第3課 動(dòng)量守恒定律 -2023-2024學(xué)年高二物理（人教版2019）（原卷版）

第3課動(dòng)量守恒定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過理論推導(dǎo)和試驗(yàn)，理解動(dòng)量守恒定律，能用其解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象。1．理解動(dòng)量守恒定律的條件2．會(huì)運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決實(shí)際問題3．動(dòng)量守恒定律的普遍性002預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)（一）課前閱讀：1.如圖所示，大路上三輛汽車發(fā)生了追尾事故．假如將甲、乙兩輛汽車看做一個(gè)系統(tǒng)，丙車對乙車的作用力是內(nèi)力，還是外力？假如將三輛汽車看成一個(gè)系統(tǒng)，丙車對乙車的作用力是內(nèi)力還是外力？2.如圖所示，水平桌面上的兩個(gè)小球，質(zhì)量分別為m1和m2，沿著同始終線向相同的方向做勻速運(yùn)動(dòng)，速度分別是v1和v2，v2>v1.當(dāng)其次個(gè)小球追上第一個(gè)小球時(shí)兩球發(fā)生碰撞，碰撞后兩球的速度分別為v1′和v2′.試用動(dòng)量定理和牛頓第三定律推導(dǎo)兩球碰前總動(dòng)量m1v1＋m2v2與碰后總動(dòng)量m1v1′＋m2v2′的關(guān)系．（二）基礎(chǔ)梳理一、動(dòng)量守恒的條件（一）系統(tǒng)、內(nèi)力和外力(1)系統(tǒng)：相互作用的物體組成一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)．(2)內(nèi)力：物體間的相互作用力．(3)外力：系統(tǒng)的物體對系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力．（二）適用條件：系統(tǒng)或者所受外力的矢量和.【概念連接】系統(tǒng)、內(nèi)力、外力、外力矢量和【拓展補(bǔ)充】區(qū)分動(dòng)量守恒條件與機(jī)械能守恒的條件【即學(xué)即練】推斷下列說法的正誤．(1)一個(gè)系統(tǒng)初、末態(tài)動(dòng)量大小相等，即動(dòng)量守恒．()(2)兩個(gè)做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)生碰撞，兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒．()(3)若系統(tǒng)內(nèi)存在摩擦力，則動(dòng)量不行能守恒．()(4)只要系統(tǒng)所受到的合力的沖量為零，動(dòng)量就守恒．()(5)系統(tǒng)動(dòng)量守恒也就是系統(tǒng)的動(dòng)量變化量為零．()【微點(diǎn)撥】動(dòng)量守恒與否看外力二、動(dòng)量守恒定律（一）內(nèi)容：假如一個(gè)系統(tǒng)，或者，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變．（二）表達(dá)式：m1v1＋m2v2＝(作用前后總動(dòng)量相等)．（三）如圖所示，進(jìn)行太空行走的宇航員A和B的質(zhì)量分別為80kg和100kg，開頭他們攜手遠(yuǎn)離空間站，相對空間站的速度為0.1m/s.然后A將B向空間站方向輕推，A的速度變?yōu)?.2m/s.(1)A、B二人相互作用時(shí)動(dòng)量守恒嗎？(2)假如守恒，應(yīng)以什么為參考系？(3)A輕推B后，B的速度大小是多少？方向如何？【拓展補(bǔ)充】動(dòng)量守恒定律可以針對某方向使用【即學(xué)即練】如圖所示，我國自行研制的第五代隱形戰(zhàn)機(jī)“殲-20”以速度v0水平向右勻速飛行，到達(dá)目標(biāo)地時(shí)，將質(zhì)量為M的導(dǎo)彈自由釋放，導(dǎo)彈向后噴出質(zhì)量為m、對地速率為v1的燃?xì)猓瑒t噴氣后導(dǎo)彈的速率為()A.eq\f(Mv0＋mv1,M－m)B.eq\f(Mv0－mv1,M－m)C.eq\f(Mv0－mv1,M)D.eq\f(Mv0＋mv1,M)【微點(diǎn)撥】留意方向的處理三、動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用（一）對動(dòng)量守恒定律的理解1．對系統(tǒng)“總動(dòng)量保持不變”的理解(1)系統(tǒng)在整個(gè)過程中任意兩個(gè)時(shí)刻的都相等，不能誤認(rèn)為只是初、末兩個(gè)狀態(tài)的總動(dòng)量相等．(2)系統(tǒng)的總動(dòng)量，但系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)物體的動(dòng)量可能都在不斷變化．2．動(dòng)量守恒定律的“四性”(1)矢量性：動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式是一個(gè)．(2)相對性：動(dòng)量守恒定律中，系統(tǒng)中各物體在相互作用前后的動(dòng)量必需相對于同一，各物體的速度通常均為相對于的速度．(3)同時(shí)性：初動(dòng)量必需是各物體在作用前的動(dòng)量；末動(dòng)量必需是各物體在作用后同一時(shí)刻的動(dòng)量．(4)普適性：不僅適用兩個(gè)物體或多個(gè)物體組成的系統(tǒng)，也適用于宏觀低速物體以及微觀高速粒子組成的系統(tǒng)．【概念連接】動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律【拓展補(bǔ)充】可以針對某個(gè)方向使用【即學(xué)即練】如圖所示，質(zhì)量為m＝245g的物塊(可視為質(zhì)點(diǎn))放在質(zhì)量為M＝0.5kg的木板左端，足夠長的木板靜止在光滑水平面上，物塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝0.4。質(zhì)量為m0＝5g的子彈以速度v0＝300m/s沿水平方向射入物塊并留在其中(時(shí)間極短)，g取10m/s2。子彈射入后，求：(1)子彈進(jìn)入物塊后子彈和物塊一起向右滑行的最大速度v1。(2)木板向右滑行的最大速度v2。(3)物塊在木板上滑行的時(shí)間t。【微點(diǎn)撥】動(dòng)量守恒定律與動(dòng)量定理的綜合（三）預(yù)習(xí)作業(yè)1．(多選)2021年7月28日，中國隊(duì)以16∶14險(xiǎn)勝法國隊(duì)，贏下女子三人籃球銅牌，中國女籃時(shí)隔29年再次站上奧運(yùn)領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)！競賽中質(zhì)量為m的籃球以大小為v1的速度水平撞擊豎直籃板后，被籃板水平彈回，速度大小變?yōu)関2，已知v2<v1，籃球與籃板撞擊時(shí)間極短。下列說法正確的是()A．撞擊時(shí)籃球受到的沖量大小為m(v1＋v2)B．撞擊時(shí)籃板受到籃球的沖量為零C．撞擊過程中籃球和籃板組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒D．撞擊過程中籃球和籃板組成的系統(tǒng)機(jī)械能守恒2．(多選)如圖所示，A、B兩物體質(zhì)量之比mA∶mB＝3∶2，靜止在平板小車C上，A、B間有一根被壓縮的彈簧，地面光滑，當(dāng)彈簧突然釋放后，則下列說法正確的是()A．若A、B與平板車上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B．若A、B與平板車上表面間的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，A、B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒C．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒003探究提升環(huán)節(jié)一動(dòng)量守恒的條件思考：1．如圖所示，物塊與小車壁之間連有水平輕彈簧，彈簧處于伸長狀態(tài)，外力使整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)撤去其他外力，僅給小車施加一水平向左的恒力F，F(xiàn)恰好等于小車與地面間的滑動(dòng)摩擦力，在彈簧恢復(fù)原長的過程中，則()A．物塊向右運(yùn)動(dòng)，小車靜止B．物塊與小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒C．彈簧彈力對小車的沖量與彈簧彈力對物塊的沖量相同D．物塊、彈簧與小車組成的系統(tǒng)機(jī)械能肯定不守恒2．(多選)下列相互作用的過程中，可以認(rèn)為系統(tǒng)動(dòng)量守恒的是()環(huán)節(jié)二動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用問題探究1：如圖所示，質(zhì)量mA＝8.0kg的足夠長的木板A放在光滑水平面上，在其右端放一個(gè)質(zhì)量為mB＝2.0kg的小木塊B。給B以大小為4.0m/s、方向向左的初速度，同時(shí)給A以大小為6.0m/s、方向向右的初速度，兩物體同時(shí)開頭運(yùn)動(dòng)，直至A、B運(yùn)動(dòng)狀態(tài)穩(wěn)定，下列說法正確的是()A．木塊B的最終速度大小為5.6m/sB．在整個(gè)過程中，木塊B的動(dòng)能變化量為0C．在整個(gè)過程中，木塊B的動(dòng)量變化量為0D．在整個(gè)過程中，系統(tǒng)的機(jī)械能守恒環(huán)節(jié)三某方向上動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用問題探究2：如圖所示，將一光滑的半圓槽置于光滑水平面上，槽的左側(cè)緊靠在墻壁上．現(xiàn)讓一小球自左側(cè)槽口A的正上方從靜止開頭落下，與圓弧槽相切自A點(diǎn)進(jìn)入槽內(nèi)，則下列結(jié)論中正確的是()A．小球在半圓槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中，只有重力對它做功B．小球在半圓槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)的全過程中，小球與半圓槽在水平方向動(dòng)量守恒C．小球自半圓槽B點(diǎn)向C點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，小球與半圓槽在水平方向動(dòng)量守恒D．小球離開C點(diǎn)以后，將做豎直上拋運(yùn)動(dòng)004體系構(gòu)建內(nèi)力與外力——?jiǎng)恿渴睾愕臈l件——?jiǎng)恿渴睾愣傻膽?yīng)用005記憶清單一、動(dòng)量守恒的條件★學(xué)習(xí)聚焦：抱負(fù)守恒系統(tǒng)不受外力或所受外力的合力為零，則系統(tǒng)動(dòng)量守恒近似守恒系統(tǒng)受到的合外力不為零，但當(dāng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于合外力時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)量可近似看成守恒分方向守恒系統(tǒng)在某個(gè)方向上所受合外力為零或該方向F內(nèi)?F外時(shí)，系統(tǒng)在該方向上動(dòng)量守恒二、爆炸★學(xué)習(xí)聚焦：1．爆炸現(xiàn)象的特點(diǎn)爆炸過程中內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，爆炸的各部分組成的系統(tǒng)總動(dòng)量守恒。2．爆炸現(xiàn)象的三個(gè)規(guī)律動(dòng)量守恒爆炸物體間的相互作用力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于受到的外力，所以在爆炸過程中，系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒動(dòng)能增加在爆炸過程中，有其他形式的能量(如化學(xué)能)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能位置不變爆炸的時(shí)間極短，因而作用過程中，物體產(chǎn)生的位移很小，可以認(rèn)為爆炸后各部分仍舊從爆炸前的位置以新的動(dòng)量開頭運(yùn)動(dòng)三、動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用★學(xué)習(xí)聚焦：1．動(dòng)量守恒定律的五個(gè)特性系統(tǒng)性爭辯的對象是相互作用的兩個(gè)或多個(gè)物體組成的系統(tǒng)同時(shí)性動(dòng)量是一個(gè)瞬時(shí)量，表達(dá)式中的p1、p2、…必需是系統(tǒng)中各物體在相互作用前同一時(shí)刻的動(dòng)量，p1′、p2′、…必需是系統(tǒng)中各物體在相互作用后同一時(shí)刻的動(dòng)量相對性各物體的速度必需是相對同一參考系的速度(一般是相對于地面)矢量性動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式為矢量方程，解題時(shí)應(yīng)選取統(tǒng)一的正方向普適性動(dòng)量守恒定律不僅適用于低速宏觀物體組成的系統(tǒng)，還適用于接近光速運(yùn)動(dòng)的微觀粒子組成的系統(tǒng)2．應(yīng)用動(dòng)量守恒定律的解題步驟(1)明確爭辯對象，確定系統(tǒng)的組成(系統(tǒng)包括哪幾個(gè)物體及爭辯的過程)。(2)進(jìn)行受力分析，推斷系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒(或某一方向上是否守恒)。(3)規(guī)定正方向，確定初、末狀態(tài)動(dòng)量。(4)由動(dòng)量守恒定律列出方程。(5)代入數(shù)據(jù)，求出結(jié)果，必要時(shí)爭辯說明。00601強(qiáng)化訓(xùn)練1.(多選)如圖所示，質(zhì)量為M的楔形物體靜止在光滑的水平地面上，其斜面光滑且足夠長，與水平方向的夾角為θ。一個(gè)質(zhì)量為m的小物塊從斜面底端以初速度v0沿斜面對上開頭運(yùn)動(dòng)。當(dāng)小物塊沿斜面對上運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，速度大小為v，距地面高度為h，則下列關(guān)系式中正確的是()A．mv0＝(m＋M)vB．mv0cosθ＝(m＋M)vC．mgh＝eq\f(1,2)m(v0sinθ)2D．mgh＋eq\f(1,2)(m＋M)v2＝eq\f(1,2)mv022.如圖，一滑雪道由AB和BC兩段滑道組成，其中AB段傾角為θ，BC段水平，AB段和BC段由一小段光滑圓弧連接。一個(gè)質(zhì)量為2kg的背包在滑道頂端A處由靜止滑下，若1s后質(zhì)量為48kg的滑雪者從頂端以1.5m/s的初速度、3m/s2的加速度勻加速追趕，恰好在坡底光滑圓弧的水平處追上背包并馬上將其拎起。背包與滑道的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ＝eq\f(1,12)，重力加速度取g＝10m/s2，sinθ＝eq\f(7,25)，cosθ＝eq\f(24,25)，忽視空氣阻力及拎包過程中滑雪者與背包的重心變化。求：(1)滑道AB段的長度；(2)滑雪者拎起背包時(shí)這一瞬間的速度。3.質(zhì)量為M的小孩站在質(zhì)量為m的滑板上，小孩和滑板均處于靜止?fàn)顟B(tài)，忽視滑板與地面間的摩擦。小孩沿水平方向躍離滑板，離開滑板時(shí)的速度大小為v，此時(shí)滑板的速度大小為()A.eq\f(m,M)vB.eq\f(M,m)vC.eq\f(m,m＋M)vD.eq\f(M,m＋M)v4.如圖所示，某同學(xué)質(zhì)量為60kg，在軍事訓(xùn)練中要求他從岸上以2m/s的速度跳到一條向他緩緩飄來的小船上，然后去執(zhí)行任務(wù)，小船的質(zhì)量是140kg，原來的速度是0.5m/s，該同學(xué)上船后又跑了幾步，最終停在船上．此時(shí)小船的速度大小為m/s，此過程該同學(xué)動(dòng)量變化量的大小為kg·m/s.5.把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍放射出一顆子彈時(shí)，關(guān)于槍、子彈和車，下列說法中正確的是()A．槍和子彈組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒B．槍和車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒C．三者組成的系統(tǒng)由于子彈和槍筒之間的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動(dòng)量變化很小，可忽視不計(jì)，故系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒D．三者組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，由于系統(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個(gè)外力作用，這兩個(gè)外力的合力為零6.如圖所示，質(zhì)量為3m的物塊A與質(zhì)量為m的物塊B用輕彈簧和不行伸長的細(xì)線連接，靜止在光滑的水平面上，此時(shí)細(xì)線剛好伸直但無彈力?，F(xiàn)使物塊A瞬間獲得向右的速度v0，在以后的運(yùn)動(dòng)過程中，細(xì)線沒有繃斷，以下推斷正確的是()A．細(xì)線再次伸直前，物塊A的速度先減小后增大B．細(xì)線再次伸直前，物塊B的加速度先減小后增大C．彈簧最大的彈性勢能等于eq\f(3,8)mv02D．物塊A、B與彈簧組成的系統(tǒng)