第十六章动量守恒定律16．1实验：探究碰撞中的不变量【本课时学习目标（导）】1．会结合已掌握的知识探索碰撞前后的不变量。2．通过实验找到碰撞前后的不变量。【自主思考（思）】1.两个物体________沿同一直线运动，________仍沿这一直线运动，这种碰撞叫做一维碰撞。2．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，需要考虑的首要问题是________，即如何保证两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿这条直线运动。此外，还要考虑怎样测量物体的________和怎样测量物体的________。3．关于实验数据的处理，应用________的形式记录，填表时注意思考：如果小球碰撞后运动的速度与原来的方向________，应该怎样记录？4．对于每一种碰撞的情况(例如两个物体碰后分开或粘在一起的两种情况)，都要填写一个表格，然后根据表中的数据寻找碰撞前后的___。【小组合作学习（议、展、评）】5.实验的基本思路1）一维碰撞两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿这条直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。2）怎样找出不变量？(1)质量：质量是不变的，但质量与运动状态无关，不是要寻找的量。(2)mv：物体质量与各自速度的乘积之和是否为不变量，即是否有m1v1＋m2v2＝＋(3)mv2：物体质量与各自速度平方的乘积之和是否为不变量，即是否有(4)：物体速度与其质量之比的和是否为不变量，即是否有＋＝＋说明：碰撞是在物体之间进行的，碰撞前后物体的速度一般要发生变化，因此要找出碰撞中的不变量，应考虑到质量与速度的各种组合。6.需要考虑的问题①怎样才能保证碰撞是一维的可以利用凹槽或气垫导轨限定物体在同一直线上运动，也可以利用长木板限定物体在同一直线上运动，或使两物体重心连线与速度方向共线。②怎样测量物体运动的速度？参考案例一：v＝，式中Δx为滑块上挡光片的宽度，Δt为光电计时器显示的挡光片经过光电门的时间。【课堂训练（检）】1．在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，用到的测量工具有( )A．秒表、天平、刻度尺B．弹簧秤、秒表、天平C．天平、刻度尺D．秒表、刻度尺2.A、B两滑块在同一光滑的水平直导轨上相向运动发生碰撞(碰撞时间极短)。用闪光照相，闪光4次摄得的闪光照片如下图所示。已知闪光的时间间隔为Δt，而闪光本身持续时间极短，在这4次闪光的瞬间，A、B两滑块均在0-80cm刻度范围内，且第一次闪光时，滑块A恰好通过x=55cm处，滑块B恰好通过x=70cm处，问：(1)碰撞发生在何处?(2)碰撞发生在第一次闪光后多长时间?(3)设两滑块的质量之比为mA：mB=2：3，试分析碰撞前后两滑块的质量与速度乘积之和是否相等?[来源:学。43/43
【课后练习（练）】1．在利用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，哪些因素可导致实验误差（）A．导轨安放不水平B．小车上挡光片倾斜C．两小车质量不相等D．两小车碰后连在一起2．在用气垫导轨做“探究碰撞中的不变量”实验时，左侧滑块质量m1＝170g，右侧滑块质量m2＝110g，挡光片宽度为3.00cm，两滑块之间有一压缩的弹簧片，并用细线连在一起，如图所示。开始时两滑块静止，烧断细线后，两滑块分别向左、右方向运动。挡光片通过光电门的时间分别为Δt1＝0.32s，Δt2＝0.21s。则两滑块的速度分别为＝________m/s，＝________m/s。烧断细线前m1v1＋m2v2＝________kg·m/s，烧断细线后m1＋m2＝__________kg·m/s。可得到的结论是_______________________________。3.如图所示，在实验室用两端带竖直挡板C、D的气垫导轨和有固定挡板的质量都是M的滑块A、B，做探究碰撞中不变量的实验：(1)把两滑块A和B紧贴在一起，在A上放质量为m的砝码，置于导轨上，用电动卡销卡住A和B，在与A和B的固定挡板间放一弹簧，使弹簧处于水平方向上的压缩状态。(2)按下电钮使电动卡销放开，同时起动两个记录两滑块运动时间的电子计时器，当A和B与挡板C和D碰撞同时，电子计时器自动停表，记下A至C运动时间t1，B至D运动时间t2。(3)重复几次取t1，t2的平均值。请回答以下几个问题：①在调整气垫导轨时应注意；②应测量的数据还有；③作用前A、B两滑块速度与质量乘积之和为，作用后A、B两滑块速度与质量乘积之和为。4、为了研究碰撞，实验可以在气垫导轨上进行，这样就可以大大减小阻力，使滑块在碰撞前后的运动可以看成是匀速运动，使实验的可靠性及准确度得以提高．在某次实验中，A、B两铝制滑块在一水平长气垫导轨上相碰，用闪光照相每隔0．4s的时间拍摄一次照片，每次拍摄时闪光的延续时间很短，可以忽略，如图所示，已知A、B之间的质量关系是mB=1．5mA，拍摄共进行了4次，第一次是在两滑块相撞之前，以后的三次是在碰撞之后，A原来处于静止状态，设A、B滑块在拍摄闪光照片的这段时间内是在10cm至105cm这段范围内运动，(以滑块上的箭头位置为准)，试根据闪光照片求出：(1)A、B两滑块碰撞前后的速度各为多少?(2)根据闪光照片分析说明两滑块碰撞前后两个物体各自的质量与自己的速度的乘积和是不是不变量?43/43
16.2动量和动量定理【本课时学习目标（导）】1．理解动量的概念，知道动量的含义，知道动量是矢量。2．知道动量的变化也是矢量，会正确计算一维动量变化。3．理解动量定理的内容，会用动量定理进行定量计算与定性分析有关现象。【自主思考（思）】一、动量：1、定义：物体的______和______的乘积。2、定义式：p=______。3、单位：______。4、方向：动量是矢量，方向与______的方向相同，因此动量的运算服从____________法则。5、动量的变化量：（1）定义：物体在某段时间内______与______的矢量差（也是矢量）。（2）公式：∆P=____________（矢量式）。（3）方向：与速度变化量的方向相同，（4）同一直线上动量变化的计算：选定一个正方向，与正方向同向的动量取正值，与正方向反向的动量取负值，从而将矢量运算简化为代数运算。计算结果中的正负号仅代表______，不代表______。二、动量定理1、与的乘积叫做力的冲量2、冲量的数学表达式为I=，单位：。3、冲量是矢量，其方向与一致。（如果力的方向在作用时间内不变，冲量的方向就与力的方向相同）4、动量定理的内容是：5、动量定理的数学表达式为：。说明：①动量定理中的Ft指的是的冲量②动量定理描述的是一个过程，它表明物体所受是物体的原因，物体动量的变化是由它受到的外力经过一段时间积累的结果.③Ft=p′-p是一个矢量式，运算应遵循．若动量定理公式中各量均在一条直线上，可规定某一方向为正，根据已知各量的方向确定它们的正负，从而把矢量运算简化为代数运算．④动量定理说明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值，方向，单位．但不能认为合外力的冲量就是动量的增量．⑤动量定理既适用于恒力，也适用于．对于变力的情况，F应理解为变力在作用时间内的平均值．【小组合作学习（议、展、评）】【例1】通过解答以下两个小题，思考动量与动能的区别。（1）质量为2kg的物体，速度由3m／s增大为6m／s，它的动量和动能各增大为原来的几倍?（2）质量为2kg的物体，速度由向东的3m／s变为向西的3m／s，它的动量和动能是否变化了?如果变化了，变化量各是多少?总结：1.动量和动能都是量（填“状态量”或“过程量”）2.动量是量，动能是量(标量或矢量)3.动量发生变化时，动能发生变化，动能发生变化时，动量发生变化（填一定或不一定）【例2】一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度大小为45m/s，若球棒与垒球的作用时间为0.01s，球棒对垒球的平均作用力为多大？43/43
小组内交流讨论下列问题：（1）末动量的方向与初动量的方向相同吗？如何处理？（2）以初速度方向为正方向，用动量定理求得的平均作用力带负号，其中负号怎么理解？【课堂训练（检）】1．关于动量的概念，下列说法正确的是( )A．动量大的物体惯性一定大B．动量大的物体运动一定快C．动量相同的物体运动方向一定相同D．动量相同的物体速度小的惯性大2．关于动量的大小，下列叙述中正确的是( )A．质量小的物体动量一定小B．质量小的物体动量不一定小C．速度大的物体动量一定大D．速度大的物体动量不一定大3．关于动量变化量的方向，下列说法中正确的是( )A．与速度方向相同B．与速度变化的方向相同C．与物体受力方向相同D．与物体受到的总冲量的方向相同4．对于任何一个质量不变的物体，下列说法正确的是( )A．物体的动量发生变化，其动能一定变化B．物体的动量发生变化，其动能不一定变化C．物体的动能不变，其动量一定不变D．物体的动能发生变化，其动量不一定变化5．对于力的冲量的说法，正确的是( )A．力越大，力的冲量就越大B．作用在物体上的力大，力的冲量也不一定大C．F1与其作用时间t1的乘积F1t1等于F2与其作用时间t2的乘积F2t2，则这两个冲量相同D．静置于地面的物体受到水平推力F的作用，经时间t物体仍静止，则此推力的冲量为零6.质量为0.5kg的弹性小球，从1.25m高处自由下落，与地板碰撞后回跳高度为0.8m，设碰撞时间为0.1s，取g＝10m/s2，求小球对地板的平均冲力。【课后练习（练）】1．从同一高度落下的玻璃杯掉在水泥地上比掉在泥土上易碎，是因为掉在水泥地上时，杯子( )A．受到的冲量大 B．受到的作用力大C．动量的变化量大D．动量大43/43
2．汽车从静止开始沿平直轨道做匀加速运动，所受的阻力始终不变，在此过程中，下列说法正确的是( )A．汽车输出功率逐渐增大B．汽车输出功率不变C．在任意两相等的时间内，汽车动能变化相等D．在任意两相等的时间内，汽车动量变化的大小相等3．一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动。求：碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？4.一辆轿车强行超车时，与另一辆迎面驶来的轿车相撞，两车车身因相互挤压，皆缩短了0.5m，据测算两车相撞前速度约为30m/s，则：(1)假设两车相撞时人与车一起做匀减速运动，试求车祸中车内质量约60kg的人受到的平均冲力是多大？(2)若此人系有安全带，安全带在车祸过程中与人体的作用时间是1s，求这时人体受到的平均冲力为多大？5.将质量m=0.2kg的小球以水平速度v0=3m/s抛出，不计空气阻力，g取10m/s2,求：[来源:学.科.网Z.X.X.K](1)抛出后0.4s内重力对小球的冲量.(2)抛出0.4s时小球的动量.(3)抛出后0.4s内小球动量的变化量.43/43
16．3动量守恒定律【本课时学习目标（导）】1．理解内力和外力的概念。2．理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件。3．掌握应用动量守恒定律解决问题的一般步骤。【自主思考（思）】1.系统 内力和外力在物理学中，把几个有相互作用的物体合称为，系统内物体间的作用力叫做，系统以外的物体对系统的作用力叫做。2.动量守恒定律(1)定律的推导过程(2)内容：。(3)表达式：p＝p′对两个物体组成的系统，可写为：m1v1＋m2v2＝m1v′1＋m2v′2。式中m1、m2分别为两物体的质量，v1、v2为相互作用前两物体的速度，v′1、v′2为相互作用后两物体的速度。该表达式还可写作p1＋p2＝p′1＋p′2。若物体1的动量变化为Δp1，物体2的动量变化为Δp2，则动量守恒定律表达式可写为Δp1＝－Δp2。(4)动量守恒的条件①系统______________外力作用；②系统受外力作用，合外力__________。③系统的内力远远大于外力（如：爆炸）；④系统在某一方向上符合以上的某一条件，则系统在该方向上动量守恒。【小组合作学习（议、展、评）】【例1】如图所示，斜面体C固定在水平地面上，物块A、B叠放在斜面上，且保持静止状态，下列说法中正确的是A．在A、B、C三者组成的系统中，A所受的重力是内力B．在A、B组成的系统中，A、B之间的静摩擦力是内力C．A、C之间的静摩擦力是外力D．物块B对物块A的压力是内力【例2】如图16－3－3所示，A、B两物体的质量mA＞mB，中间用一段细绳相连并有一被压缩的弹簧，放在平板小车C上后，A、B、C均处于静止状态。若地面光滑，则在细绳被剪断后，A、B从C上未滑离之前，A、B在C上沿相反方向滑动过程中( )A．若A、B与C之间的摩擦力大小相同，则A、B组成的系统动量守恒，A、B、C组成的系统动量也守恒B．若A、B与C之间的摩擦力大小不相同，则A、B组成的系统动量不守恒，A、B、C组成的系统动量也不守恒C．若A、B与C之间的摩擦力大小不相同，则A、B组成的系统动量不守恒，但A、B、C组成的系统动量守恒D．以上说法均不对【例3】．如图所示的装置中，木块B与水平桌面间的接触是光滑的。子弹A沿水平方向射入木块后留在木块内，将弹簧压缩到最短，现将子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象(系统)，则此系统在子弹开始射入木块到弹簧压缩至最短的过程中A．动量守恒，机械能守恒B．动量不守恒，机械能不守恒C．动量守恒，机械能不守恒D．动量不守恒，机械能守恒43/43
【例4】．如图所示，一带有半径为R的1/4光滑圆弧的小车其质量为M，置于光滑水平面上，一质量为m的小球从圆弧的最顶端由静止释放，则球离开小车时，球和车的速度分别是多少？【课堂训练（检）】1．在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧，如图所示，用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态。将两小车及弹簧看做一个系统，下面说法正确的是( )A．两手同时放开后，系统总动量始终为零B．先放开左手，再放开右手后，动量不守恒C．先放开左手，后放开右手，总动量向左D．无论何时放手，两手放开后，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零2．一辆平板车停止在光滑水平面上，车上一人(原来也静止)用大锤敲打车的左端，如图所示，在锤的连续敲打下，这辆平板车将( )A．左右来回运动 B．向左运动C．向右运动D．静止不动3.质量为10g的子弹，以300m/s的速度射入质量为240g、静止在光滑水平桌面上的木块，并留在木块中。此后木块运动的速度是多大？如果子弹把木块打穿，子弹穿过后的速度为100m/s，这时木块的速度又是多大？【课后练习（练）】1．在光滑水平面上停着一辆平板车，车左端站着一个大人，右端站着一个小孩，此时平板车静止。在大人和小孩相向运动而交换位置的过程中，平板车的运动情况应该是( )A．向右运动B．向左运动C．静止D．上述三种情况都有可能2．如图所示，三个小球的质量均为m，B、C两球用轻弹簧连接后放在光滑的水平面上，A球以速度v0沿B、C两球球心的连线向B球运动，碰后A、B两球粘在一起。对A、B、C及弹簧组成的系统，下列说法正确的是( )A．机械能守恒，动量守恒B．机械能不守恒，动量守恒C．三球速度相等后，将一起做匀速运动D．三球速度相等后，速度仍将变化3．甲、乙两人站在光滑的水平冰面上，他们的质量都是M，甲手持一个质量为m的球，现甲把球以对地为v的速度传给乙，乙接球后又以对地为2v的速度把球传回甲，甲接到球后，甲、乙两人的速度大小之比为( )43/43
A.B.C.D.4．如图所示，小车在光滑的水平面上向左运动，木块水平向右在小车的水平车板上运动，且未滑出小车，下列说法中正确的是( )A．若小车的动量大于木块的动量，则木块先减速再加速后匀速B．若小车的动量大于木块的动量，则小车先减速再加速后匀速C．若小车的动量小于木块的动量，则木块先减速后匀速D．若小车的动量小于木块的动量，则小车先减速后匀速5．质量为m2＝1kg的滑块静止于光滑的水平面上，一质量为m1＝50g的小球以1000m/s的速率碰到滑块后又以800m/s的速率被弹回，试求滑块获得的速度。6．质量为m1＝10g的小球在光滑的水平桌面上以v1＝30cm/s的速率向右运动，恰遇上质量为m2＝50g的小球以v2＝10cm/s的速率向左运动，碰撞后，小球m2恰好静止，则碰后小球m1的速度大小、方向如何？16．4碰撞【本课时学习目标（导）】1、了解弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞。会应用动量、能量的观点综合分析、解决一维碰撞问题。2、了解对心碰撞和非对心碰撞。3、了解散射和中子的发现过程，体会理论对实践的指导作用，进一步了解动量守恒定律的普适性。【自主思考（思）】1.如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做________。2．如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做________。3．一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在________，碰撞之后两球的速度________会沿着这条直线。这种碰撞称为正碰，也叫________碰撞。4．一个运动的球与一个静止的球碰撞，如果之前球的运动速度与两球心的连线不在同一条直线上，碰撞之后两球的速度都会________原来两球心的连线。这种碰撞称为________碰撞。5．微观粒子相互接近时并不发生直接接触，因此微观粒子的碰撞又叫做________。6.弹性碰撞和非弹性碰撞从能量是否变化的角度，碰撞可分为两类：(1)弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒。(2)非弹性碰撞：碰撞过程中机械能不守恒。说明：碰撞后，若两物体以相同的速度运动，此时损失的机械能最大。43/43
7.弹性碰撞的规律质量为m1的物体，以速度v1与原来静止的物体m2发生完全弹性碰撞，设碰撞后它们的速度分别为v′1和v′2，碰撞前后的速度方向均在同一直线上。由动量守恒定律得m1v1＝m1v′1＋m2v′2由机械能守恒定律得m1v＝m1v′＋m2v′联立两方程解得v′1＝v1，v′2＝v1。(2)推论①若m1＝m2，则v′1＝0，v′2＝v1，即质量相等的两物体发生弹性碰撞将交换速度。惠更斯早年的实验研究的就是这种情况。②若m1≫m2，则v′1＝v1，v′2＝2v1，即质量极大的物体与质量极小的静止物体发生弹性碰撞，前者速度不变，后者以前者速度的2倍被撞出去。③若m1≪m2，则v′1＝－v1，v′2＝0，即质量极小的物体与质量极大的静止物体发生弹性碰撞，前者以原速度大小被反弹回去，后者仍静止。乒乓球落地反弹、台球碰到桌壁后反弹、篮球飞向篮板后弹回，都近似为这种情况。【小组合作学习（议、展、评）】【例1】在光滑水平面上有三个完全相同的小球，它们成一条直线，2、3小球静止，并靠在一起，1球以速度v0射向它们，如图所示。设碰撞中不损失机械能，则碰后三个小球的速度可能是( )A．v1＝v2＝v3＝v0B．v1＝0，v2＝v3＝v0C．v1＝0，v2＝v3＝v0D．v1＝v2＝0，v3＝v0【例2】甲、乙两球在光滑水平轨道上同向运动，已知它们的动量分别是p甲＝5kg·m/s，p乙＝7kg·m/s，甲追上乙并发生碰撞，碰后乙球的动量变为p乙′＝10kg·m/s，则两球质量m甲、m乙的关系可能是( )A．m乙＝m甲 B．m乙＝2m甲C．m乙＝4m甲D．m乙＝6m甲【例3】一个物体静置于光滑水平面上，外面扣一质量为M的盒子，如图所示。现给盒子一初速度v0，此后，盒子运动的v－t图象呈周期性变化，如图所示。请据此求盒内物体的质量。【课堂训练（检）】1、光滑水平面上的两个物体发生碰撞，下列情形可能成立的是A．碰撞后系统的总动能比碰撞前小，但系统的总动量守恒B．碰撞前后系统的总动量均为零，但系统的总动能守恒C．碰撞前后系统的总动能均为零，但系统的总动量不为零43/43
D．碰撞前后系统的总动量、总动能均守恒2、在光滑水平面上有A、B两小球。A球动量是10kg·m/s，B球的动量是12kg·m/s，在A球追上B球时发生正碰，碰撞后A球的动量变为8kg·m/s，方向和原来相同，则AB两球的质量之比可能为()A．0.5B．0.6C．0.65D．0.753、两个质量相等的小球在光滑水平面上沿同一直线同方向运动，A球的动量是7kg·m/s，B球的动量是5kg·m/s，A球追上B球时发生碰撞，则碰撞后A、B两球的动量可能值是()A．pA=6kg·m/s，PB=6kg·m/sB．pA=3kg·m/s，PB=9kg·m/sC．pA=－2kg·m/s，PB=14kg·m/sD．pA=－5kg·m/s，PB=15kg·m/s4、质量为m的小球A，在光滑的水平面上以速度v与静止在光滑水平面上的质量为2m的小球B发生正碰，碰撞后，A球的动能变为原来的1/9，则碰撞后B球的速度大小可能是()A．1/3vB．2/3vC．4/9vD．8/9v【课后练习（练）】1、在光滑水平面上相向运动的A、B两小球发生正碰后一起沿A原来的速度方向运动，这说明原来()A．A球的质量一定大于B球的质量B．A球的速度一定大于B球的速度C．A球的动量一定大于B球的动量D．A球的动能一定大于B球的动能2．三个相同的木块A、B、C从同一高度处自由下落，其中木块A刚开始下落的瞬间被水平飞来的子弹击中，木块B在下落到一定高度时，才被水平飞来的子弹击中，木块C未受到子弹打击。若子弹均留在木块中，则三木块下落的时间tA、tB、tC的关系是( )A．tA
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