高中物理第十六章动量守恒定律第三节动量守恒定律课件新人教版选修3-.ppt

第十六章动量守恒定律动量守恒定律第三节动量守恒定律第三节动量守恒定律【素养目标定位素养目标定位】能正确区分内力与外力能正确区分内力与外力理解理解动动量守恒定律的确切含量守恒定律的确切含义义和表达式，知道定律的适用条件和表达式，知道定律的适用条件会用会用动动量守恒定律解决碰撞、爆炸等量守恒定律解决碰撞、爆炸等问题问题【素养思维脉络素养思维脉络】课前预习反馈课前预习反馈系统、内力和外力系统、内力和外力1系统系统相互作用的两个或几个物体组成一个力学相互作用的两个或几个物体组成一个力学_。2内力内力系统系统_物体间的相互作用力。物体间的相互作用力。3外力外力系统系统_的物体对系统的物体对系统_的物体的作用力。的物体的作用力。系统系统知识点知识点 1内部内部以外以外以内以内动量守恒定律动量守恒定律1内容内容如如果果一一个个系系统统不不受受_，或或者者所所受受_的的矢矢量量和和为为零零，这这个个系系统统的总动量保持不变。的总动量保持不变。2表达式表达式对两个物体组成的系统，常写成：对两个物体组成的系统，常写成：p1p2_或或m1v1m2v2_3适用条件适用条件系统不受系统不受_或者所受或者所受_之和为零。之和为零。外力外力知识点知识点 2外力外力p1p2m1v1m2v2外力外力外力外力动量守恒定律的普适性动量守恒定律的普适性动动量量守守恒恒定定律律是是一一个个独独立立的的实实验验规规律律，它它适适用用于于目目前前为为止止物物理理学学研研究究的的_领域。领域。一切一切知识点知识点 3判一判判一判(1)动量守恒定律适用于宏观物体，不适用于微观粒子。动量守恒定律适用于宏观物体，不适用于微观粒子。()(2)一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒。一个系统初、末状态动量大小相等，即动量守恒。()(3)两两个个做做匀匀速速直直线线运运动动的的物物体体发发生生碰碰撞撞，这这两两个个物物体体组组成成的的系系统统动动量量守守恒恒。()(4)系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零。系统动量守恒也就是系统的动量变化量为零。()(5)系系统统动动量量守守恒恒，动动能能不不一一定定守守恒恒，某某一一方方向向上上动动量量守守恒恒，系系统统整整体体动动量量不一定守恒。不一定守恒。()思考辨析思考辨析选一选选一选(多选多选)下列四幅图所反映的物理过程中，系统动量守恒的是下列四幅图所反映的物理过程中，系统动量守恒的是()AC解解析析：A中中子子弹弹和和木木块块的的系系统统在在水水平平方方向向不不受受外外力力，竖竖直直方方向向所所受受合合力力为为零零，系系统统动动量量守守恒恒；B中中在在弹弹簧簧恢恢复复原原长长过过程程中中，系系统统在在水水平平方方向向始始终终受受墙墙的的作作用用力力，系系统统动动量量不不守守恒恒；C中中木木球球与与铁铁球球的的系系统统所所受受合合外外力力为为零零，系系统统动动量量守守恒恒；D中中木块下滑过程中，斜面始终受挡板的作用力，系统动量不守恒。木块下滑过程中，斜面始终受挡板的作用力，系统动量不守恒。想一想想一想如如图图三三国国演演义义“草草船船借借箭箭”中中，若若草草船船的的质质量量为为m1，每每支支箭箭的的质质量量为为m，草草船船以以速速度度v1返返回回时时，对对岸岸士士兵兵万万箭箭齐齐发发，n支支箭箭同同时时射射中中草草船船，箭箭的的速速度度皆皆为为v，方方向向与与船船行行方方向向相相同同。由由此此，草草船船的的速速度度会会增增加加多多少少？(不不计计水的阻力水的阻力)课内互动探究课内互动探究对动量守恒定律的理解对动量守恒定律的理解在在光光滑滑的的水水平平面面上上有有一一辆辆平平板板车车，一一个个人人站站在在车车上上用用大大锤锤敲敲打打车车的的左左端端，如如图图所所示示。在在连连续续的的敲敲打打下下，这这辆辆车车能持续地向右运动吗？能持续地向右运动吗？探究探究 一一 思考讨论思考讨论 1提提示示：当当把把锤锤头头打打下下去去时时，锤锤头头向向右右摆摆动动，系系统统总总动动量量要要为为零零，车车就就向向左左运运动动；举举起起锤锤头头时时，锤锤头头向向左左运运动动，车车就就向向右右运运动动。用用锤锤头头连连续续敲敲击击时时，车车只只是左右运是左右运动动，一旦，一旦锤头锤头不不动动，车车就会停下来，所以就会停下来，所以车车不能持不能持续续向右运向右运动动。1研究对象研究对象两个或两个以上相互作用的物体组成的系统。两个或两个以上相互作用的物体组成的系统。2对系统对系统“总动量保持不变总动量保持不变”的理解的理解(1)系系统统在在整整个个过过程程中中任任意意两两个个时时刻刻的的总总动动量量都都相相等等，不不能能误误认认为为只只是是初初、末两个状态的总动量相等。末两个状态的总动量相等。(2)系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能都在不断变化。系统的总动量保持不变，但系统内每个物体的动量可能都在不断变化。(3)系系统统的的总总动动量量指指系系统统内内各各物物体体动动量量的的矢矢量量和和，总总动动量量不不变变指指的的是是系系统统的的总动量的大小和方向都不变。总动量的大小和方向都不变。归纳总结归纳总结3动量守恒定律成立的条件动量守恒定律成立的条件(1)理想守恒：系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。理想守恒：系统不受外力或系统所受外力的矢量和为零。(2)近近似似守守恒恒：系系统统所所受受外外力力的的矢矢量量和和虽虽不不为为零零，但但系系统统外外力力比比内内力力小小得得多多，如如碰碰撞撞问问题题中中的的摩摩擦擦力力、爆爆炸炸过过程程中中的的重重力力等等外外力力比比起起相相互互作作用用的的内内力力小小得得多多，可以忽略不计。可以忽略不计。(3)某某一一方方向向上上守守恒恒：系系统统所所受受外外力力的的矢矢量量和和虽虽不不为为零零，但但在在某某个个方方向向上上的的分量为零，则在该方向上系统动量守恒。分量为零，则在该方向上系统动量守恒。4从从“五性五性”理解动量守恒定律理解动量守恒定律(1)系系统统性性：动动量量守守恒恒是是针针对对满满足足守守恒恒条条件件的的系系统统而而言言的的，系系统统改改变变，动动量量不一定守恒。不一定守恒。(2)矢量性：定律的表达式是一个矢量式。矢量性：定律的表达式是一个矢量式。a该式说明系统的总动量在任意两个时刻不仅大小相等，而且方向也相同。该式说明系统的总动量在任意两个时刻不仅大小相等，而且方向也相同。b在求系统的总动量在求系统的总动量pp1p2时，要按矢量运算法则计算。时，要按矢量运算法则计算。(3)相相对对性性：动动量量守守恒恒定定律律中中，系系统统中中各各物物体体在在相相互互作作用用前前后后的的动动量量，必必须须相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为相对于地的速度。相对于同一惯性系，各物体的速度通常均为相对于地的速度。(4)同同时时性性：动动量量守守恒恒定定律律中中p1、p2必必须须是是系系统统中中各各物物体体在在相相互互作作用用前前同同一时刻的动量，一时刻的动量，p1、p2必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量。必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量。(5)普普适适性性：动动量量守守恒恒定定律律不不仅仅适适用用于于两两个个物物体体组组成成的的系系统统，也也适适用用于于多多个个物物体体组组成成的的系系统统。不不仅仅适适用用于于宏宏观观物物体体组组成成的的系系统统，也也适适用用于于微微观观粒粒子子组组成成的的系统。系统。(1)分分析析动动量量守守恒恒时时要要着着眼眼于于系系统统，要要在在不不同同的的方方向向上上研研究究系系统统所所受受外外力力的的矢量和。矢量和。(2)要深刻理解动量守恒的条件。要深刻理解动量守恒的条件。(3)系系统统动动量量严严格格守守恒恒的的情情况况是是很很少少的的，在在分分析析守守恒恒条条件件是是否否满满足足时时，要要注注意对实际过程的理想化。意对实际过程的理想化。特别提醒特别提醒(多多选选)如如图图所所示示，光光滑滑水水平平面面上上两两小小车车中中间间夹夹一一压压缩缩了了的的轻轻弹弹簧簧，两两手手分分别别按按住住小小车车，使使它它们们静静止止，对对两两车车及及弹弹簧簧组组成成的的系系统统，下下列列说说法法中中正正确确的是的是()A两手同时放开后，系统总动量始终为零两手同时放开后，系统总动量始终为零B先放开左手，后放开右手，此后动量不守恒先放开左手，后放开右手，此后动量不守恒C先放开左手，后放开右手，总动量向左先放开左手，后放开右手，总动量向左D无无论论是是否否同同时时放放手手，只只要要两两手手都都放放开开后后，在在弹弹簧簧恢恢复复原原长长的的过过程程中中，系系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零ACD典例典例 1典例剖析典例剖析解解析析：当当两两手手同同时时放放开开时时，系系统统的的合合外外力力为为零零，所所以以系系统统的的动动量量守守恒恒，又又因因为为开开始始时时总总动动量量为为零零，故故系系统统总总动动量量始始终终为为零零，选选项项A正正确确；先先放放开开左左手手，左左边边的的小小车车就就向向左左运运动动，当当再再放放开开右右手手后后，系系统统所所受受合合外外力力为为零零，故故系系统统的的动动量量守守恒恒，放放开开右右手手时时总总动动量量方方向向向向左左，放放开开右右手手后后总总动动量量方方向向也也向向左左，故故选选项项B错错误而误而C、D正确。综合上述分析可知选项正确。综合上述分析可知选项A、C、D正确。正确。1(2020北北京京市市通通州州区区高高二二下下学学期期段段考考)如如图图所所示示，两两木木块块A、B用用轻轻质质弹弹簧簧连连在在一一起起，置置于于光光滑滑的的水水平平面面上上。一一颗颗子子弹弹水水平平射射入入木木块块A，并并留留在在其其中中。在在子子弹弹打打中中木木块块A及及弹弹簧簧被被压压缩缩的的整整个个过过程程中中，对对子子弹弹、两两木木块块和和弹弹簧簧组组成成的的系系统统，下列说法中正确的是下列说法中正确的是()A动量守恒、机械能守恒动量守恒、机械能守恒B动量守恒、机械能不守恒动量守恒、机械能不守恒C动量不守恒、机械能守恒动量不守恒、机械能守恒D动量、机械能都不守恒动量、机械能都不守恒B对点训练对点训练解解析析：子子弹弹击击中中木木块块A及及弹弹簧簧被被压压缩缩的的整整个个过过程程，系系统统在在水水平平方方向向不不受受外外力力作作用用，系系统统动动量量守守恒恒，但但是是子子弹弹击击中中木木块块A过过程程，有有摩摩擦擦力力做做功功，部部分分机机械械能能转转化为内能，所以机械能不守恒，化为内能，所以机械能不守恒，B正确，正确，ACD错误。错误。动量守恒定律的应用动量守恒定律的应用探究探究 二二 思考讨论思考讨论 2归纳总结归纳总结2动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义：动量守恒定律不同表现形式的表达式的含义：(1)pp：系统相互作用前的总动量：系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量等于相互作用后的总动量p。(2)p1p2：相相互互作作用用的的两两个个物物体体组组成成的的系系统统，一一个个物物体体的的动动量量变变化化量量与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反。与另一个物体的动量变化量大小相等、方向相反。(3)p0：系统总动量增量为零。：系统总动量增量为零。(4)m1v1m2v2m1v1m2v2：相相互互作作用用的的两两个个物物体体组组成成的的系系统统，作作用用前前的的动量和等于作用后的动量和。动量和等于作用后的动量和。3某某一一方方向向上上动动量量守守恒恒问问题题：动动量量守守恒恒定定律律的的适适用用条条件件是是普普遍遍的的，当当系系统统所所受受的的合合外外力力不不为为零零时时，系系统统的的总总动动量量不不守守恒恒，但但是是在在不不少少情情况况下下，合合外外力力在在某个方向上的分量却为零，那么在该方向上系统的动量分量就是守恒的。某个方向上的分量却为零，那么在该方向上系统的动量分量就是守恒的。4爆炸类问题中动量守恒定律的应用：爆炸类问题中动量守恒定律的应用：(1)物物体体间间的的相相互互作作用用突突然然发发生生，作作用用时时间间很很短短，爆爆炸炸产产生生的的内内力力远远大大于于外外力力(如重力、摩擦力等如重力、摩擦力等)，可以利用动量守恒定律求解。，可以利用动量守恒定律求解。(2)由由于于爆爆炸炸过过程程中中物物体体间间相相互互作作用用的的时时间间很很短短，作作用用过过程程中中物物体体的的位位移移很很小，因此可认为此过程物体位移不发生变化。小，因此可认为此过程物体位移不发生变化。(1)动量守恒定律中的各速度都相对同一参考系，一般以地面为参考系。动量守恒定律中的各速度都相对同一参考系，一般以地面为参考系。(2)规规定定正正方方向向后后，方方向向与与正正方方向向一一致致的的矢矢量量取取正正值值，方方向向与与正正方方向向相相反反的的矢量取负值。矢量取负值。特别提醒特别提醒一一人人站站在在静静止止于于冰冰面面的的小小车车上上，人人与与车车的的总总质质量量M70 kg，当当它它接接到到一一个个质质量量m20 kg、以以速速度度v05 m/s 迎迎面面滑滑来来的的木木箱箱后后，立立即即以以相相对对于于自自己己v5 m/s的的速速度度逆逆着着木木箱箱原原来来滑滑行行的的方方向向推推出出，不不计计冰冰面面阻阻力力。则则小小车车获获得的速度是多大？方向如何？得的速度是多大？方向如何？典例典例 2典例剖析典例剖析答案：答案：2.2 m/s方向与木箱的初速度方向与木箱的初速度v0相同相同2如如图图所所示示，进进行行太太空空行行走走的的宇宇航航员员A和和B的的质质量量分分别别为为80 kg和和100 kg，他他们们携携手手远远离离空空间间站站，相相对对空空间间站站的的速速度度为为0.1 m/s。A将将B向向空空间间站站方方向向轻轻推推后后，A的速度变为的速度变为0.2 m/s，求此时，求此时B的速度大小和方向。的速度大小和方向。答案：答案：0.02 m/s远离空间站方向远离空间站方向解解析析：根根据据动动量量守守恒恒，(mAmB)v0mAvAmBvB，代代入入数数 据据可可解解得得vB0.02 m/s，方向为离开空间站方向。，方向为离开空间站方向。对点训练对点训练动量守恒定律与机械能守恒定律的比较动量守恒定律与机械能守恒定律的比较冲冲击击摆摆的的装装置置是是一一个个用用细细线线悬悬挂挂着着的的砂砂箱箱(如如图图所所示示)，其其过过程程为为一一粒粒质质量量为为m的的弹弹丸丸以以水水平平速速度度v击击中中砂砂箱箱，弹弹丸丸陷陷入入箱箱内内，使使砂砂箱箱摆摆至至某某一一高高度度。此此过过程程中中，子子弹弹和和砂砂箱箱组组成成的的系系统统动动量量守恒吗？机械能守恒吗？守恒吗？机械能守恒吗？提提示示：子子弹弹射射入入砂砂箱箱的的过过程程，动动量量守守恒恒，机机械械能能不不守守恒恒；子弹和砂箱向上摆动的过程，动量不守恒，机械能守恒。子弹和砂箱向上摆动的过程，动量不守恒，机械能守恒。探究探究 三三 思考讨论思考讨论 3动量守恒定律与机械能守恒定律的比较动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 归纳总结归纳总结项项目目动动量守恒定律量守恒定律机械能守恒定律机械能守恒定律相同点相同点研究研究对对象象相互作用的物体相互作用的物体组组成的系成的系统统研究研究过过程程某一运某一运动过动过程程不不同同点点守恒条件守恒条件系系统统不受外力或所受外力的不受外力或所受外力的矢量和矢量和为为零零系系统统只有重力或只有重力或弹弹力做功力做功表达式表达式p1p2p1p2Ek1Ep1Ek2Ep2表达式的表达式的矢矢标标性性矢量式矢量式标标量式量式某一方向上某一方向上应应用情况用情况可在某一方向独立使用可在某一方向独立使用不能在某一方向独立使用不能在某一方向独立使用运算法运算法则则用矢量法用矢量法则进则进行合成或分解行合成或分解代数和代数和(1)系系统统的的动动量量(机机械械能能)是是否否守守恒恒，与与选选择择哪哪几几个个物物体体作作为为系系统统和和分分析析哪哪一一段段运动过程有直接关系。运动过程有直接关系。(2)对对于于涉涉及及相相互互作作用用的的系系统统的的能能量量转转化化问问题题时时，可可综综合合应应用用动动量量守守恒恒定定律律、机械能守恒定律、动能定理、能量守恒定律、功能关系列出相应方程分析解答。机械能守恒定律、动能定理、能量守恒定律、功能关系列出相应方程分析解答。特别提醒特别提醒典例典例 3典例剖析典例剖析解析指导：解析指导：(1)小球与滑小球与滑块块相互作用的相互作用的过过程中水平方向上程中水平方向上动动量守恒。量守恒。(2)该该系系统统的机械能守恒。的机械能守恒。(3)小球从滑小球从滑块块左端滑出左端滑出时时滑滑块获块获得的速度最大。得的速度最大。答案：答案：(1)5 m/s(2)2 m/s对点训练对点训练BD核心素养提升核心素养提升1寻找临界状态寻找临界状态题题设设情情景景中中看看是是否否有有相相互互作作用用的的两两物物体体相相距距最最近近、恰恰好好滑滑离离、避避免免相相碰碰和和物体开始反向运动等临界状态。物体开始反向运动等临界状态。2挖掘临界条件挖掘临界条件在在与与动动量量相相关关的的临临界界问问题题中中，临临界界条条件件常常常常表表现现为为两两物物体体的的相相对对速速度度关关系系与相对位移关系。与相对位移关系。动量守恒定律应用中的临界问题动量守恒定律应用中的临界问题3常见类型常见类型(1)涉及弹簧类的临界问题涉及弹簧类的临界问题对对于于由由弹弹簧簧组组成成的的系系统统，在在物物体体间间发发生生相相互互作作用用的的过过程程中中，当当弹弹簧簧被被压压缩缩到最短或拉伸到最长时，弹簧两端的两个物体的速度必然相等。到最短或拉伸到最长时，弹簧两端的两个物体的速度必然相等。(2)涉及相互作用边界的临界问题涉及相互作用边界的临界问题在在物物体体滑滑上上斜斜面面(斜斜面面放放在在光光滑滑水水平平面面上上)的的过过程程中中，由由于于物物体体间间弹弹力力的的作作用用，斜斜面面在在水水平平方方向向上上将将做做加加速速运运动动，物物体体滑滑到到斜斜面面上上最最高高点点的的临临界界条条件件是是物物体体与与斜斜面面沿沿水水平平方方向向具具有有共共同同的的速速度度，物物体体到到达达斜斜面面最最高高点点时时，在在竖竖直直方方向向上上的的分分速度等于零。速度等于零。(3)子弹打木块类的临界问题子弹打木块类的临界问题子子弹弹刚刚好好击击穿穿木木块块的的临临界界条条件件为为子子弹弹穿穿出出时时的的速速度度与与木木块块的的速速度度相相同同，子子弹位移为木块位移与木块厚度之和。弹位移为木块位移与木块厚度之和。如如图图所所示示，甲甲、乙乙两两个个小小孩孩各各乘乘一一辆辆冰冰车车在在水水平平冰冰面面上上游游戏戏。甲甲和和他他的的冰冰车车的的质质量量共共为为M30 kg，乙乙和和他他的的冰冰车车总总质质量量也也是是30 kg，游游戏戏时时，甲甲推推着着一一个个质质量量为为m15 kg的的箱箱子子，和和他他一一起起以以大大小小为为v02.0 m/s的的速速度度滑滑行行，乙乙以以同同样样大大小小的的速速度度迎迎面面滑滑来来，为为了了避避免免相相撞撞，甲甲突突然然将将箱箱子子沿沿冰冰面面推推给给乙乙，箱箱子子滑滑到到乙乙处处时时乙乙迅迅速速把把它它抓抓住住。若若不不计计冰冰面面的的摩摩擦擦力力，求求甲甲至至少少要要以以多多大大的的速度速度(相对于地面相对于地面)将箱子推出，才能避免与乙相撞。将箱子推出，才能避免与乙相撞。案案 例例解解题题指指导导：本本题题从从动动量量守守恒恒定定律律的的应应用用角角度度看看并并不不难难，但但需需对对两两个个物物体体的的运运动动关关系系分分析析清清楚楚(乙乙和和箱箱子子、甲甲的的运运动动关关系系如如何何，才才能能不不相相撞撞)。这这就就需需要要我我们们要要将将“不不相相撞撞”的的实实际际要要求求转转化化为为物物理理条条件件，即即：甲甲、乙乙可可以以同同方方向向运运动动，但但只要乙的速度不小于甲的速度，就不可能相撞。只要乙的速度不小于甲的速度，就不可能相撞。解解析析：如如图图所所示示，在在甲甲推推出出箱箱子子的的过过程程中中，甲甲和和箱箱子子组组成成的的系系统统动动量量守守恒恒。乙乙接接到到箱箱子子并并和和乙乙一一起起运运动动的的过过程程中中，乙乙和和箱箱子子组组成成的的系系统统动动量量也也是是守守恒恒的的，分分别别选选甲甲、箱箱子子为为研研究究对对象象，箱箱子子、乙乙为为研研究究对对象象求求解解。要要想想刚刚好好避避免免相相撞撞，要求乙抓住箱子后与甲的速度正好相等。要求乙抓住箱子后与甲的速度正好相等。设甲推出箱子后的速度为设甲推出箱子后的速度为v1，箱子的速度为，箱子的速度为v，乙抓住箱子后的速度，乙抓住箱子后的速度v2。对对甲甲和和箱箱子子，推推箱箱子子前前后后动动量量守守恒恒，以以初初速速度度方方向向为为正正，由由动动量量守守恒恒定定律律：(Mm)v0mvMv1对对乙乙和和箱箱子子，抓抓住住箱箱子子前前后后动动量量守守恒恒，以以箱箱子子初初速速方方向向为为正正，由由动动量量守守恒恒定律有：定律有：mvMv0(mM)v2刚好不相撞的条件是：刚好不相撞的条件是：v1v2联立联立解得：解得：v5.2 m/s，方向与甲和箱子初速的方向一致。，方向与甲和箱子初速的方向一致。答案：答案：5.2 m/s，方向与甲的初速度方向相同，方向与甲的初速度方向相同谢谢观赏勤能补拙，学有成就！2024/4/22 周一46