第1課 動量 -2023-2024學年高二物理（人教版2019）（解析版）

第1課動量學習目標學習目標課程標準學習目標理解動量，體會自然界的和諧與統(tǒng)一。1．利用試驗尋求碰撞中的不變量。2．理解動量及其變化，區(qū)分動能與動量。3．滲透物理學方法的教育，體會科學探究的要素。002預習導學（一）課前閱讀：在激烈的橄欖球賽場上，一個較瘦弱的運動員攜球奔跑時迎面碰上了高大牢固的對方運動員，自己被碰倒在地，而對方卻幾乎不受影響．這說明運動物體產(chǎn)生的效果不僅與速度有關，而且與質(zhì)量有關．碰撞是常見的現(xiàn)象，以宏觀、微觀現(xiàn)象為例，從生產(chǎn)、生活中的現(xiàn)象（包括試驗現(xiàn)象）中提出爭辯的問題----碰撞前后是否有什么物理量保持不變？（二）基礎梳理一、尋求碰撞中的不變量（一）質(zhì)量不同的兩小球碰撞1、速度之和？2、動能之和？3、速度與質(zhì)量的乘積之和？（二）兩小車碰撞1、速度之和不相等2、動能之和并不相等3、速度與質(zhì)量的乘積之和【概念連接】速度、動能、速度與質(zhì)量的乘積【拓展補充】為何要引入動量這個概念？【即學即練】某同學利用打點計時器和氣墊導軌做“探究碰撞中的不變量”的試驗；氣墊導軌裝置如圖(a)所示，所用的氣墊導軌裝置由導軌、滑塊、彈射架等組成。在空腔導軌的兩個工作面上均勻分布著肯定數(shù)量的小孔，向?qū)к壙涨粌?nèi)不斷通人壓縮空氣，壓縮空氣會從小孔中噴出，使滑塊穩(wěn)定地漂移在導軌上，如圖(b)所示，這樣就大大減小了因滑塊和導軌之間的摩擦而引起的誤差。(1)下面是試驗的主要步驟：①安裝好氣墊導軌，調(diào)整氣墊導軌的調(diào)整旋鈕，使導軌水平；②向氣墊導軌通人壓縮空氣；③把打點計時器固定在緊靠氣墊導軌左端彈射架的外側(cè)，將紙帶穿過打點計時器越過彈射架并固定在滑塊1的左端，調(diào)整打點計時器的高度，直至滑塊拖著紙帶移動時，紙帶始終在水平方向；④滑塊1擠壓導軌左端彈射架上的橡皮繩；⑤把滑塊2放在氣墊導軌的中間；⑥先____，然后_______，讓滑塊1帶動紙帶一起運動；⑦取下紙帶，重復步驟④⑤⑥，選出較抱負的紙帶如下圖所示：⑧測得滑塊1(包括撞針)的質(zhì)量為310g，滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g；試完善試驗步驟⑥的內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0．02s打一個點，計算可知，兩滑塊相互作用前質(zhì)量與速度的乘積之和為kg·m／s；兩滑塊相互作用以后質(zhì)量與速度的乘積之和為______kg·m／s(保留三位有效數(shù)字)。(3)試說明(2)問中兩結(jié)果不完全相等的主要緣由是___________________________。答案：先接通打點計時器的電源，然后放開滑塊10.6200.618紙帶與打點計時器的限位孔有摩擦【微點撥】誤差分為偶然誤差與系統(tǒng)誤差二、動量1.定義：物體的與的乘積．2.表達式：。3.單位：；符號：。4.特征：動量是量（填“狀態(tài)量”或者“過程量”），是（填“標量”或者“矢量”），其方向和的方向相同．答案：1.質(zhì)量速度2.p＝mv.3.千克·米/秒kg·m/s.4.狀態(tài)，矢量，速度。【概念連接】速度、動能、動量【拓展補充】區(qū)分動能與動量【即學即練】高鐵列車在啟動階段的運動可看作初速度為零的勻加速直線運動．在啟動階段，列車的動能()A．與它所經(jīng)受的時間成正比B．與它的位移成正比C．與它的速度成正比 D．與它的動量成正比答案B解析列車啟動的過程中加速度恒定，由勻變速直線運動的速度與時間關系可知v＝at，且列車的動能為Ek＝eq\f(1,2)mv2，由以上整理得Ek＝eq\f(1,2)ma2t2，動能與時間的平方成正比，動能與速度的平方成正比，A、C錯誤；將x＝eq\f(1,2)at2代入上式得Ek＝max，則列車的動能與位移成正比，B正確；由動能與動量的關系式Ek＝eq\f(p2,2m)可知，列車的動能與動量的平方成正比，D錯誤．【微點撥】動能是標量，動量是矢量三、動量的變化1.動量的變化量Δp是，其方向與速度的轉(zhuǎn)變量Δv的方向．2.動量的變化量Δp，也稱為動量的增量．即Δp＝。答案：1.矢量，相同2.p′－p.【概念連接】動量變化、速度變化都是矢量【拓展補充】留意方向的處理【即學即練】2018年俄羅斯世界杯足球競賽中,一足球運動員踢一個質(zhì)量為0.4kg的足球。甲(1)若開頭時足球的速度是4m/s,方向向右,踢球后,球的速度變?yōu)?0m/s,方向仍向右(如圖甲所示),則足球的初動量p=,方向,足球的末動量p'=,方向;在這一過程中足球動量的轉(zhuǎn)變量Δp=,方向。

乙(2)若足球以10m/s的速度撞向球門門柱,然后以3m/s的速度反向彈回(如圖乙所示),則這一過程中足球的動量轉(zhuǎn)變量是,方向。

【微點撥】一維問題，一般規(guī)定正方向，用正負號表示方向。答案：(1)1.6kg·m/s向右4kg·m/s向右2.4kg·m/s向右(2)5.2kg·m/s向左（三）預習作業(yè)1．某同學設計了一個用打點計時器探究碰撞過程中不變量的試驗：在小車A的前端粘有橡皮泥，推動小車A使之做勻速運動．然后與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體，連續(xù)做勻速運動，他設計的具體裝置如圖所示．在小車A后連著紙帶，電磁打點計時器電源頻率為50Hz，長木板下墊著小木片用以平衡摩擦力．(1)若已得到打點紙帶如下圖所示，并將測得的各計數(shù)點間距離標在圖上，A點是運動起始的第一點，則應選________段來計算A的碰前速度，應選_______段來計算A和B碰后的共同速度(以上兩格填“AB’’或“BC"或“CD"或"DE”)．(2)已測得小車A的質(zhì)量m1=0．40kg，小車B的質(zhì)量m2=0．20kg，由以上測量結(jié)果可得：碰前mAvA+mBvB=_____kg·m／s；碰后mAvA’+mBvB’=______kg·m／s．并比較碰撞前后兩個小車質(zhì)量與速度的乘積之和是否相等．[解析](1)小車A碰前做勻速直線運動，打在紙帶上的點應當是間距均勻的，故計算小車碰前速度應選BC段；CD段上所打的點由稀變密；可見在CD段A、B兩小車相互碰撞．A、B撞后一起做勻速運動，所打出的點又應是間距均勻的．故應選DE段計算碰后速度．(2)碰前mAvA十mBVB==0.420kg·m/s．碰后mAvA/十mBvB’=(mA十mB)v=0．417kg·m／s．其中，vA=BC/Δt=1．05m／s。vA’=vB’=DE/Δt=0．695m／s．通過計算可以發(fā)覺，在誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個小車的mv之和是相等的．[答案](1)BCDE(2)0．4200．4172．下列說法正確的是()A．動量為零時，物體肯定處于平衡狀態(tài)B．動能不變，物體的動量肯定不變C．物體所受合外力不變時，其動量肯定不變D．物體受到恒力作用也可能做曲線運動解析：選D動量為零說明物體的速度為零，但物體速度為零并不肯定為平衡狀態(tài)，如汽車的啟動瞬時速度為零，故A錯誤；動能不變，說明速度的大小不變，但速度的方向是可以變化的，故動量是可能發(fā)生變化的，故B錯誤；物體做勻變速直線運動時，物體的合外力大小不變，但速度大小會變化，故動量的大小也會發(fā)生變化，故C錯誤；物體受到恒力作用時有可能做曲線運動，如平拋運動，故D正確。003探究提升環(huán)節(jié)一尋求碰撞中的不變量，生疏動量思考：1．質(zhì)量不同的兩個小球碰撞過程中，猜想什么物理量可能不變？2．兩小車碰撞過程中，由試驗數(shù)據(jù)分析，什么物理量在誤差范圍內(nèi)保持不變？環(huán)節(jié)二探究動量的特點問題探究1：“蹦極”運動中，長彈性繩的一端固定，另一端綁在人身上，人從幾十米高處跳下，將蹦極過程簡化為人沿豎直方向的運動，從繩恰好伸直，到人第一次下降至最低點的過程中，人的動量，（填“先增大后減小”或者“始終增大”）人的動能，（填“先增大后減小”或者“始終增大”）加速度等于零時(即繩對人的拉力等于人所受的重力時)，動量和動能（填“最大”或者“最小”）．解析：先增大后減小，先增大后減小，最大．環(huán)節(jié)三探究動量的變化問題探究2：在沒有空氣阻力的條件下，在距地面高為h，同時以相等初速度v0分別平拋、豎直上拋、豎直下拋一質(zhì)量相等的物體m，當它們從拋出到落地時，比較它們的動量的增量Δp，有()A．平拋過程較大 B．豎直上拋過程最大C．豎直下拋過程較大 D．三者一樣大答案B問題探究問題探究3：（多選）質(zhì)量為2kg的小球自塔頂由靜止開頭下落，不考慮空氣阻力的影響，g取10m/s2，下列說法中正確的是()A．2s末小球的動能為40JB．2s末小球的動量大小為40kg·m/sC．2s內(nèi)小球動量的變化量大小為20kg·m/sD．2s內(nèi)重力的平均功率為200W解析：選BD2s末小球的速度v＝gt＝20m/s，則動能為Ek＝eq\f(1,2)mv2＝400J，選項A錯誤；2s末小球的動量大小為p＝mv＝40kg·m/s，選項B正確；2s內(nèi)小球動量變化量大小為40kg·m/s，選項C錯誤；2s內(nèi)重力的平均功率為eq\x\to(P)＝mgeq\x\to(v)＝eq\f(1,2)mgv＝200W，選項D正確。004體系構(gòu)建碰撞中的守恒量——動量（矢量、狀態(tài)量）——動量變化（過程量）005記憶清單一、動量★學習聚焦：動量的兩性①瞬時性：動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量，是針對某一時刻或位置而言的。②相對性：動量的大小與參考系的選取有關，通常是指相對地面的動量。二、動量與動能★學習聚焦：動量與動能的比較動量動能物理意義描述機械運動狀態(tài)的物理量定義式p＝mvEk＝eq\f(1,2)mv2標矢性矢量標量變化因素物體所受合力的沖量外力所做的功大小關系p＝eq\r(2mEk)Ek＝eq\f(p2,2m)對于給定的物體，若動能發(fā)生了變化，動量肯定也發(fā)生了變化；而動量發(fā)生變化，動能不肯定發(fā)生變化。它們都是相對量，均與參考系的選取有關，高中階段通常選取地面為參考系三、動量的變化★學習聚焦：留意方向的處理00601強化訓練1、一個質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度水平向右運動，遇到一塊堅硬的大理石后被彈回，沿著同始終線以2m/s的速度水平向左運動，碰撞前后鋼球的動量有沒有變化？變化了多少？解：取水平向右的方向為正方向，碰撞前鋼球的速度v=2m/s，碰撞前鋼球的動量為P=mv=0.2×2kg·m/s=0.4kg·m/s。碰撞后鋼球的速度為v′=0.2m/s，碰撞后鋼球的動量為p′=mv′=-0.2×2kg·m/s=-0.4kg·m/s?！鱬=p′-P=-0.4kg·m/s-0.4kg·m/s=-0.8kg·m/s，且動量變化的方向向左。2、一個質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度斜射到堅硬的大理石板上，入射的角度是45o，碰撞后被斜著彈出，彈出的角度也是45o，速度大小仍為2m/s，用作圖法求出鋼球動量變化大小和方向？解：碰撞前后鋼球不在同始終線運動，據(jù)平行四邊形定則，以p′和P為鄰邊做平行四邊形，則△p就等于對解線的長度，對角線的指向就表示的方向：△pp′-p45o45o∴△pp′-p45o45o方向豎直向上。3．（多選）關于動量和動能，下列說法中錯誤的是()A．做變速運動的物體，動能肯定不斷變化B．做變速運動的物體，動量肯定不斷變化C．合外力對物體做功為零，物體動能的增量肯定為零D．合外力對物體做功為零，物體動量的增量肯定為零答案AD解析做變速運動的物體，速度大小不肯定變化，動能不肯定變化，故A錯誤；做變速運動的物體，速度發(fā)生變化，動量肯定不斷變化，故B正確；合外力對物體做功為零，由動能定理，物體動能的增量肯定為零，故C正確、D錯誤．4、推斷題(1)物體質(zhì)量不變時，運動的速度變化，其動量肯定變化．()(2)做勻速圓周運動的物體動量不變．()(3)動量越大的物體，其速度越大。()(4)物體的動量越大，其慣性也越大。()答案：(1)(√)(2)(×)(3)(×)(4)(×)5.羽毛球是速度較快的球類運動之一，運動員扣殺羽毛球的速度可達到100m/s，假設球飛來的速度為50m/s，運動員將球以100m/s的速度反向擊回．設羽毛球的質(zhì)量為10g，試求：(1)運動員擊球過程中羽毛球的動量變化量；(2)運動員擊球過程中羽毛球的動能變化量．答案(1)1.5kg·m/s，方向與羽毛球飛來的方向相反(2)37.5J解析(1)以羽毛球飛來的方向為正方向，則p1＝mv1＝10×10－3×50kg·m/s＝0.5kg·m/s.p2＝mv2＝－10×10－3×100kg·m/s＝－1kg·m/s所以動量的變化量Δp＝p2－p1＝－1kg·m/s－0.5kg·m/s＝－1.5kg·m/s.即羽毛球的動量變化量大小為1.5kg·m/s，方向與羽毛球飛來的方向相反．(2)羽毛球的初動能：Ek＝eq\f(1,2)