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(RJ-SY)选修3—5第十六章 动量守恒定律1-3节
【本讲教育信息】
一. 教学内容:
选修3—5
第十六章 动量守恒定律
第一节 实验:探究碰撞中的不变量
第二节 动量守恒定律(一)
第三节 动量守恒定律(二)
二. 重点、难点解析
1. 动量守恒定律的性质
(1)动量守恒定律的矢量性
由于速度是矢量,定律的表达式应是一个矢量式。
对于一维情况,可根据所设坐标的方向确定速度的正负,而将矢量式化为代数式。对两个物体组成的系统,在一般情况下,定律可表达为:m1v1+m2v2=mlvl′+ m2v2′
(2)动量守恒定律中速度的同时性
物体系统在相互作用过程中,任一瞬间的动量都保持不变。相互作用前的动量和(m1v1+m2v2+…)中的v1、v2、…都应该是作用前同一时刻的即时速度;相互作用后的动量和(m1v1′+m2v2′+…)中的v1′、v2′、…都应该是作用后同一时刻的即时速度。
(3)动量守恒定律中速度的相对性
动量的大小和方向与参照系的选择有关,应用动量守恒列方程时,应该注意各物体的速度必须相对同一惯性参照系的速度,通常以地面为参照系。
(4)系统性
动量守恒定律的研究是相互作用的物体组成的系统。
(5)普适性
动量守恒定律是自然界普遍规律之一,不仅适用于宏观物体的低速运动,对微观现象和高速运动仍然适用。
2. 对动量守恒定律的理解
(1)对守恒条件的理解
① 标准条件:系统“总动量保持不变”的条件是系统“不受外力作用”或“所受外力之和为零”。
② 近似条件:若系统所受外力远小于内力,且作用时间很短,即外力的冲量可以忽略,则可以近似认为系统的总动量守恒,即:,但为有限值,且。
③ 某一方向动量守恒的条件:系统所受外力矢量和不为零,但在某一方向上的力为零,则系统在这个方向上的动量守恒。必须注意区别总动量守恒与某一方向动量守恒。列式时,要特别注意把速度投影到这个方向上,同时要注意各量的正负。
说明:内力的冲量对系统动量是否守恒没有影响,但可改变系统内物体的动量。内力的冲量是系统内物体间动量传递的原因,而外力的冲量是改变系统总动量的原因。譬如:通常情况下的摩擦力的冲量在时间极短时就可忽略,子弹沿水平方向打入竖直下落的木块,子弹与木块在竖直方向的动量就近似守恒。
(2)对守恒的理解
系统“总动量保持不变”,不是仅指系统的初、末两个时刻的总动量相等,而是指系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等,但决不能认为系统内的每一个物体的动量都保持不变。
3. 应用动量守恒定律解题的基本步骤。
(1)分析题意,确定研究系统和一段过程
在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把这些被研究的物体总称为系统。要明确所研究的系统是由哪几个物体组成的。
(2)进行受力分析,确认是否满足守恒的条件
弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的力,即内力;哪些是系统外的物体对系统内物体的作用力,即外力。
(3)明确所研究的相互作用过程,确定过程的始、末状态
即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。
(4)建立动量守恒方程
规定好正方向,灵活运用动量守恒定律的各种表达式建立动量守恒方程。
(5)求解验证讨论
计算结果如果是正的,说明该量的方向和正方向相同,如果是负的,则和选定的正方向相反。如果是几个方程联立解,那么各方程所选取的正方向应该相同。
三. 知识内容
1. 动量
(1)定义:p=mv
(2)动量是状态量:
动量是物体机械运动的一种量度,是状态量,通常说物体的动量是物体在某一时刻的动量,计算物体的动量时应取这一时刻的即时速度。
(3)动量的相对性:
由于物体的运动速度与参照物的选择有关,所以物体的动量也跟参照物的选择有关。选择不同的参照物时,同一物体的动量可以不同。通常在不说明参照物的情况下,物体的动量是指物体相对于地面的动量。
(4)动量的矢量性:
物体动量的方向与物体的即时速度方向相同。
动量的运算应使用平行四边形法则,如果物体运动变化前后的动量都在同一直线上,那么选定正方向后,动量的方向可以用正、负号表示,动量的运算就简化为代数运算了。
(5)动量的单位:
在国际单位制中,动量单位是千克·米/秒。
2. 动量守恒定律
(1)内容
相互作用的物体如果不受外力作用,或者它们所受的外力之和为零,它们的总动量保持不变。
(2)条件
(3)表达式
(常见形式为:)
,
【典型例题】
[例1] 在质量为M的小车中挂有一单摆,摆球的质量为m0,小车和单摆以恒定的速度v沿光滑水平地面运动,与位于正对面的质量为m的静止木块发生碰撞,碰撞的时间极短,在此碰撞过程中,下列哪些情况说法是可能发生的( )
A. 小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别变为 vl、v2、v3,满足(M+m0)v=Mvl+mv2+m0v3
B. 摆球的速度不变,小车和木块的速度变化为vl和v2,满足Mv
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