两车组成的系统所受外力之和为零,总动量守恒;若先放开右手,后放开左手,则在此过程中,左手对车有向右的冲量作用,两车的总动量向右,故A 、B 对,C 、D 错。
答案:AB 对应学生用书页码[例1] 如图1-2-3所示,两个质量相等的物体A 、B 从同一高度沿倾角不同的两光滑斜面由静止自由滑下,在到达斜面底端的过程中,下列说法正确的是( )A .两物体所受重力的冲量相同B .两物体所受合外力的冲量相同C .两物体到达斜面底端时的动量不同D .两物体到达斜面底端时的动量水平分量相同[解析] 设斜面倾角为θ,高为h ,物体质量为m ,则物体滑到底端的时间 t =2s a =2h /sin θg sin θ=2hg ·1sin θ。
下滑过程中的合外力F 合=mg sin θ。
图1-2-3重力冲量I G =mgt =m 2ghsin θ,θ不同,I G 不同,A 错误;合外力冲量I 合=mgt sin θ=m 2gh ,大小相同,方向不同,B 错误;到底端时的动量p =mv =m 2gh ,大小相同,方向不同,C 正确;动量的水平分量p x =mv cos θ=m 2gh cos θ,θ不同,大小不等,D 错误。
[答案] C(1)冲量和动量都是矢量,要比较它们,既要比较它们的大小,还要比较它们的方向。
两者都相同时,矢量才相同。