动量守恒定律优质公开课

选修3-5动量守恒定律16.3动量守恒定律高中物理选修3—5一第章动量守恒定律地面光滑，小球以V做匀速直线运动。动量不变发生碰撞后，小球反弹。动量变化引起小球动量变化的原因是什么？发生碰撞小球受到力的作用单个物体高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律对于单个物体，动量不变的条件是：物体不受到力的作用，保持原来状态不变。外界对物体施加的力，简称外力高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律碰撞后，A、B小球各自动量有没有变化？碰撞后，A、B小球的总动量是否发生变化？将AB看作一个系统，相互作用力可以看作系统内力，则系统受到的外力为零。两个物体高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律一、系统、内力和外力1．系统：存在相互作用的几个物体所组成的整体称为系统，系统可按解决问题的需要灵活选取。2．内力：系统内各个物体间相互用力称为内力。3．外力：系统外其他物体作用在系统内任何一个物体上的力称为外力。内力和外力的区分依赖于系统的选取，只有在确定了系统后，才能确定内力和外力。高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律二、动量守恒定律的推导G1G2N1N2F1F2对m1和m2分别用动量定理有：对m1:F1t=m1v1′-m1v1对m2:F2t=m2v2′-m2v2代入整理有：22112211′+′=+vmvmvmvm由牛顿第三定律知：F1t=-F2tpp三、动量守恒定律(1)内容：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，这个结论叫做动量守恒定律。(2)数学表达式：pp′=对由两个物体组成的系统有：22112211′+′=+vmvmvmvm△p=0△p1=-△p2（两物系统）定律的表达式是矢量式，解题时选取正方向后用正、负来表示方向，将矢量运算变为代数运算。⑴系统不受外力；⑵系统受到外力，但外力的合力为零；（3）、条件系统不受外力或受到外力的合力为零.具体表现为以下几种情况：高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律⑶系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；GG⑷系统在某一方向上不受外力或者所受外力之和为零，则这个方向上的动量守恒高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律在列车编组站里，一辆m1=1.8×104kg的货车在平直轨道上以v1=2m/s的速度运动，碰上一辆m2=2.2×104kg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。v1m2m1例题1①本题中相互作用的系统是什么？②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？③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？高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律代入数值，得v=0.9m/s即两车接合后以0.9m/s的速度沿着第一辆车原来运动的方向继续运动参考解答解：取两辆货车在碰撞前运动方向为正方向，设两车接合后的速度为v，则两车碰撞前的总动量为m1v1，碰撞后的总动量为(m1+m2)v,由动量守恒定律可得：（m1+m2）v=m1v12111mmvmv高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律定律体验一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，如图所示。导弹在该点突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度v1。求炸裂后另一块的速度v2。分析导弹在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G＝(m1+m2)g，可见系统的动量并不守恒。但爆炸的内力远大于所受的外力即重力，系统的动量可以看作近似守恒。例2一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，如图所示。导弹在该点突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度v1。求炸裂后另一块的速度v2。小结：上述两例属碰撞和爆炸过程,由于对碰撞和爆炸过程的瞬间,其内力远大于外力,所以在此过程系统的动量是守恒的参考解答：解:取炸裂前速度v的方向为正方向，根据动量守恒定律，可得m1v1+(m-m1)v2=mv解得:1112mmvmmvv高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律应用动量守恒定律解题的基本步骤和方法⑴分析题意，确定研究对象；⑵分析作为研究对象的系统内各物体的受力情况，分清内力与外力,确定系统动量是否守恒；⑶在确认动量守恒的前提下，确定所研究的相互作用过程的始末状态，规定正方向，确定始、末状态的动量值的表达式；⑷列动量守恒方程；⑸求解，如果求得的是矢量，要注意它的正负，以确定它的方向.高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律AB高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律处理方法：①子弹射入木块的过程，认为时间极短暂，弹簧仍保持原长，此瞬间子弹与木块的摩擦为内力，系统合外力为零，系统动量守恒，但子弹与木块的摩擦内力发热，机械能不守恒；②子弹打进木块后，与木块一起压缩弹簧的过程中，系统受到墙的外力作用，动量不守恒，但外力不做功，机械能守恒。思考与讨论：如图所示，水平接触面光滑，子弹打进与固定于墙壁的弹簧相连的木块，此系统从子弹开始入射木块到弹簧压缩到最短的过程中，子弹与木块作为一个系统的机械能、动量是否守恒？说明理由。例4（变式1）如图4所示，已知mA∶mB＝3∶2，原来静止在小车C上，它们与小车上表面间的动摩擦因数相同，A、B间连接一根被压缩了的弹簧后用细线栓住．小车静止的光滑水平面上，现绕断细线，请判断：1、若将A、B看作系统，则烧断细线后，系统动量是否守恒？2、若将哪些物体看作系统，系统动量是守恒的？3、小车C会运动吗？为什么？高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律本节学习重点的明确：①应用动量守恒定律分析问题时研究的对象不是一个物体，而是相互作用的两个或多个物体组成的物体系。应用时注意选系统。②动量守恒定律的表达式实际上是一个矢量式。处理一维问题时，注意规定正方向。③动量守恒定律指的是系统任一瞬时的动量矢量和恒定。④应用动量守恒定律时，各物体的速度必须是相对同一惯性系的速度。一般以地球为参考系。高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律①选定的研究对象是什么？②系统所受到的力有哪一些？③在水平方向是否符合动量守恒的条件？分析回答在水平轨道上放置一门装好炮弹总质量为M的炮车，其中炮弹的质量为m，炮车与轨道间摩擦力不计，当炮身与水平方向成θ角发射炮弹时，炮弹相对于地的出口速度为v0，试求炮车后退的速度有多大？例题5θv0注意v0是炮弹相对地的速度解:以v0在水平方向的分量为正方向,则炮弹对地的水平分速度为：vx=v0cosθ．mMmvvcos0小结:当系统受到的合外力不为零时，系统总动量不守恒，但系统在某一方向上不受外力或者所受外力之和为零时，则这个方向上的动量守恒，或者说总动量在该方向上的分量守恒．据水平方向动量守恒得：P=P′0=mv0cosθ-（M-m）v解得：定律体验定律体验定律体验高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律定律体验练习.质量为1kg的物体在距地面前5m处由静止自由下落，正落在以5m/s速度沿光滑水平面匀速行驶的装载沙子的小车中，车与沙子的总质量为4kg，当物体与小车相对静止后，小车的速度为多大？v'v参考解答:解:取小车开始运动方向为正方向,当物体落入小车两者相对静止时速度为v′由在水平方向上动量守恒，有Mv=(M+m)v′可得:解得：v′=4m/smMMvv高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动（一分为二）一、反冲1．定义：一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动的现象．2．特点(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动．(2)反冲运动中，相互作用力一般较大，通常可以用动量守恒定律来处理．高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动mMmvvcos0高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动之1——火箭火箭喷气发动机每次喷出m=200g的气体，喷出的气体相对于地面的速度v=1000m/s．设火箭初始质量为M=300kg，初速度为零，发动机每秒喷气20次，在不考虑空气阻力和地球引力的情况下，火箭1s末的速度多大？(M－20m)v′－20mv＝0，解得v′＝13.5m/s.高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动之2——爆炸一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，如图所示。导弹在该点突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度v1。求炸裂后另一块的速度v2。高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动之2——爆炸一枚在空中飞行的导弹，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，如图所示。导弹在该点突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度v1。求炸裂后另一块的速度v2。分析导弹在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G＝(m1+m2)g，可见系统的动量并不守恒。但爆炸的内力远大于所受的外力即重力，系统的动量可以看作近似守恒。高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律参考解答：解:取炸裂前速度v的方向为正方向，根据动量守恒定律，可得m1v1+(m-m1)v2=mv解得:1112mmvmmvv小结：爆炸过程,由于对碰撞和爆炸过程的瞬间,其内力远大于外力,所以在此过程系统的动量是守恒的.高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动之3——人船模型例：静止在水面上的小船长为L，质量为M，在船的最右端站有一质量为m的人，不计水的阻力，当人从最右端走到最左端的过程中，小船移动的距离是多大？SL-S0=MS–m（L-S）若开始时人船一起以某一速度匀速运动，则还满足S2/S1=M/m吗？高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律1、“人船模型”是动量守恒定律的拓展应用，它把速度和质量的关系推广到质量和位移的关系。即：m1v1=m2v2则：m1s1=m2s22、此结论与人在船上行走的速度大小无关。不论是匀速行走还是变速行走，甚至往返行走，只要人最终到达船的左端，那么结论都是相同的。3、人船模型的适用条件是：两个物体组成的系统动量守恒，系统的合动量为零。高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动之3——人船模型一个质量为M,底面边长为L的劈静止在光滑的水平面上，见图，有一质量为m的物块由斜面顶部无初速度滑到底部时，劈移动的距离是多少？参考答案：s=mL/(M+m)高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律模型一：反冲运动之3——人船模型例题5：载人气球原来静止在空中，与地面距离为h(可把气球看作质点)，已知人的质量为m，气球质量（不含人的质量）为M。若人要沿轻绳梯返回地面，则绳梯的长度至少为多长？()mMhSM高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律高中物理选修3—5十六第章动量守恒定律