3-5《碰撞與動(dòng)量守恒》部分導(dǎo)學(xué)案

1、碰撞與動(dòng)量守恒部分導(dǎo)學(xué)案一、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律目標(biāo)定位1了解動(dòng)量、動(dòng)量變化量等概念，知道動(dòng)量與動(dòng)能等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述量的聯(lián)系和區(qū)別.2理解動(dòng)量守恒的條件，能夠運(yùn)用動(dòng)量守恒定律分析碰撞、打擊、反沖等問(wèn)題，能分析解決動(dòng) 量守恒與能量守恒結(jié)合的簡(jiǎn)單問(wèn)題.3 理解并掌握驗(yàn)證一維碰撞中動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)方法.自主梳理、動(dòng)量、動(dòng)能、動(dòng)量變化量的比較稱動(dòng)能動(dòng)晝變化呈物體的質(zhì)雖和 速度的乘積物體Eh于 運(yùn)功Kii 有的能雖物體末動(dòng)雖 與初動(dòng)呈的F* =打捕 p= /.)' 一 0矢標(biāo)性標(biāo)量矢量過(guò)程雖關(guān)聯(lián) 方程電一申，b Vs mFV2, m二、動(dòng)量守恒定律1 內(nèi)容：如果一個(gè)系統(tǒng) ，或者所受外力的 為零，這

2、個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變.2. 表達(dá)式：或或3適用范圍：不但適用于宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體，而且還適用于高速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子.三、幾種動(dòng)量守恒模型1. 碰撞(1) 概念：碰撞是指物體間的相互作用持續(xù)時(shí)間很短，而物體間相互作用力很大的現(xiàn)象.(2) 特點(diǎn)：在碰撞現(xiàn)象中，一般都滿足內(nèi)力外力，可認(rèn)為相互碰撞的系統(tǒng)動(dòng)量 (3) 分類(lèi)動(dòng)量是否守恒機(jī)械能是否守恒彈性碰撞守恒守恒非完全彈性碰撞守恒有損失完全非彈性碰撞守恒損失最大2反沖現(xiàn)象：在某些情況下，原來(lái)系統(tǒng)內(nèi)物體具有相同的速度，發(fā)生相互作用后各部分的末速度不再相同而分開(kāi).這類(lèi)問(wèn)題相互作用的過(guò)程中系統(tǒng)的動(dòng)能 ，且常伴有能向動(dòng)能的轉(zhuǎn)化.3爆炸問(wèn)題：爆炸與碰撞類(lèi)似，物體

3、間的相互作用力很大，且遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所受的外力，所以系 統(tǒng)動(dòng)量，爆炸過(guò)程中位移 ，可忽略不計(jì)，作用后從相互作用前的位置以新的動(dòng)量開(kāi)始運(yùn)動(dòng).四、驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1. 實(shí)驗(yàn)原理：在一維碰撞中，測(cè)出物體的質(zhì)量和碰撞前后物體的速度，找出碰撞前的動(dòng)量p= mivi + m2V2及碰撞后的動(dòng)量 p '= mivi + m2V2，看碰撞前后動(dòng)量是否守恒.2. 實(shí)驗(yàn)器材方案一：氣墊導(dǎo)軌、光電計(jì)時(shí)器、天平、滑塊(兩個(gè))、重物、彈簧、細(xì)繩、彈性碰撞架等.方案二：帶細(xì)線的擺球(兩套)、鐵架臺(tái)、天平、量角器、坐標(biāo)紙、膠布等.方案三：光滑長(zhǎng)木板、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車(chē)(兩個(gè))、天平、撞針、橡皮泥等.方案四：斜槽、小

4、球(兩個(gè))、天平、復(fù)寫(xiě)紙、白紙、刻度尺等.3. 實(shí)驗(yàn)步驟方案一：利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1) 測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出滑塊質(zhì)量.(2)安裝：正確安裝好氣墊導(dǎo)軌.(3) 實(shí)驗(yàn)：接通電源，利用配套的光電計(jì)時(shí)裝置測(cè)出兩滑塊各種情況下碰撞前后的速度(改變滑塊的質(zhì)量.改變滑塊的初速度大小和方向).(4) 驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒.方案二：利用等長(zhǎng)懸線懸掛等大小球完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1) 測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量ml、m2.(2) 安裝：把兩個(gè)等大小球用等長(zhǎng)懸線懸掛起來(lái).(3) 實(shí)驗(yàn)：一個(gè)小球靜止，拉起另一個(gè)小球，放下時(shí)它們相碰.(4) 測(cè)速度：可以測(cè)量小球被拉起的角度，從而算出碰撞前對(duì)應(yīng)小球的速度

5、，測(cè)量碰撞后小球擺 起的角度，算出碰撞后對(duì)應(yīng)小球的速度.(5) 改變條件：改變碰撞條件，重復(fù)實(shí)驗(yàn).(6) 驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒.方案三：在光滑桌面上兩車(chē)碰撞完成一維碰撞實(shí)驗(yàn)(1) 測(cè)質(zhì)量：用天平測(cè)出兩小車(chē)的質(zhì)量.安裝：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在光滑長(zhǎng)木板的一端，把紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連在小車(chē)的后面，在兩小車(chē)的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥.(3) 實(shí)驗(yàn)：接通電源，讓連接紙帶的小車(chē)A運(yùn)動(dòng)，小車(chē)B靜止，兩車(chē)碰撞時(shí)撞針插入橡皮泥中，把兩小車(chē)連接成一體運(yùn)動(dòng).(4) 測(cè)速度：通過(guò)紙帶上兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離及時(shí)間由v=算出速度.(5) 改變條件：改變碰撞條件、重復(fù)實(shí)驗(yàn).(6) 驗(yàn)證：一維碰撞中的動(dòng)量守恒.方案四：利

6、用斜槽上滾下的小球驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律(1) 用天平測(cè)出兩小球的質(zhì)量，并選定質(zhì)量大的小球?yàn)槿肷湫∏?1 白 +- /0嚴(yán)、廠廠、1JJJ JMPN(2) 按照?qǐng)D所示安裝實(shí)驗(yàn)裝置.調(diào)整固定斜槽使斜槽底端水平.(3) 白紙?jiān)谙拢瑥?fù)寫(xiě)紙?jiān)谏锨以谶m當(dāng)位置鋪放好.記下重垂線所指的位置O.(4) 不放被撞小球，讓入射小球從斜槽上某固定高度處自由滾下，重復(fù)10 次用圓規(guī)畫(huà)盡量小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面圓心 P 就是小球落點(diǎn)的平均位置(5) 把被撞小球放在斜槽末端，讓入射小球從斜槽同一高度自由滾下，使它們發(fā)生碰撞，重復(fù)實(shí)驗(yàn) 10 次用步驟 4 的方法，標(biāo)出碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置 M 和被撞小球落點(diǎn)的平均位

7、 置 N. 如圖所示(6) 連接ON，測(cè)量線段 OP、OM、ON的長(zhǎng)度代入 m1OP= m1OM + m20N，看在誤差允許的 范圍內(nèi)是否成立(7) 整理好實(shí)驗(yàn)器材放回原處.(8) 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，討論碰撞系統(tǒng)的動(dòng)量守恒.4 .注意事項(xiàng)(1) 前提條件：碰撞的兩物體應(yīng)保證水平”和 正碰”(2) 方案提醒 若利用氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)，注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水平. 若利用擺球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，兩小球靜放時(shí)球心應(yīng)在同一水平線上，且剛好接觸，擺線豎直，將小 球拉起后，兩條擺線應(yīng)在同一豎直平面內(nèi). 若利用長(zhǎng)木板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可在長(zhǎng)木板下墊一小木片用以平衡摩擦力. 若利用斜槽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，入

8、射球質(zhì)量要大于被碰球質(zhì)量即：m1>m2，防止碰后ml被反彈.(3) 探究結(jié)論：尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變.5.誤差分析(1) 系統(tǒng)誤差：主要來(lái)源于裝置本身是否符合要求，即： 碰撞是否為一維碰撞. 實(shí)驗(yàn)是否滿足動(dòng)量守恒的條件：如氣墊導(dǎo)軌是否水平，兩球是否等大，長(zhǎng)木板實(shí)驗(yàn)是否平衡 掉摩擦力.(2) 偶然誤差：主要來(lái)源于質(zhì)量m 和速度 v 的測(cè)量.(3) 改進(jìn)措施 設(shè)計(jì)方案時(shí)應(yīng)保證碰撞為一維碰撞，且盡量滿足動(dòng)量守恒的條件. 采取多次測(cè)量求平均值的方法減小偶然誤差.、要點(diǎn)例析()1. 一個(gè)質(zhì)量為0.3 kg的彈性小球，在光滑水平面上以6 m/s的速度垂直撞到墻上，碰撞后小球沿相反方

9、向運(yùn)動(dòng)，反彈后的速度大小與碰撞前相同，則碰撞前后小球動(dòng)量變化量的大 小p和碰撞過(guò)程中墻對(duì)小球做功的大小W為A . p= 0 B . p = 1.8 kg m/s C. W = 0 D. W = 10.8 J()2 粗糙的水平地面上放著一個(gè)木塊一顆子彈水平地射進(jìn)木塊后停留在木塊中，帶動(dòng)木塊一起向前滑行一段距離，在這個(gè)過(guò)程中，子彈和木塊組成的系統(tǒng)A .動(dòng)量和能量都守恒B .動(dòng)量和能量都不守恒C.動(dòng)量守恒，能量不守恒D .動(dòng)量不守恒，能量守恒()3.如圖所示，完全相同的A、B兩物塊隨足夠長(zhǎng)的水平傳送帶按圖中所示方向勻速運(yùn)動(dòng).A、B間夾有少量炸藥，對(duì) A、B在炸藥爆炸過(guò)程及隨后的運(yùn)動(dòng)過(guò)程有下列說(shuō)法，其

10、中正確的是A .炸藥爆炸后瞬間， A、B .炸藥爆炸后瞬間， A、C .炸藥爆炸過(guò)程中， A、D . A、B在炸藥爆炸后至 量守恒B兩物塊速度方向一定相同B兩物塊速度方向一定相反B兩物塊組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒A、B相對(duì)傳送帶靜止過(guò)程中動(dòng)()4 .如圖所示，一個(gè)木箱原來(lái)靜止在光滑水平面上，木箱內(nèi)粗糙的底板上放著一個(gè)小木塊.木箱和小木塊都具有一定的質(zhì)量.現(xiàn)使木箱獲得一個(gè)向右的初速度V。，則A.小木塊和木箱最終都將靜止B .小木塊最終將相對(duì)木箱靜止，二者一起向右運(yùn)動(dòng)C .小木塊在木箱內(nèi)將始終來(lái)回往復(fù)碰撞，而木箱一直向右運(yùn)動(dòng)D .如果小木塊與木箱的左壁碰撞后相對(duì)木箱靜止，則二者將一起向左運(yùn)動(dòng))5.如圖所

11、示，一個(gè)質(zhì)量為mi= 50 kg的人抓在一只大氣球下方，氣球下面有根長(zhǎng)繩.氣球和長(zhǎng)繩的總質(zhì)量為m2= 20 kg，長(zhǎng)繩的下端剛好和水平面接觸.當(dāng)靜止時(shí)人離地 面的高度為h= 5 m.如果這個(gè)人開(kāi)始沿繩向下滑，當(dāng)他滑到繩下端時(shí),他離地面咼度是(可以把人看做質(zhì)點(diǎn))A . 5 m B . 3.6 m C . 2.6 m D . 8 m()6 .質(zhì)量為M的均勻木塊靜止在光滑水平面上，木塊左右兩側(cè)各有一位使用完全相同的步槍和子彈的射擊手.首先左側(cè)射手開(kāi)槍?zhuān)訌椝缴淙肽緣K的最大深度為di,然后右側(cè)射手開(kāi)槍?zhuān)訌椝缴淙肽緣K的最大深度為d2，如圖所示.設(shè)子彈均未射穿木塊，且兩顆子彈與木塊之間的作用力大小均

12、相同.A .最終木塊靜止，di= d2C.最終木塊靜止，di<d2B .最終木塊向右運(yùn)動(dòng)，d1<d2-* H 口D .最終木塊向左運(yùn)動(dòng)，d1 = d2”如*“當(dāng)兩顆子彈均相對(duì)木塊靜止時(shí)，下列說(shuō)法正確的是7.某同學(xué)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和氣墊導(dǎo)軌做驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn).氣墊導(dǎo)軌裝置如圖(a)所示，所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組成.在空腔導(dǎo)軌的兩個(gè)工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通入壓縮空氣，空氣會(huì) 從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上，這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差弾射架彈射架q導(dǎo)軌標(biāo)尺16b8 cm*町 20.0 sm(1)下面是實(shí)驗(yàn)的

13、主要步驟： 安裝好氣墊導(dǎo)軌，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕， 使導(dǎo)軌水平； 向氣墊導(dǎo)軌通入壓縮空氣； 把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架 的外側(cè)，將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與彈射架并固定 在滑塊1的左端，調(diào)節(jié)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動(dòng)時(shí)，紙帶始終在水平方向； 使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩； 把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間，已知碰后兩滑塊一起運(yùn)動(dòng). 先，然后，讓滑塊帶動(dòng)紙帶一起運(yùn)動(dòng)； 取下紙帶，重復(fù)步驟，選出理想的紙帶如圖（b）所示； 測(cè)得滑塊1的質(zhì)量310 g，滑塊2（包括橡皮泥）的質(zhì)量為205 g.完善實(shí)驗(yàn)步驟的內(nèi)容.已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打一個(gè)點(diǎn)，計(jì)算可知兩滑塊相互作用以前

14、系統(tǒng)的總動(dòng)量為kg m/s;兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動(dòng)量為 kg m/s（保留三位有效數(shù)字）. （3）試說(shuō)明（2）中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是 38.如圖所示，滑塊A、C質(zhì)量均為m,滑塊B質(zhì)量為2m.開(kāi)始時(shí)A、B分別以vi、 V2的速度沿光滑水平軌道向固定在右側(cè)的擋板運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將C無(wú)初速地放在A 上,并與A粘合不再分開(kāi)，此時(shí)A與B相距較近，B與擋板相距足夠遠(yuǎn).若B與擋 板碰撞將以原速度反彈，A與B碰撞將粘合在一起.為使 B能與擋板碰撞兩次， Vi、V2應(yīng)滿足什么關(guān)系？9. 小球A和B的質(zhì)量分別為 mA和mB,且mA>mB.在某高度處將 A和B先后從靜止釋放.小 球A與水平地面碰撞后向上

15、彈回，在釋放處下方與釋放處距離為H的地方恰好與正在下落的小球B發(fā)生正碰.設(shè)所有碰撞都是彈性的.碰撞時(shí)間極短.求小球A、B碰撞后B上升的最大高度.10. 兩個(gè)質(zhì)量分別為 M1和M2的劈A和B,高度相同，放在光滑水平面上.A和B的傾斜面都是光滑曲面，曲面下端與水平面相切， 如圖所示.一質(zhì)量為m的物塊位于劈 A的傾斜面上， 距水平面的高度為 h.物塊從靜止開(kāi)始滑下， 然后又滑上劈B.求物塊在B上能夠達(dá)到的最大高 度.11. 如圖所示，質(zhì)量 mi= 0.3 kg的小車(chē)靜止在光滑的水平面上，車(chē)長(zhǎng)L = 1.5 m,現(xiàn)有質(zhì)量 m2=0.2 kg可視為質(zhì)點(diǎn)的物塊，以水平向右的速度vo = 2 m/s從左端滑

16、上小車(chē)，最后在車(chē)面上某處與小車(chē)保持相對(duì)靜止.物塊與車(chē)面間的動(dòng)摩擦因數(shù)卩=0.5，取g= 10 m/s2，求(1) 物塊在車(chē)面上滑行的時(shí)間t;(2) 要使物塊不從小車(chē)右端滑出，物塊滑上小車(chē)左端的速度v0 '不超過(guò)多少.二、課時(shí)訓(xùn)練()1.滿載砂子總質(zhì)量為 M的小車(chē)，在光滑的水平面上勻速運(yùn)動(dòng)，速率為V。，在行駛途中有質(zhì)量為m的砂子從車(chē)尾漏掉，則砂子漏掉后小車(chē)的速度為A . (M m)vo/MB . Mvo/(M m)C. mvo/(M m)D. vo()2 .如圖所示，車(chē)廂靜止在光滑水平面上，車(chē)廂內(nèi)有一個(gè)物體，當(dāng)給物體一個(gè)向右的初速度后，物體與車(chē)廂內(nèi)壁碰撞而在車(chē)廂內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，最后靜止在車(chē)廂

17、內(nèi)，物體靜止在車(chē)廂內(nèi)時(shí)，車(chē)廂的運(yùn)動(dòng)情況A .將靜止B.向右運(yùn)動(dòng)C .向左運(yùn)動(dòng)D.無(wú)法確定車(chē)廂做哪種運(yùn)動(dòng)()3.如圖所示，質(zhì)量為 m的帶有光滑弧形的槽靜止在光滑上，圓弧底部切線是水平的.一個(gè)質(zhì)量也為m的小球從槽高水平面h處開(kāi)始由靜止下滑，在下滑過(guò)程中，關(guān)于小球和槽組成的系統(tǒng)，以及小球到達(dá)底端的速判斷正確的是A .在水平方向上動(dòng)量守恒，v= , 2gh度v,B.在水平方向上動(dòng)量不守恒，v = . 2ghC.在水平方向上動(dòng)量守恒，v< , 2ghD .在水平方向上動(dòng)量不守恒，vv.2gh()4.如圖所示，光滑水平面上有質(zhì)量均為 m的物塊A和B, B上固定一輕彈簧.B靜止,A以速度vo水平向右運(yùn)

18、動(dòng)，通過(guò)彈簧與 B發(fā)生作用.作用過(guò)程中，彈簧獲得的最大彈性勢(shì)能Ep為A. _mvoC.4mv2B.gmv2D.mv2()5.質(zhì)量相等的甲、乙兩球在光滑水平面上沿同一直線運(yùn)動(dòng).甲以7 kg m/s的動(dòng)量追上前方以5 kg m/s的動(dòng)量同向運(yùn)動(dòng)的乙球發(fā)生正碰，則碰后甲、乙兩球動(dòng)量不可能的是A . 6.5 kg m/s， 5.5 kg m/sB . 6 kg m/s， 6 kg m/sC. 5.5 kg m/s， 6.5 kg m/sD . 4 kg m/s， 8 kg m/s()6 .在 驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖所示,球.以下說(shuō)法正確的是A .入射小球的質(zhì)量 m1大于被碰小球的質(zhì)量 m

19、2B .入射小球的半徑 r1大于被碰小球的半徑 QA球?yàn)槿肷湫∏?，B球?yàn)楸慌鲂 .入射小球每次都必須從斜槽上的同一位置由靜止釋放m1已D .斜槽末端的切線必須水平，小球放在斜槽末端處應(yīng)能靜止 ()7 .如圖(甲)所示，在光滑水平面上的兩個(gè)小球發(fā)生正碰.小球的質(zhì)量分別為 和m2圖(乙)為它們碰撞前后的 x-t圖象. 知m1 = 0.1 kg.由此可以確定下列正確的是A .碰前m2靜止，mi向右運(yùn)動(dòng) B .碰后m2和m1都向右運(yùn)動(dòng)左*必&為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒和檢驗(yàn)兩個(gè)小球的碰撞是否為彈性碰撞, 相同、質(zhì)量不相等的小球，按下述步驟做了如下實(shí)驗(yàn)： 用天平測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量(分別為m1和m2，且mm?). 按照如圖所示的那樣，安裝好實(shí)驗(yàn)裝置.一斜面BC連接在斜槽末端. 先不放小球 m2,讓小球m1從斜槽頂端 下，記下小球在斜面上的落點(diǎn)位置. 將小球m2放在斜槽末端邊緣處，讓小球 處滾下，使它們發(fā)生碰撞后，記下小球 的落點(diǎn)位置.將斜槽AB固定在桌邊，A處由