高中物理 第1章 碰撞与动量守恒 1.2 探究动量守恒定律学案 沪科版选修3-5-沪科版高二选修3-5物理学案VIP免费

1.2探究动量守恒定律学习目标重点难点1．能说出系统、内力、外力的概念。2．能用动量定理推导动量守恒定律。3．记住动量守恒定律的内容及表达式，会利用守恒条件判断动量是否守恒。重点：记住、说出动量守恒定律。难点：会用动量守恒定律分析解决实际问题。一、探究物体碰撞时动量的变化规律1．实验目的：定量研究两物体碰撞时动量变化的规律。2．实验原理：欲研究碰撞过程中动量变化遵循的规律，需测量两个物体碰撞前后的动量。为此需测量碰撞物体的质量及碰撞前后物体的速度，从而确定碰撞前后物体的动量变化规律。3．实验方案：利用气垫导轨实现一维碰撞。（1）质量的测量：用天平测量。（2）速度的测量：v＝，式中Δs为滑块（挡光片）的宽度，Δt为数字计时器显示的滑块（挡光片）经过光电门的时间。预习交流1用气垫导轨做探究动量守恒实验时，首先应该做什么？为什么要用气垫导轨？答案：首先要给气垫导轨充气。气垫导轨保证了两滑块碰撞前后都在同一直线上，并且有利于减小摩擦。二、动量守恒定律1．推导：设两物体质量分别为m1、m2，F1与F2表示两物体间相互作用力，两物体的加速度分别为a1、a2，初速度分别为v1、v2，末速度分别为v1′、v2′，相互作用时间为t，则对m1，由动量定理得F1t＝m1v1′－m1v1对m2，由动量定理得F2t＝m2v2′－m2v2据牛顿第三定律：F2＝－F1所以F2t＝－F1t所以m2v2′－m2v2＝－（m1v1′－m1v1）整理得：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′此式表明两物体在相互作用前的总动量等于相互作用后的总动量，这就是动量守恒定律的表达式。2．几个概念（1）系统：在物理学中，把几个有相互作用的物体的合称为系统。（2）内力：系统内物体间的相互作用力。（3）外力：系统外的物体对系统内的物体的作用力。3．动量守恒定律（1）内容：如果一个系统不受外力或者所受合外力为零，那么这个系统的总动量保持不变。（2）表达式①物体m1、m2相互作用前的速度为v1、v2，相互作用后的速度为v1′、v2′，则可表示为：m1v1＋m2v2＝m1v1′＋m2v2′。②物体m1、m2相互作用前的动量为p1、p2，相互作用后的动量为p1′、p2′，则可表示为：p1＋p2＝p1′＋p2′。（3）适用条件：系统不受外力或所受合外力为零。（4）适用范围：动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一，不仅适用于低速、宏观物体的运动，而且适用于高速、微观物体的运动。预习交流2动量守恒定律可以由牛顿运动定律和动量定理推导出来，那么动量守恒定律和牛顿运动定律的适用范围相同吗？答案：不同。牛顿运动定律只适用于宏观、低速物体；动量守恒定律不仅适用于宏观、低速物体，也适用于微观、高速物体。一、实验：探究物体碰撞时动量变化的规律1物体碰撞时难免有能量损失，只有某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变，它才是我们寻找的不变量。那么在利用气垫导轨进行实验时，如何改变碰撞中的能量损失呢？答案：在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架（如图甲），可以得到能量损失很小的碰撞。在滑块的碰撞端贴胶布，可以增大碰撞时的能量损失（图乙）。如果在两个滑块的碰撞端分别装撞针和橡皮泥，碰撞时撞针插入橡皮泥中，把两个滑块连接成一体运动（图丙），这样的碰撞中能量损失很大。如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙搭扣，碰撞时它们也会连成一体。利用气垫导轨进行实验的几种情况某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速直线运动，然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘成一体，继续做匀速直线运动。他设计的具体装置如图所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源的频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。（1）若已得到打点纸带如图所示，并测得各计数点间距离标在图上。A为运动起始的第一点，则应选________段来计算小车A碰前的速度，应选________段来计算小车A和小车B碰后的共同速度（以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”）。（2）测得小车A的质量mA＝0.40kg，小车B的质量mB＝0.20kg，由以上测量结果可得：碰前mAvA＋mBvB＝_____kg·m/s；碰后mAvA′＋mBvB′＝______kg·m/s。答案：见解析解析：（1）从分...