高中物理人教必修一(教案)動量守恒定律

1、7/7動量守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】一、知識與技能1應(yīng)用牛頓定律推導(dǎo)出適用于兩球碰撞模型的動量守恒定律，能夠理解動量守恒定律的物理過程。2理解動量守恒定律（內(nèi)容、守恒條件），會分析計(jì)算同一直線上兩個(gè)物體的動量守恒問題。二、過程與方法1在理解動量守恒定律的確切含義的基礎(chǔ)上正確區(qū)分內(nèi)力和外力。2知道運(yùn)用動量守恒定律解決問題，并知道運(yùn)用動量守恒定律解決有關(guān)問題的優(yōu)點(diǎn)。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀培養(yǎng)邏輯思維能力，會應(yīng)用動量守恒定律分析計(jì)算有關(guān)問題?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1動量守恒定律。2運(yùn)用動量守恒定律解題的一般步驟?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】1動量守恒的條件。2動量守恒定律的應(yīng)用?！窘虒W(xué)過程】一、復(fù)習(xí)提問、新課導(dǎo)入讓學(xué)生回憶、提問：

2、動量、沖量、動量定理的相關(guān)知識。動量：p=mv沖量：I=Ft動量定理：Ft=mv-mv二、新課教學(xué)（一）相互作用的兩個(gè)物體的動量改變?nèi)鐖D，在光滑水平桌面上做勻速運(yùn)動的兩個(gè)物體A、B，質(zhì)量分別是m1和m2，沿同一直線向同一方向運(yùn)動，速度分別是v1和v2，v2v1。當(dāng)B追上A時(shí)發(fā)生碰撞。碰撞后A、B的速度分別是v1和v2。碰撞過程中A所受B對它的作用力是F1，B所受A對它的作用力是F2。碰撞時(shí)，兩物體之間力的作用時(shí)間很短，用t表示。根據(jù)動量定理，物體A動量的變化量等于它所受作用力F1的沖量，即：F1tm1v1m1v1物體B動量的變化量等于它所受作用力F2的沖量，即：F2tm2v2m2v2根據(jù)牛頓第

3、三定律F1F2，兩個(gè)物體碰撞過程中的每個(gè)時(shí)刻相互作用力F1與F2大小相等、方向相反，故有：m1v1m1v1（m2v2m2v2）m1v1m2v2m1v1m2v2這說明，兩物體碰撞后的動量之和等于碰撞前的動量之和，并且該關(guān)系式對過程中的任意兩時(shí)刻的狀態(tài)都適用。那么，碰撞前后滿足動量之和不變的兩個(gè)物體的受力情況是怎樣的呢？兩物體各自既受到對方的作用力，同時(shí)又受到重力和桌面的支持力，重力和支持力是一對平衡力。兩個(gè)碰撞的物體在所受外部對它們的作用力的矢量和為0的情況下動量守恒。（二）動量守恒定律1相關(guān)概念：（1）系統(tǒng)：相互作用的物體組成系統(tǒng)。（2）內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)物體相互間的作用力。（3）外力：外物對系統(tǒng)內(nèi)

4、物體的作用力。第1節(jié)兩球碰撞得出的結(jié)論的條件：兩球碰撞時(shí)除了它們相互間的作用力（系統(tǒng)的內(nèi)力）外，還受到各自的重力和支持力的作用，使它們彼此平衡。所以說m1和m2系統(tǒng)不受外力，或說它們所受的合外力為零。兩球動量之和在碰撞前后保持不變。2動量守恒定律：（1）內(nèi)容：如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0，這個(gè)系統(tǒng)的總動量保持不變。這就是動量守恒定律。（2）公式：m1v1m2v2m1v1m2v23動量守恒條件：（1）系統(tǒng)不受外力或者所受外力的矢量和為0。（2）系統(tǒng)內(nèi)物體之間的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力。（3）系統(tǒng)所受合外力不為零，但在某一方向上合外力為0，則在系統(tǒng)這一方向上動量守恒。4注意：（1）區(qū)分內(nèi)力

5、和外力。（2）在總動量一定的情況下，每個(gè)物體的動量可以發(fā)生很大的變化。（學(xué)生思考討論）如圖所示，子彈打進(jìn)與固定于墻壁的彈簧相連的木塊，此系統(tǒng)從子彈開始入射木塊到彈簧壓縮到最短的過程中，子彈與木塊作為一個(gè)系統(tǒng)動量是否守恒？說明理由。分析：此題重在引導(dǎo)學(xué)生針對不同的對象（系統(tǒng)），對應(yīng)不同的過程中，受力情況不同，總動量可能變化，可能守恒（子彈射入一瞬間，A、B動量守恒）。（教師總結(jié)）在學(xué)習(xí)物理的過程中，重要的一項(xiàng)基本功是正確恰當(dāng)?shù)剡x取研究對象、研究過程，根據(jù)實(shí)際情況選用對應(yīng)的物理規(guī)律，不能生搬硬套。5應(yīng)用動量守恒定律解題的步驟：（1）明確研究對象：將要發(fā)生相互作用的物體可視為系統(tǒng)。（2）進(jìn)行受力分析

6、，運(yùn)動過程分析：確定系統(tǒng)動量在研究過程中是否守恒。（3）明確始末狀態(tài)：一般來說，系統(tǒng)內(nèi)的物體將要發(fā)生相互作用，和相互作用結(jié)束，即為作用過程的始末狀態(tài)。（4）選定正方向，列動量守恒方程及相應(yīng)輔助方程，求解作答。例1：在列車編組站里，一輛m1為1.8104kg的貨車在平直軌道上以v1=2m/s的速度運(yùn)動，碰上一輛m2=2.2104kg的靜止的貨車，它們碰撞后一起繼續(xù)運(yùn)動。求貨車碰撞后運(yùn)動的速度。分析：（1）題中兩輛貨車碰撞，在碰撞過程中發(fā)生相互作用，所以本題中兩輛貨車組成相互作用的系統(tǒng)，我們把這個(gè)系統(tǒng)作為研究的對象。（2）系統(tǒng)所受的外力有：重力、支持力、摩擦力和空氣阻力。（3）在碰撞過程中相互作用

7、的內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，我們可近似認(rèn)為不考慮摩擦力和空氣阻力，符合動量守恒的條件。解：沿碰撞前貨車運(yùn)動的速度的方向建立坐標(biāo)軸如上圖，則有v1=2m/s，設(shè)兩車結(jié)合后的速度為v兩車碰撞前的總動量為p=m1v1碰撞后的總動量為p=（m1+m2）v由動量守恒定律p=p得m1v1=（m1+m2）v代入數(shù)據(jù)得：v=0.9m/s因?yàn)閮绍嚱Y(jié)合后的速度為正值，所以結(jié)合后仍然沿坐標(biāo)軸方向運(yùn)動。例2：一枚在空中飛行的火箭，質(zhì)量為m，在某點(diǎn)的速度為v，方向水平，燃料即將耗盡。火箭在該點(diǎn)突然炸裂成兩塊，其中質(zhì)量為m1的一塊沿著與v相反的方向飛去，速度為v1。求炸裂后另一塊的速度v2。分析：炸裂前，可以認(rèn)為導(dǎo)彈是由質(zhì)量為m1

8、和(m-m1)的兩部分組成，導(dǎo)彈的炸裂過程可以看做這兩部分相互作用的過程。這兩部分組成的系統(tǒng)是我們的研究對象。在炸裂過程中，炸裂成的兩部分都受到重力的作用，所受外力的矢量和不為零，但是它們所受的重力遠(yuǎn)小于爆炸時(shí)燃?xì)鈱λ鼈兊淖饔昧?，所以爆炸過程中重力的作用可以忽略，可以認(rèn)為系統(tǒng)滿足動量守恒定律的條件。解：火箭炸裂前的總動量為p=mv炸裂后的總動量為p=m1v1+（m-m1）v根據(jù)動量守恒定律p=p，可得m1v1+（m-m1）v=mv解出v2=mv-m1v1m-m1（三）動量守恒定律的普適性學(xué)生閱讀教材相關(guān)內(nèi)容。從現(xiàn)代物理學(xué)的理論高度來認(rèn)識，動量守恒定律是物理學(xué)中最基本的普適原理之一。（另一個(gè)最基

9、本的普適原理就是能量守恒定律。）從科學(xué)實(shí)踐的角度來看，迄今為止，人們尚未發(fā)現(xiàn)動量守恒定律有任何例外。相反，每當(dāng)在實(shí)驗(yàn)中觀察到似乎是違反動量守恒定律的現(xiàn)象時(shí)，物理學(xué)家們就會提出新的假設(shè)來補(bǔ)救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如靜止的原子核發(fā)生衰變放出電子時(shí)，按動量守恒，反沖核應(yīng)該沿電子的反方向運(yùn)動。但云室照片顯示，兩者徑跡不在一條直線上。為解釋這一反常現(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說。由于中微子既不帶電又幾乎無質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)中極難測量，直到1956年人們才首次證明了中微子的存在。又如人們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)運(yùn)動著的帶電粒子在電磁相互作用下動量似乎也是不守恒的。這時(shí)物理學(xué)家把動量的概念推廣到了電磁場，把

10、電磁場的動量也考慮進(jìn)去，總動量就又守恒了。（學(xué)生總結(jié)）牛頓運(yùn)動定律：低速、宏觀適用，高速（接近光速）、微觀（小到分子原子尺度）不適用。動量守恒定律：目前為止物理學(xué)研究的一切領(lǐng)域，即適用于解決宏觀低速運(yùn)動問題，也適用于解決微觀高速運(yùn)動問題。【課堂練習(xí)】1（2002年全國春季高考試題）在高速公路上發(fā)生一起交通事故，一輛質(zhì)量為15000kg向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質(zhì)量為3000kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，并向南滑行了一段距離后停止。根據(jù)測速儀的測定，長途客車碰前以20m/s的速度行駛，由此可判斷卡車碰前的行駛速率為（ ）A小于10m/s B大于10m/s小于20m/sC大于20m/

11、s小于30m/s D大于30m/s小于40m/s2如圖所示，A、B兩物體的質(zhì)量比mA:mB=3:2，它們原來靜止在平板車C上，A、B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間動摩擦因數(shù)相同，地面光滑。當(dāng)彈簧突然釋放后，則有（ ）AA、B系統(tǒng)動量守恒BA、B、C系統(tǒng)動量守恒C小車向左運(yùn)動D小車向右運(yùn)動3把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍發(fā)射出一顆子彈時(shí)，關(guān)于槍、彈、車，下列說法正確的是（ ）A槍和彈組成的系統(tǒng)，動量守恒B槍和車組成的系統(tǒng)，動量守恒C三者組成的系統(tǒng)，因?yàn)闃審椇蜆屚仓g的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動量變化很小，可以忽略不計(jì)，故系統(tǒng)動量近似守恒D三者組成的系統(tǒng)，動量守恒

12、，因?yàn)橄到y(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個(gè)外力作用，這兩個(gè)外力的合力為零4甲、乙兩船自身質(zhì)量為120kg，都靜止在靜水中，當(dāng)一個(gè)質(zhì)量為30kg的小孩以相對于地面6m/s的水平速度從甲船跳上乙船時(shí)，不計(jì)阻力，甲、乙兩船速度大小之比：v甲:v乙=_。5（2001年高考試題）質(zhì)量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個(gè)質(zhì)量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾?，F(xiàn)在小孩a沿水平方向以速率v（相對于靜止水面）向前躍入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相對于靜止水面）向后躍入水中。求小孩b躍出后小船的速度。6如圖所示，甲車的質(zhì)量是2kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個(gè)質(zhì)量為1kg的小物體。乙車質(zhì)量為4kg，以5m/s的速度向左運(yùn)動，與甲車碰撞以后甲車獲得8m/s的速度，物體滑到乙車上。若乙車足夠長，上表面與物體的動摩擦因數(shù)為0.2，則物體在乙車上表面滑行多長時(shí)間相對乙車靜止？（g取10m/s2）答案：1A2BC3D45:45因均是以對地（即題中相對于靜止水面）的水平速度，所以