新教材同步系列2024春高中物理第1章動量和動量守恒定律第3節(jié)動量守恒定律課件粵教版選擇性必修第一冊

第一章

動量和動量守恒定律第三節(jié)動量守恒定律學(xué)習(xí)任務(wù)1．在了解系統(tǒng)內(nèi)力和外力的基礎(chǔ)上，理解動量守恒定律．

2．理解動量守恒定律的內(nèi)涵，知道動量守恒定律的普遍性．3．能運(yùn)用動量定理和牛頓第三定律分析碰撞現(xiàn)象中的動量變化，推導(dǎo)動量守恒定律．4．能依據(jù)已有知識合理設(shè)計實(shí)驗方案．5．有將所學(xué)知識應(yīng)用于生活實(shí)際的愿望，有主動進(jìn)行科學(xué)普及的意識．必備知識·自主預(yù)習(xí)儲備01知識梳理知識點(diǎn)一動量守恒定律的推導(dǎo)1．內(nèi)力和外力系統(tǒng)內(nèi)物體之間的__________叫作內(nèi)力．系統(tǒng)____其他物體對系統(tǒng)的作用力叫作外力．相互作用力外部

－F21

m2v2(m1v1＋m2v2)(3)內(nèi)容：物體在碰撞時，如果系統(tǒng)所受______為零，則系統(tǒng)的總動量________．(4)公式：m1v1＋m2v2＝_____________．合外力保持不變m1v1′＋m2v2′知識點(diǎn)二動量守恒定律的驗證1．實(shí)驗原理質(zhì)量分別為m1和m2的兩小球A、B發(fā)生正碰，若碰撞前球A的速度為v1，球B靜止，碰撞后的速度分別為v1′和v2′，根據(jù)動量守恒定律，應(yīng)有：m1v1＝m1v1′＋m2v2′．可采用“探究平拋運(yùn)動的特點(diǎn)”實(shí)驗中測量平拋初速度的方法，設(shè)計實(shí)驗裝置如圖所示．讓入射球從同一位置釋放，測出不發(fā)生碰撞時入射球飛出的水平距離lOP，再測出入射球、靶球碰撞后分別飛出的水平距離lOM、lON，只要驗證m1lOP＝m1lOM＋m2lON，即可驗證動量守恒定律．因小球從斜槽上滾下后做平拋運(yùn)動，由平拋運(yùn)動知識可知，只要小球下落的高度相同，在落地前運(yùn)動的時間就相同，則小球的水平速度與飛出的水平距離成正比，所以只要測出小球的質(zhì)量及兩球碰撞前后飛出的水平距離，代入公式就可驗證動量守恒定律．2．實(shí)驗步驟(1)按照原理圖安裝實(shí)驗儀器，通過水平調(diào)節(jié)螺釘使斜槽末端處于____，鋼球放在上面能保持靜止?fàn)顟B(tài)．在木板上依次鋪上白紙、復(fù)寫紙．利用______在白紙上分別標(biāo)注斜槽水平段端口、靶球初位置(支球柱)在白紙平面的投影點(diǎn)O和點(diǎn)O′．(2)用天平測出兩個大小相同、但質(zhì)量不同的鋼球的質(zhì)量，質(zhì)量大的鋼球m1作為______，質(zhì)量小的鋼球m2作為____．水平重垂線入射球靶球(3)先讓入射球單獨(dú)從斜槽上端緊靠定位板的位置下落，在白紙上留下落地碰撞的痕跡．(4)讓入射球從斜槽上端________下落，與放在支球柱上的靶球發(fā)生碰撞，兩球分別在白紙上留下落地碰撞的痕跡．(5)測出入射球m1兩次落地碰撞點(diǎn)與點(diǎn)O的距離s和s1，靶球m2落地碰撞點(diǎn)與點(diǎn)O′的距離s2．(6)若m1s在實(shí)驗誤差允許范圍內(nèi)與m1s1＋m2s2____，就驗證了兩鋼球碰撞前后總動量守恒．同一位置相等3．誤差分析實(shí)驗所研究的過程是兩個不同質(zhì)量的球發(fā)生水平正碰，因此“水平”和“正碰”是操作中應(yīng)盡量予以滿足的前提條件．實(shí)驗中兩球心高度不在同一水平面上，給實(shí)驗帶來誤差．每次靜止釋放入射小球的釋放點(diǎn)越高，兩球相碰時內(nèi)力越大，動量守恒的誤差越小．應(yīng)進(jìn)行多次碰撞，小球的落點(diǎn)取平均位置來確定，以減小偶然誤差．4．注意事項(1)入射小球質(zhì)量m1必須大于靶球質(zhì)量m2，若入射小球質(zhì)量小于被碰小球質(zhì)量，則入射小球會被反彈，滾回斜槽后再返回拋出點(diǎn)過程中克服摩擦力做功，飛出時的速度大小小于碰撞剛結(jié)束時的速度大小，會產(chǎn)生較大的誤差．(2)斜槽末端的切線必須水平．(3)入射小球與靶球的球心連線與入射小球的初速度方向一致．(4)入射小球每次都必須從斜槽上同一位置由靜止開始滾下．(5)地面應(yīng)水平，白紙鋪好后，實(shí)驗過程中不能移動，否則會造成很大的誤差．關(guān)鍵能力·情境探究達(dá)成02【典例1】用如圖所示實(shí)驗裝置可以驗證動量守恒定律，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系．(1)實(shí)驗中，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的．但是，可以通過僅測量__________(填選項前的序號)，間接地解決這個問題．A．小球做平拋運(yùn)動的射程B．小球拋出點(diǎn)距地面的高度HC．小球開始釋放時的高度h√[解析]

驗證動量守恒定律實(shí)驗中，即研究兩個小球在軌道水平部分碰撞前后的動量關(guān)系，直接測定小球碰撞前后的速度是不容易的，但是在落地高度不變的情況下，可以通過測水平射程來體現(xiàn)速度，故答案是A．

(2)圖中O點(diǎn)是小球拋出點(diǎn)在地面上的垂直投影．實(shí)驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測量平拋射程OP．然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)．接下來要完成的必要步驟是___________．(按順序填選項前的符號)A．測量小球m1開始釋放時的高度hB．用天平測量兩個小球的質(zhì)量m1、m2C．測量拋出點(diǎn)距地面的高度HD．分別找到m1、m2相碰后平均落地點(diǎn)的位置M、NE．測量平拋射程OM、ONBDE或DEB[解析]

實(shí)驗時，先讓入射球m1多次從斜軌上S位置靜止釋放，找到其平均落地點(diǎn)的位置P，測量平拋射程OP．然后，把被碰小球m2靜置于軌道的水平部分，再將入射球m1從斜軌上S位置靜止釋放，與小球m2相碰，并多次重復(fù)．測量平均落點(diǎn)的位置，找到平拋運(yùn)動的水平位移，因此步驟中D、E是必需的，而且D要在E之前．至于用天平稱質(zhì)量先后均可以，所以答案是BDE或DEB．(3)若兩球相碰前后的動量守恒，其表達(dá)式可表示為________________________________[用(2)中測量的量表示]．

m1·OM＋m2·ON＝m1·OP【典例2】如圖所示為實(shí)驗室中驗證碰撞中的動量守恒的實(shí)驗裝置示意圖．(1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則(

)A．m1>m2，r1>r2

B．m1<m2，r1<r2C．m1>m2，r1＝r2

D．m1<m2，r1＝r2[解析]

兩小球要選等大的，且入射小球的質(zhì)量應(yīng)大些，故選C．√(2)為完成此實(shí)驗，以下所提供的測量工具中必需的是_______．(選填選項前的字母)A．直尺B．游標(biāo)卡尺

C．天平D．彈簧秤E．秒表[解析]

該實(shí)驗必須測出兩球平拋的水平位移和質(zhì)量，故必須用直尺和天平，因兩球平拋起點(diǎn)相同，不用測小球直徑，故用不到B．√√(3)設(shè)入射小球的質(zhì)量為m1，被碰小球的質(zhì)量為m2，P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，則關(guān)系式(用m1、m2及圖中字母表示)_____________________________成立，即表示碰撞中動量守恒．[解析]

因平拋落地時間相同，可用水平位移代替速度，故關(guān)系式為m1·OP＝m1·OM＋m2·ON．m1·OP＝m1·OM＋m2·ON【典例3】如圖所示為驗證動量守恒的實(shí)驗裝置，氣墊導(dǎo)軌置于水平桌面上，G1和G2為兩個光電門，固定有相同遮光片的兩彈性滑塊A、B的質(zhì)量分別為mA、mB實(shí)驗過程如下：a．調(diào)節(jié)導(dǎo)軌使之水平；b．輕推滑塊A，測得A通過光電門G1的遮光時間為Δt0；c．A與B相碰后，B和A先后經(jīng)過光電門G2的遮光時間分別為ΔtB和ΔtA．(1)實(shí)驗中，滑塊A、B的質(zhì)量應(yīng)滿足mA________mB(選填“>”或“<”)；[解析]

為了保證碰撞后，A不反彈，則滑塊A、B的質(zhì)量應(yīng)滿足mA＞mB．＞

(3)滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦?xí)?dǎo)致測得的系統(tǒng)碰撞前的總動量________(選填“>”或“<”)碰撞后的總動量．[解析]

滑塊與導(dǎo)軌間的摩擦，使滑塊做減速運(yùn)動，會導(dǎo)致測得的系統(tǒng)碰撞前的總動量大于碰撞后的總動量．＞學(xué)習(xí)效果·隨堂評估自測031．(多選)在驗證動量守恒定律實(shí)驗中，下列關(guān)于小球落點(diǎn)的說法，正確的是(

)A．如果小球每次從同一點(diǎn)無初速度釋放，重復(fù)幾次的落點(diǎn)一定是重合的B．由于偶然因素存在，重復(fù)操作時小球落點(diǎn)不重合是正常的，但落點(diǎn)應(yīng)當(dāng)比較密集1234√56

12345√6BD

[由于各種偶然因素的影響，小球平拋落地點(diǎn)并不完全重合，而是落點(diǎn)非常密集，所以A錯誤，B正確；小球平拋水平距離的測量方法是：先確定落點(diǎn)的平均位置P，再測量O點(diǎn)到落點(diǎn)平均位置P的距離，所以C錯誤；落點(diǎn)平均位置的確定方法：用半徑盡量小的圓把P1、P2、P3、…、P10圈住，這個圓的圓心就是入射小球落點(diǎn)的平均位置P，所以D正確．]1234562．氣墊導(dǎo)軌是一種實(shí)驗輔助儀器，利用它可以非常精確地完成多個高中物理實(shí)驗．滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動時，可認(rèn)為不受摩擦阻力．現(xiàn)利用氣墊導(dǎo)軌驗證動量守恒定律，實(shí)驗裝置如圖所示．123456(1)對導(dǎo)軌進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)，使氣墊導(dǎo)軌和光電門都正常工作，在導(dǎo)軌上只放置滑塊a．調(diào)整調(diào)節(jié)旋鈕，輕推滑塊，觀察滑塊a通過兩光電門的時間，當(dāng)_______________________________________________時，說明導(dǎo)軌已經(jīng)水平．[解析]

如果平衡，滑塊a將在導(dǎo)軌上做勻速運(yùn)動，因此通過兩個光電門所用的時間相等．123456滑塊a(的遮光條)通過兩個光電門所用時間相等

123456

3．(2022·浙江余姚中學(xué)高二階段練習(xí))如圖所示為實(shí)驗室中“驗證動量守恒定律”的實(shí)驗裝置示意圖．123456(1)若入射小球質(zhì)量為m1，半徑為r1；被碰小球質(zhì)量為m2，半徑為r2，則應(yīng)滿足________(填選項前的字母)．A．m1＞m2，r1＞r2

B．m1＞m2，r1＜r2C．m1＞m2，r1＝r2

D．m1＜m2，r1＝r2[解析]

要保證兩小球發(fā)生一維正碰，要求兩小球半徑相同；為了保證入射小球碰后不反彈，要保證m1＞m2．故選C．123456√

123456√√(3)本實(shí)驗巧妙地利用小球飛行的水平距離表示小球的水平速度．下面的實(shí)驗條件中，不能使小球飛行的水平距離表示水平速度的是________．A．軌道末端切線未調(diào)整為水平B．改變1小球初始釋放點(diǎn)的位置C．使1、2兩小球的直徑之比改變?yōu)?∶3D．升高桌面高度12345√√6[解析]

要保證小球水平拋出，軌道末端切線應(yīng)調(diào)整為水平，故A錯誤，符合題意；改變1小球初始釋放點(diǎn)的位置，只改變初速度大小，小球仍做平拋運(yùn)動，故B正確，不符合題意；使1、2兩小球的直徑之比改變?yōu)?∶3，不再發(fā)生一維碰撞，碰后小球速度不沿水平方向，故C錯誤，符合題意；升高桌面高度，小球仍做平拋運(yùn)動，故D正確，不符合題意．123456(4)設(shè)P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，M為碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置，N為碰后被碰小球落點(diǎn)的平均位置，則關(guān)系式___________________________(用m1、m2及圖中字母表示)成立，即可達(dá)到實(shí)驗?zāi)康模甗解析]

設(shè)P為碰前入射小球落點(diǎn)的平均位置，M為碰后入射小球落點(diǎn)的平均位置，N為碰后被碰小球落點(diǎn)的平均位置，根據(jù)m1x1＝m1x1′＋m2x2′，可知m1×OP＝m1×OM＋m2×ON．123456m1×OP＝m1×OM＋m2×ON4．如圖，滑塊A、B靜止在水平氣墊導(dǎo)軌上，兩滑塊間緊壓一輕彈簧，滑塊用繩子連接，繩子燒斷后，輕彈簧掉落，兩個滑塊向相反方向運(yùn)動．現(xiàn)拍得閃光頻率為10Hz的一組頻閃照片．已知滑塊A、B的質(zhì)量分別為300g、450g，根據(jù)照片記錄的信息可知，A、B離開彈簧后：123456

123456勻速直線

1234560.09

1234560.027kg·m/s

(4)本實(shí)驗中得出“在實(shí)驗誤差范圍內(nèi)，兩滑塊組成的系統(tǒng)動量守恒”，這一結(jié)論的依據(jù)是：_________________________________.[解析]

A的動量pA＝mAvA＝0.300kg×0.09m/s＝0.027kg·m/s，由此可見A、B的動量大小相等、方向相反，它們的總動量為零，與釋放前的總動量相等，因此系統(tǒng)動量守恒．123456A、B的動量始終大小相等，方向相反5．某同學(xué)設(shè)計了一個用打點(diǎn)計時器做“探究碰撞中的守恒量”的實(shí)驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運(yùn)動，然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，繼續(xù)做勻速運(yùn)動．他設(shè)計的具體裝置如圖甲所示，在小車A后連著紙帶，電磁打點(diǎn)計時器電源頻率為50Hz，長木板右端下面墊放小木片用以平衡摩擦力．123456(1)若已測得打點(diǎn)紙帶如圖乙所示，并測得各計數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)．A為運(yùn)動的起點(diǎn)，則應(yīng)選________段來計算A碰前速度；應(yīng)選________段來計算A和B碰后的共同速度．(以上兩空選填“AB”“BC”“CD”或“DE”)12345BC

DE6[解析]

從分析紙帶上打點(diǎn)情況看，BC段既表示小車做勻速運(yùn)動，又表示小車有較大速度，因此BC段能較準(zhǔn)確地描述小車A在碰撞前的運(yùn)動情況，應(yīng)選用BC段計算A的碰前速度；從CD段打點(diǎn)情況看，小車的運(yùn)動情況還沒穩(wěn)定，而在DE段內(nèi)小車運(yùn)動穩(wěn)定，故應(yīng)選用DE段計算碰后A和B的共同速度．

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