資源簡介

(共29張PPT)
第一章 動量守恒定律
1.1 動量
人教版（2019）高中物理選擇性必修第一冊
新課導入
1
新課講解
3
學習目標
2
經典例題
4
課堂練習
5
本課小結
6
目錄
擊打臺球
錘子和釘子的碰撞
汽車碰撞測試
碰撞是日常生活、生產活動中常見的一種現象。那么，這些看似不同的碰撞現象背后是否遵循相同的規律呢？
思考
這些不同的碰撞現象中是否隱藏著相同的物理規律？
學習目標
1.了解生產生活中的各種碰撞現象。
2. 經歷尋求碰撞中不變量的過程，體會探究過程中猜想、推理和證據的重要性。
3. 知道動量概念及其單位，會計算動量的變化量。
4. 認識動量是描述物體運動狀態的物理量，深化運動與相互作用的觀念。
探究1：用兩根長度相同的線繩，分別懸掛兩個完全相同的鋼球 A、B，且兩球并排放置。拉起 A 球，然后放開，該球與靜止的 B 球發生碰撞。
實驗現象：可以看到，碰撞后 A 球停止運動而靜止，B 球開始運動，最終擺到和 A 拉起時同樣的高度。
一、尋求碰撞中的不變量
探究2：將上面實驗中的A球換成大小相同的C球，使C球質量大于B球質量，用手拉起C球至某一高度后放開，撞擊靜止的B球。
實驗現象：可以看到，碰撞后 B 球獲得較大的速度，擺起的最大高度大于 C 球被拉起時的高度。
一、尋求碰撞中的不變量
　 對比兩次碰撞的結果發現，碰撞效果與速度和質量有關，這其中是否存在一個不變的量呢？下面我們通過實驗數據來研究上述問題。
使用天平測量出兩小車的質量，并利用光電門傳感器測量出兩小車的碰撞前、后的速度，將實驗數據記錄如下。
實驗：探究碰撞中的不變量
兩輛小車都放在滑軌上，用一輛運動的小車碰撞一輛靜止的小車，碰撞后兩輛小車粘在一起運動。小車的速度用滑軌上的光電計時器測量。下表中的數據是某次實驗時采集的。其中，m1 是運動小車的質量，m2是靜止小車的質量 ；v 是運動小車碰撞前的速度，v′是碰撞后兩輛小車的共同速度。
實驗：探究碰撞中的不變量
使用天平測量出兩小車的質量，并利用光電門傳感器測量出兩小車的碰撞前、后的速度，將實驗數據記錄如下。
項目 碰撞前 碰撞后
質量 m1 = m2 = m1 = m2 =
速度 v1 = v2 = v1 = v2 =
mv m1v1 + m2v2 = m1v1 + m2v2 =
mv2 m1v12 + m2v22 = m1v1 2 + m2v2 2 =
v/m v1/m1 + v2/m2 v1 /m1 + v2 /m2
實驗：探究碰撞中的不變量
使用天平測量出兩小車的質量，并利用光電門傳感器測量出兩小車的碰撞前、后的速度，將實驗數據記錄如下。
【結論】從實驗的數據可以看出，此實驗中兩輛小車碰撞前后，動能之和并不相等，但是質量與速度的乘積之和卻基本不變。
二、動量
1. 定義：在物理學中，把物體的質量 m 和速度 的乘積叫做物體的動量p，用公式表示為p=mv
2. 單位：千克米每秒(kg m/s)
3. 三性：
(2) 瞬時性:是狀態量，與某一時刻相對應
(1) 矢量性:方向由速度方向決定，與該時刻的速度方向相同
(3) 相對性:物體的動量與參考系的選擇有關，中學階段常以地球為參考系
二、動量
4. 動量的變化（ Δ p）
(1) 定義：物體的末動量與初動量的矢量差叫做物體動量的變化；
(2) 表達式： Δ p = mΔ
①動量的變化等于末狀態動量減初狀態的動量，其方向與Δ 的方向相同：（在同一直線上的問題采用代數運算）
②動量的變化也叫動量的增量或動量的改變量。
③動量發生變化的三種情況：速度大小改變方向不變、速度大小不變方向改變、速度大小和方向都改變。
p′
p
Δp
不在同一條直線上的動量變化的運算，遵循平行四邊形定則
（3）試討論以下幾種運動的動量變化情況：
①物體做勻速直線運動
②物體做自由落體運動
③物體做平拋運動
④物體做勻速圓周運動
動量大小、方向均不變
動量方向不變，大小隨時間推移而增大
動量方向時刻改變，大小隨時間推移而增大
動量方向時刻改變，大小不變
二、動量
G
v0
G
v
O
V
V
V
O
三、動量與動能
【思考】正在玩旋轉秋千的游客，他的每一時刻的動量相同嗎？每一時刻的動能相同嗎？
游客做勻速圓周運動，速度的方向時刻改變，所以動量時刻變化；速度的大小不變，所以動能不變．
物理情境
動能 動量
區別 定義 物體由于運動而具有的能 物體質量與速度的乘積
公式 Ek＝ mv2 p＝mv
單位 焦耳（J） 千克米每秒（kg·m/s）
標、矢量 標量 矢量
運算法則 代數運算法則 平行四邊形定則
變化情況 v 變化（方向），Ek 不一定變化 v 變化，p 一定變化
聯系 都是狀態量、相對量，兩者大小關系：Ek＝p＝
典例分析
1. 解答以下三個問題，總結動量與動能概念的不同。
(1) 質量為 2 kg 的物體，速度由 3 m/s 增大為 6 m/s，它的動量和動能各增大為原來的幾倍？
【解析】(1) 速度為3m/s時，動量為p1=6kg·m/s，動能為Ek1=9J；
速度為6m/s時，動量為p2=12kg·m/s，動能為Ek2=36J；
由此可知，動量增大為原來的2倍，動能增大為原來的4倍。
總結：第(1)問主要是對動量和動能公式的考查，代入數據計算即可。
1. 解答以下三個問題，總結動量與動能概念的不同。
(2) 質量為 2 kg 的物體，速度由向東的3 m/s 變為向西的 3 m/s，它的動量和動能是否發生變化？如果發生變化，變化量各是多少？
【解析】(2) 取向東為正方向，則有：
速度為向東的3m/s時，動量為p1=6kg·m/s，動能為Ek1=9J；
速度為向西的3m/s時，動量為p2=-6kg·m/s，動能為Ek2=9J；
由此可知，動量變化量為-12kg·m/s，方向向西；動能不變。
總結：第(2)問主要考查動量的矢量性和動能的標量性，將二者進行對比。
典例分析
典例分析
1. 解答以下三個問題，總結動量與動能概念的不同。
(3) A 物體質量是 2 kg，速度是 3 m/s，方向向東；B 物體質量是 3 kg，速度是 4 m/s，方向向西。它們動量的矢量和是多少？它們的動能之和是多少？
【解析】(3) 取向東為正，則有：
A物體的動量為pA=6kg·m/s，B物體的動量為pB=-12kg·m/s，
總動量為p總-6kg·m/s，方向向西；
A物體的動能為EkA=9J，B物體的動能為EkB=24J，總動能為E總=33J，
總結：第(3)問主要考查矢量和標量的運算法則，尤其要注意方向的問題。
2. 一個質量為 2 kg 的物體在合力 F 的作用下從靜止開始沿直線運動。F 隨時間 t 變化的圖像如圖所示。
(1) t ＝ 2 s 時物體的動量大小是多少？
(2) t ＝ 3 s 時物體的動量大小是多少？
【解析】(1)0~2s內：物體做勻加速直線運動，加速度為a1= 1m/s2，第2s末速度為v=2m/s。動量為p=mv=4kg·m/s；
(2)2~4s內：物體做初速度v=2m/s，加速度a2= -0.5m/s2的勻減速直線運動，第3s末速度為v3=1.5m/s。動量為p=mv3=3kg·m/s；
典例分析
典例分析
3（多選）一物塊在高3.0m、長5.0m的斜面頂端從靜止開始沿斜面下滑，其重力勢能和動能隨下滑距離s的變化如圖中直線Ⅰ、Ⅱ所示，重力加速度取10m/s2。則（　　）
A．物塊下滑過程中機械能守恒，動量不變
B．當物塊下滑2.0m時機械能損失了12J，動能增加了4J
C．物塊下滑時加速度的大小為2.0m/s2
D．物塊與斜面間的動摩擦因數為0.5
【正確答案】CD
課堂練習
1. 關于物體的動量，下列說法中正確的是（　　）
A.運動物體在任一時刻的動量方向一定是該時刻的速度方向
B.物體的動能若不變，則動量一定不變
C.動量變化的方向一定和末動量的方向相同
D.動量越大的物體，其慣性也越大
解析：A對：動量和速度都是矢量，由物體的動量p=mv可知，運動物體在任一時刻的動量的方向一定是該時刻的速度方向。
B錯：物體的動能若不變，則物體的速度大小不變，但速度方向可以改變，因此動量可以改變。
C錯：動量變化量的方向與末動量的方向可能相同，也可能不同。
D錯：質量是慣性大小的唯一量度，而物體的動量p=mv取決于質量與速度大小的乘積，因此動量大的物體慣性不一定大。
A
2.一個質量為0.18 kg的壘球以20 m/s的水平速度向右飛向球棒，被球棒打擊后反向水平飛回，速度大小變為40 m/s，則這一過程動量的變化量為（　　）
A.大小10.8 kg·m/s，方向向右 B.大小10.8 kg·m/s，方向向左
C.大小3.6 kg·m/s，方向向右 D.大小3.6 kg·m/s，方向向左
B
3．下列說法中正確的是（ ）
A．物體的速度大小保持不變，則其動量不變
B．物體的動量保持不變，則其速度方向一定不變
C．物體的動能保持不變，則其動量一定不變
D．速度大的物體的動量就一定大
【答案】B
【詳解】ABC．物體的速度大小保持不變，動能也保持不變，但是物體的速度方向可能會變化，因為動量是矢量，方向與速度方向相同，所以物體動量也可能會變化，但是如果物體的動量保持不變，即方向和大小不會發生變化，物體的速度方向和大小也不會變化；所以AC錯誤，B正確；
D．根據動量定義式，物體的動量和物體的質量、速度有關，質量大的物體，動量不一定大，所以D錯誤。
故選B。
4．一個質量為m的小球以速率2v垂直射向墻壁，碰后仍垂直墻壁以速率v彈回，此過程中小球動量變化量的大小是（　　）
A．0 B．mv C．2mv D．3mv
【答案】D
【詳解】
取初速度方向為正方向，初動量為2mv，末動量為﹣mv，故動量的改變量為△P＝P′﹣P＝（﹣mv）﹣2mv＝﹣3mv
故動量變化大小為3mv，故D正確，ABC錯誤。
故選D。
課堂小結
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