(2021新人教版)高中物理选修性必修第一册第1章 1 动 量讲义.doc
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1、1动动量量 学习目标:学习目标:1.物理观念物理观念通过学习动量和动量变化量的概念及其矢量性通过学习动量和动量变化量的概念及其矢量性,会计算一会计算一 维情况下的动量变化量维情况下的动量变化量2.科学探究科学探究通过实验用不同的方法探究碰撞中的不变通过实验用不同的方法探究碰撞中的不变 量量3.科学思维科学思维通过实例掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量通过实例掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量 方法方法4.科学探究科学探究通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式 阅读本节教材阅读本节教材,回答第回答第 2 页页“问题问题”并梳理知识
2、点并梳理知识点教材第教材第 2 页页“问题问题”提示提示: 实验现象表明实验现象表明,对于发生碰撞的两个物体来说对于发生碰撞的两个物体来说,在碰撞前在碰撞前、后必定有一物理量是保持不后必定有一物理量是保持不 变的变的 一、寻求碰撞中的不变量一、寻求碰撞中的不变量 【案例【案例 1】质量不同小球的碰撞质量不同小球的碰撞 如图所示如图所示,使使 C 球质量大于球质量大于 B 球质量球质量,用手拉起用手拉起 C 球至某一高度后放开球至某一高度后放开,撞击静撞击静 止的止的 B 球球仔细观察后会发现:质量大、速度较小的仔细观察后会发现:质量大、速度较小的 C 球球,使质量小的使质量小的 B 球获得较大
3、球获得较大 的速度的速度 质量不同小球的碰撞质量不同小球的碰撞 实验现象猜想实验现象猜想: (1)两个物体碰撞前后可能动能之和不变两个物体碰撞前后可能动能之和不变, 所以质量小的速度大所以质量小的速度大; (2) 两个物体碰撞前后可能速度与质量乘积之和不变两个物体碰撞前后可能速度与质量乘积之和不变 【案例【案例 2】利用气垫导轨探究一维碰撞中的不变量利用气垫导轨探究一维碰撞中的不变量 实验装置如图所示实验装置如图所示 为了研究水平方向的一维碰撞为了研究水平方向的一维碰撞,气垫导轨必须调水平气垫导轨必须调水平 (1)质量的测量:用天平测量滑块的质量质量的测量:用天平测量滑块的质量 (2)速度的测
4、量:利用公式速度的测量:利用公式 vx t ,式中式中x 为滑块上挡光片的宽度为滑块上挡光片的宽度,t 为数字计时为数字计时 器显示的挡光片经过光电门的时间器显示的挡光片经过光电门的时间 实验结论实验结论:此实验中两滑块碰撞前后动能之和并不相等此实验中两滑块碰撞前后动能之和并不相等,但是质量和速度的乘积之但是质量和速度的乘积之 和基本不变和基本不变 二、动量二、动量 1动量动量 (1)定义:物体质量与其速度的乘积叫动量定义:物体质量与其速度的乘积叫动量,即即 pmv. (2)单位:国际单位制单位是单位:国际单位制单位是千克米每秒千克米每秒,符号是符号是 kgm/s. (3)动量是矢量动量是矢量
5、,其方向跟速度的方向其方向跟速度的方向相同相同 2动量的变化量动量的变化量 (1)动量的变化量公式:动量的变化量公式:pp2p1mv2mv1mv. (2)矢量性:其方向与矢量性:其方向与v 的方向相同的方向相同 (3)如果物体在一条直线上运动如果物体在一条直线上运动,分析计算分析计算p 以及判断以及判断p 的方向时的方向时,可选定一个正可选定一个正 方向方向,将将矢量矢量运算转化为运算转化为代数代数运算运算 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”,错误的打错误的打“” “”) (1)“寻求碰撞中的不变量寻求碰撞中的不变量”实验中的不变量是系统中物体各自的质量与速度的乘实验中的不变量是系统
6、中物体各自的质量与速度的乘 积之和积之和() (2)动量的方向与物体的速度方向相同动量的方向与物体的速度方向相同() (3)物体的质量越大物体的质量越大,动量一定越大动量一定越大() (4)物体的动量相同物体的动量相同,其动能一定也相同其动能一定也相同() 2(多选多选)在做探究碰撞中的不变量实验时在做探究碰撞中的不变量实验时, ,实验条件是实验条件是() A斜槽轨道必须是光滑的斜槽轨道必须是光滑的 B斜槽轨道末端的切线是水平的斜槽轨道末端的切线是水平的 C入射球每一次都要从同一高度由静止滚下入射球每一次都要从同一高度由静止滚下 D碰撞的瞬间碰撞的瞬间,入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线
7、平行入射球和被碰球的球心连线与轨道末端的切线平行 BCD探究碰撞中的不变量实验探究碰撞中的不变量实验,要求入射小球每次到槽口时要求入射小球每次到槽口时,具有相同的速度具有相同的速度, 所以应从槽上同一位置滚下所以应从槽上同一位置滚下,但斜槽不需要光滑但斜槽不需要光滑,选项选项 A 错误错误,选项选项 C 正确;由于碰正确;由于碰 撞前、后要求小球均做平抛运动撞前、后要求小球均做平抛运动,且抛物线在同一平面且抛物线在同一平面,选项选项 B、D 正确正确 3关于物体的动量关于物体的动量,下列说法中正确的是下列说法中正确的是() A运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向运动物体在任一时刻
8、的动量方向一定是该时刻的速度方向 B物体的动能若不变物体的动能若不变,则动量一定不变则动量一定不变 C动量变化量的方向一定和动量的方向相同动量变化量的方向一定和动量的方向相同 D动量越大的物体动量越大的物体,其惯性也越大其惯性也越大 A动量和速度都是矢量动量和速度都是矢量,由物体的动量由物体的动量 pmv 可知运动物体在任一时刻的动量可知运动物体在任一时刻的动量 的方向一定是该时刻的速度方向的方向一定是该时刻的速度方向,故故 A 正确;物体的动能若不变正确;物体的动能若不变,则物体的速度大小则物体的速度大小 不变不变,但速度方向可能改变但速度方向可能改变,因此动量可以改变因此动量可以改变,故故
9、 B 错误;动量变化量的方向与动错误;动量变化量的方向与动 量的方向不一定相同量的方向不一定相同,故故 C 错误错误;质量是惯性大小的唯一量度质量是惯性大小的唯一量度,而物体的动量而物体的动量 pmv, 动量大小取决于质量与速度大小的乘积动量大小取决于质量与速度大小的乘积, 因此动量大的物体惯性不一定大因此动量大的物体惯性不一定大, 故故 D 错误错误 寻求碰撞中的不变量寻求碰撞中的不变量 2019 年年 5 月月 8 日至日至 12 日日,冰壶世界杯总决赛在北京举办冰壶世界杯总决赛在北京举办冰壶是一项技巧运动冰壶是一项技巧运动, 也是一项传统运动也是一项传统运动 观看一场真实地体现冰壶运动精
10、神且享有悠久历史盛誉的传统比赛观看一场真实地体现冰壶运动精神且享有悠久历史盛誉的传统比赛 项目也是一件乐事项目也是一件乐事你能寻找出两冰壶碰撞过程中的不变量吗?你能寻找出两冰壶碰撞过程中的不变量吗? 提示提示:能能,两冰壶碰撞过程中的不变量可能是两冰壶碰撞过程中的不变量可能是 mv,也可能是也可能是 mv2,还可能是还可能是v m等 等 1实验探究的基本思路实验探究的基本思路 (1)碰撞中的特殊情况碰撞中的特殊情况一维碰撞一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动碰撞后仍沿这条直线运动高中阶段仅限于用一高中阶段仅限于用一 维碰撞进行研究维碰撞进行
11、研究 在一维碰撞的情况下在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度,因此实验因此实验 要测量物体的质量和速度要测量物体的质量和速度 (2)寻找碰撞中的不变量寻找碰撞中的不变量 碰撞前后物体质量不变碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态但质量并不描述物体的运动状态,不是我们寻找的不是我们寻找的“不不 变量变量” 必须在多种碰撞的情况下都不改变的量必须在多种碰撞的情况下都不改变的量,才是我们寻找的才是我们寻找的“不变量不变量” 猜想:猜想: 在一维碰撞的情况下在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为设两个物体的质量分别为
12、m1、m2,碰撞前的速度分别为碰撞前的速度分别为 v1、 v2,碰撞后的速度分别为碰撞后的速度分别为 v1、v2.如果速度与规定的正方向一致如果速度与规定的正方向一致,则速度取正值则速度取正值,否否 则取负值则取负值 ()碰撞中的不变量可能是质量与速度的乘积碰撞中的不变量可能是质量与速度的乘积,那么就相应验证:那么就相应验证:m1v1m2v2 m1v1m2v2. ()碰撞中的不变量可能是质量与速度的二次方的乘积碰撞中的不变量可能是质量与速度的二次方的乘积,那么就相应验证:那么就相应验证:m1v21 m2v22m1v12m2v22. ()碰撞中的不变量也许是物体的速度与质量的比值碰撞中的不变量也
13、许是物体的速度与质量的比值, ,那么就相应地验证那么就相应地验证:v1 m1 v2 m2 v1 m1 v2 m2 . 当然还有其他可能当然还有其他可能,依次进行验证依次进行验证 2实验探究方案实验探究方案 方案方案 1利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞利用等长悬线悬挂等大小的小球实现一维碰撞 实验装置如图所示:实验装置如图所示: (1)质量的测量:用天平测量质量质量的测量:用天平测量质量 (2)速度的测量:可以测量小球被拉起的角度速度的测量:可以测量小球被拉起的角度,根据机械能守恒定律算出小球碰撞根据机械能守恒定律算出小球碰撞 前对应的速度前对应的速度;测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度
14、测量碰撞后两小球分别摆起的对应角度,根据机械能守恒定律算出碰撞根据机械能守恒定律算出碰撞 后对应的两小球的速度后对应的两小球的速度 (3)不同碰撞情况的实现:用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失不同碰撞情况的实现:用贴胶布的方法增大两小球碰撞时的能量损失 注意:注意:利用摆球测定的方法:利用摆球测定的方法: 根据机械能守恒定律得到摆球在最低点的速度:根据机械能守恒定律得到摆球在最低点的速度: mgL(1cos )1 2mv 2 得:得:v 2gL 1cos . 方案方案 2用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞用气垫导轨完成两个滑块的一维碰撞 实验装置如图所示:实验装置如图所示: (1)质量的测
15、量:用天平测量质量质量的测量:用天平测量质量 (2)速度的测量:利用公式速度的测量:利用公式 vx t ,式中式中x 为滑块为滑块(挡光片挡光片)的宽度的宽度,t 为计时器显为计时器显 示的滑块示的滑块(挡光片挡光片)经过光电门时对应的时间经过光电门时对应的时间 (3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量 名师点睛名师点睛:方案方案 2 不仅能保证碰撞是一维碰撞不仅能保证碰撞是一维碰撞,还可以做出多种情形的碰撞还可以做出多种情形的碰撞,速度速度 的测量误差较小的测量误差较小,准确性较高准确性较高,是最佳方案是最佳方案 【例【例 1】某同学利用
16、气垫导轨做某同学利用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量探究碰撞中的不变量”的实验的实验,气垫导轨装置气垫导轨装置 如图所示如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成 (1)下面是实验的主要步骤:下面是实验的主要步骤: 安装好气垫导轨安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平;使导轨水平; 向气垫导轨通入压缩空气;向气垫导轨通入压缩空气; 接通接通数字数字计时器;计时器; 把滑块把滑块 2 静止放在气垫导轨的中间;静止放在气垫导轨的中间; 滑块滑块 1 挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳;挤压导轨左端弹射
17、架上的橡皮绳; 释放滑块释放滑块 1,滑块滑块 1 通过光电门通过光电门 1 后与左侧有固定弹簧的滑块后与左侧有固定弹簧的滑块 2 碰撞碰撞,碰后滑碰后滑块块 1 和滑块和滑块 2 依次通过光电门依次通过光电门 2,两滑块通过光电门后依次被制动;两滑块通过光电门后依次被制动; 读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为读出滑块通过两个光电门的挡光时间分别为: 滑滑块块 1 通过光电通过光电门门 1 的挡光时间的挡光时间t1 10.01 ms,通过光电门通过光电门 2 的挡光时间的挡光时间t249.99 ms,滑块滑块 2 通过光电门通过光电门 2 的挡光时间的挡光时间 t38.35 ms; 测出挡
18、光片的宽度测出挡光片的宽度 d5 mm,测得滑块测得滑块 1(包括撞针包括撞针)的质量为的质量为 m1300 g,滑滑块块 2(包括弹簧包括弹簧)质量为质量为 m2200 g. (2)数据处理与实验结论:数据处理与实验结论: 实验中气垫导轨的作用是:实验中气垫导轨的作用是:A._ _, B_. 碰撞前滑块碰撞前滑块 1 的速度的速度 v1为为_m/s; 碰撞后滑块碰撞后滑块 1 的速度的速度 v2为为_m/s; 滑块滑块 2 的速度的速度 v3为为_m/s.(结果保留两位有效数字结果保留两位有效数字) 在误差允许的范围内在误差允许的范围内,通过本实验通过本实验,同学们可以探究出哪些物理量是不变
19、的?通同学们可以探究出哪些物理量是不变的?通 过对实验数据的分析说明理由过对实验数据的分析说明理由(至少回答至少回答 2 个不变量个不变量) a_; _. b_; _. 解析解析(2)A.大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差, , B保证两个滑块的碰撞是一维的保证两个滑块的碰撞是一维的 滑块滑块 1 碰撞前的速度碰撞前的速度 v1 d t1 510 3 10.0110 3 m/s0.50 m/s; 滑块滑块 1 碰撞后的速度碰撞后的速度 v2 d t2 510 3 49.9910 3 m/s 0.10 m/s; 滑块滑块 2 碰撞后的速度碰撞
20、后的速度 v3 d t3 510 3 8.3510 3 m/s 0.60 m/s. a.系统碰撞前后质量与速度的乘积之和不变系统碰撞前后质量与速度的乘积之和不变 原因原因: 系统碰撞前的质量与速度的乘积系统碰撞前的质量与速度的乘积 m1v10.15 kgm/s, 系统碰撞后的质量与速系统碰撞后的质量与速 度的乘积之和度的乘积之和 m1v2m2v30.15 kgm/s. b碰撞前后总动能不变碰撞前后总动能不变 原因:碰撞前的总动能原因:碰撞前的总动能 Ek11 2m 1v210.037 5 J 碰撞后的总动能碰撞后的总动能 Ek21 2m 1v221 2m 2v230.037 5 J 所以碰撞前
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