优质练习:1.3 动量守恒定律(原卷板).docxVIP

优质练习:1.3 动量守恒定律(原卷板).docx

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学而优教有方

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第一章动量守恒定律第02节动量守恒定律

【课堂目标】

掌握利用牛顿第三定律和动量定理推导动量守恒定律。

了解满足动量守恒定律的必要条件和动量守恒定律的适用范围。

利用动量守恒定律解决物理问题。

【重点清单】

重点一动量守恒定律的推导

如图所示,在光滑水平桌面上,做匀速运动的两个物体A、B,质量分别为m1和m2,在同一直线上同向运动,速度分别为v1和v2,v2>v1。当B追上A时,两者发生碰撞,分开后的速度分别为v1和v2

图中三幅图演示了碰撞的整个过程,现在我们研究一下,两个物块碰撞前后的动量变化:

碰撞前:对于B:pB=m2v

整个系统:p

碰撞中:AB之间存在作用力F1和F2,根据牛顿第三定律,两个力互为作用力和反作用力,大小相等,方向相反,作用时间为?t,分别受到向左和向右的冲量,且大小相等,设向右为正方向;

碰撞后:对于B:pB=

整个系统:p

结果:两个物体在碰撞前后,单个物体动量不守恒,但是整个系统的总动量守恒!

这个模型系统动量守恒的关键点在于:B减小的动量等于A增加的动量,所以总动量不变;或者说是因为两个物体所受外力的合外力为零,所以动量的变化量也为零。

那么我们可以说:如果一个系统所受的外力矢量和为零(或者不受外力),那么这个系统的总动量保持不变。这就是我们的动量守恒定律。

那么再深入的思考一下:整个系统动量守恒,可不可以存在外力矢量和不为零的情况呢?

重点二动量守恒的必要条件和应用范围

在上一个例子中,由于桌面是光滑的,所以不受摩擦力的冲量,假设在碰撞的短暂过程中,桌面突然有了摩擦力,碰撞结束后,摩擦力消失,系统动量还守恒吗?

那么这时在计算两个物体的动量变化时,需要考虑到摩擦力的向左冲量,那么系统动量:p总=pA+p

对于整个系统来说,摩擦力是地面给的,属于系统之外作用产生的力,我们称之为外力;而碰撞时,两者之间产生的相互作用力,属于系统内部的力,我们称之为内力。

由此我们可以得出动量守恒的必要条件:对于整个系统来说:当系统不受外力作用时(所受合外力为零),或者系统所受合外力虽然不为零,但远远小于其内力时,如碰撞、爆炸等现象中,系统的动量可看成近似守恒。

应用范围:①动量守恒必须是针对系统(两个或者两个以上的物体)来说,对于单个物体无法应用,单个物体应用的是动量定理。

②系统动量守恒强调的是一个过程,而非初末两个状态动量守恒,一旦系统动量开始守恒到结束整个过程中任意一个位置或者任意一个时间点都满足p总

③系统动量守恒,由于动量是矢量,存在方向,所以在分析一个系统时,它的总动量(即所有方向)可以不守恒,但是有可能在某个方向上的动量变化满足动量守恒。

④动量守恒定律不仅仅适用我们的宏观、低速度物理模型,而且适用于微观、高速模型(比如说带电粒子的运动)。从受万有引力的天体运动到受分子间作用力的微观粒子,只要说是满足动量守恒的条件,那么我们都可以使用动量守恒定律去解决运动问题。

重点三动量守恒定律的应用

应用步骤:①明确研究对象,即确定我们的系统是由哪几个物体组成;

②分析系统在运动过程中受到哪些力,明确哪些力属于系统外力,哪些力属于系统内力;

③明确系统是总动量守恒或者是在某个方向上动量守恒,确定动量守恒何时开始到结束整个过程;

④规定正方向,列动量守恒表达式,求解相关参数即可。

滑块滑板模型

如图所示:水平地面光滑,AB之间接触面粗糙,A以初速度v0滑上滑板,经过时间t后,直至AB共速向右移动,B板足够长,A不会从B上滑下去,质量分别为mA和mB问这个过程中,是否存在系统动量守恒?

首先确定我们的系统对象,A和B两个物体;

在运动过程中,由于竖直方向没有运动,动量变化量始终为0;接下来分析水平方向:A只受到了B对A向左的摩擦力f1,B只受到了A对B向右的摩擦力f2。由于f1和f2是作用力和反作用力,所以大小相等,方向相反,属于系统内力;

3、规定水平向右为正方向,根据AB受力的情况,A受到向左的摩擦力的冲量IA=-ft,动量在减小,B受到向右的冲量IB

滑块斜坡模型

如图所示:水平地面光滑,AB之间同样光滑,A以初速度v0沿着斜面向下滑动,经过时间t后,直至A滑出斜坡,所用时间为t,mA=mB=m,问这个过程中,是否存在系统动量守恒?

首先确定我们的研究对象,A和B两个物体组成我们的系统;

2、在运动过程中,A参加了水平和竖直两个方向的运动,B只有水平方向的运动,由于A的竖直速度越来越大,即可判断竖直方向系统动量越来越大,所以竖直方向不守恒;接下来分析水平方向运动过程

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