高中物理选修3-5课件1：16.3-动量守恒定律

第十六章动量守恒定律3动量守恒定律1．相互作用的两个或多个物体组成的整体叫系统，系统内部物体间的力叫内力.2．系统以外的物体施加的力，叫外力.3．如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变.学习目标1、你站在车里推车，车会不会动？情境一2、假如你置身于一望无际的冰面上，冰面绝对光滑，你能想出脱身的办法吗？情境二系统：有相互作用的物体构成一个系统内力：系统中相互作用的各物体之间的相互作用力外力：外部其他物体对系统的作用力一、系统内力和外力f1ff1F1F2m1m2理论推理在光滑水平面上做匀速运动的A、B两个小球，质量分别为m1和m2，沿着同一直线向相同的方向运动，速度分别是v1、v2，且v1v2，经过一段时间后，A追上了B，两球发生碰撞，碰撞后的速度分别为v1′和v2′.v1v2m2m1前v1′v2′m2′m1′后ABABF1=–F2在碰撞过程中，由牛顿第三定律知：ABBBAAv1v2F1F2v1′v2′∴m1a1=-m2a2111at又vv222atvv112212mmttvvvv∴故p=p'11112222()mmmmvvvv即：∴11221122mmmmvvvvABBBAAv1v2F1F2v1′v2′1.内容：一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变.2.公式：3.守恒条件为：①系统不受外力或所受外力的矢量和为零（严格条件）③某方向上外力的矢量和为零，在这个方向上成立.②F内远大于F外（近似条件）p=p′动量守恒定律：11221122mmmmvvvv4.适用对象：（1）正碰、斜碰和任何形式的相互作用（2）由两个或者多个物体组成的系统（3）高速运动或低速运动的物体（4）宏观物体或微观物体动量守恒定律是一个独立的实验定律，它适用于目前为止物理学研究的一切领域.5．动量守恒定律的常用表达式（1）p＝p′或m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′(系统作用前的总动量等于作用后的总动量)．（2）Δp1＝－Δp2或m1Δv1＝－m2Δv2(系统内一个物体的动量变化与另一物体的动量变化等大反向)．（3）Δp＝0(系统总动量的变化量为零)．6．动量守恒定律的“五性”（1）矢量性：定律的表达式是一个矢量式，其矢量性表现在：①系统的总动量在相互作用前后不仅大小相等，而且方向也相同．②在求初、末状态系统的总动量p＝p1＋p2＋…和p′＝p1′＋p2′＋…时，要按矢量运算法则计算．如果各物体动量的方向在同一直线上，要选取一正方向，将矢量运算转化为代数运算．计算时切不可丢掉表示方向的正、负号．(2)相对性：动量守恒定律中，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，各物体的速度通常均为对地的速度．(3)条件性：动量守恒定律是有条件的，应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件．①系统不受外力或所受外力的矢量和为零，系统的动量守恒．②系统受外力，但在某一方向上合外力为零，则系统在这一方向上动量守恒．③系统受外力，但内力远大于外力，也可认为系统的动量守恒，如碰撞、爆炸等．④系统受外力，但在某一方向上内力远大于外力，也可认为在这一方向上系统的动量守恒．(4)同时性：动量守恒定律中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．(5)普适性：动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统．7．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、末状态动量的正、负号．(5)根据动量守恒定律列式求解．两小车在运动过程中，相互排斥的磁力属于内力，整个系统的外力即重力和支持力的和为零，所以系统动量守恒.思考分析系统所受的外力有：重力、地面对木块支持力、竖直墙对弹簧的支持力，三者之和不为零，所以系统动量不守恒.典例1：如图所示，木板A质量mA＝1kg，足够长的木板B质量mB＝4kg，质量为mC＝1kg的木块C置于木板B上，水平面光滑，B、C之间有摩擦，开始时B、C均静止，现使A以v0＝12m/s的初速度向右运动，与B碰撞后以4m/s速度弹回.求：（1）运动过程中的最大速度大小.（2）C运动过程中的最大速度大小.【解析】（1）A与B碰后瞬间，C的运动状态未变，B速度最大.由A、B系统动量守恒(取向右为正方向)有：mAv0＋0＝－mAvA＋mBvB代入数据得：vB＝4m/s.(2)B与C相互作用使B减速、C加速，由于B板足够长，所以B和C能达到相同速度，二者共速后，C速度最大，由B、C系统动量守恒，有mBvB＋0＝(mB＋mC)vC代入数据得：vC＝3.2m/s【答案】（1）4m/s（2）3.2m/s典型2：如图所示,甲、乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏.甲和他的冰车的质量共为M＝30kg,乙和他的冰车总质量也是30kg,游戏时,甲推着一个质量为m＝15kg的箱子,和他一起以大小为v0＝2.0m/s的速度滑行,乙以同样大小的速度迎面滑来,为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推给乙,箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住.若不计冰面的摩擦力,求甲至少要以多大的速度（相对于地面）将箱子推出,才能避免与乙相撞.提示本题从动量守恒定律的应用角度看并不难，但需对两个物体的运动关系分析清楚(乙和箱子、甲的运动关系如何，才能不相撞).这就需要我们要将“不相撞”的实际要求转化为物理条件，即：甲、乙可以同方向运动，但只要乙的速度不小于甲的速度，就不可能相撞.【解析】如图所示，在甲推出箱子的过程中，甲和箱子组成的系统动量守恒.乙接到箱子并和乙一起运动的过程中，乙和箱子组成的系统动量也是守恒的，分别选甲、箱子为研究对象，箱子、乙为研究对象求解。要想刚好避免相撞，要求乙抓住箱子后与甲的速度正好相等.设甲推出箱子后的速度为v1，箱子的速度为v，乙抓住箱子后的速度v2.对甲和箱子，推箱子前后动量守恒，以初速度方向为正，由动量守恒定律：(M＋m)v0＝mv＋Mv1①对乙和箱子，抓住箱子前后动量守恒，以箱子初速方向为正，由动量守恒定律有：mv－Mv0＝(m＋M)v2②刚好不相撞的条件是：v1＝v2③联立①②③解得：v＝5.2m/s，方向与甲和箱子初速的方向一致.【答案】5.2m/s，方向与甲的初速度方向相同2．(多选)两位同学穿旱冰鞋，面对面站立不动，互推后向相反的方向运动，不计摩擦阻力，下列判断正确的是（）A．互推后两位同学总动量增加B．互推后两位同学动量大小相等，方向相反C．分离时质量大的同学的速度大一些D．分离时质量大的同学的速度小一些解析：互推后两位同学动量大小相等，方向相反，并且两位同学的总动量为0，故A错误，B正确；根据动量守恒定律有：0＝m1v1＋m2v2，则分离时质量大的同学的速度小一些，故C错误，D正确.答案：BD3.甲、乙两船静止在湖面上，总质量分别是m1、m2，两船相距x，甲船上的人通过绳子用力F拉乙船，若水对两船的阻力大小均为Ff，且Ff＜F，则在两船相向运动的过程中（）A．甲船的动量守恒B．乙船的动量守恒C．甲、乙两船的总动量守恒D．甲、乙两船的总动量不守恒解析：两船竖直方向上所受的重力和浮力平衡，合力为零.水平方向上，由于FfF，所以两船均做加速运动，动量增加，动量均不守恒，故A、B错误；对于两船组成的系统，由于水对两船的阻力大小均为Ff，所以系统的合外力为零，总动量守恒，故C正确，D错误.答案：C4.质量为m的人随平板车一起以共同速度v在水平面上匀速前进，当此人相对于平板车竖直跳起至落回原起跳位置的过程中，平板车的速度（）A．保持不变B．变大C．变小D．先变大后变小解析：人与平板车组成的系统在水平方向上动量守恒，A项正确.A动量守恒定律内容系统不受外力或所受外力的合力为零，这个系统的动量就保持不变.公式p1+p2=p1′+p2′应用对象物体系统动量守恒条件研究的系统不受外力或合外力为零,或满足系统所受外力远小于系统内力,或某方向上外力之和为零,在这个方向上成立特点动量是矢量，式中动量的确定一般取地球为参照物；同时性小结