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第一章 动量守恒定律
选择性必修第一册 人教版2019
1. 动量
台球的碰撞、微观粒子的散射，这些运动似乎有天壤之别。然而，物理学的研究表明，它们遵从相同的科学规律——动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最普遍的规律之一，无论是设计火箭还是研究微观粒子，都离不开它。
导入新课
这些不同的碰撞现象中是否隐藏着相同的物理规律？
导入新课
牛顿
惠更斯
笛卡尔
代表人物
物理学家有这样一个信念，虽然无法用实验证明，但他们却始终相信，在形形色色而又瞬息万变的世界中，必定存在某些量是不变的。
物理观念 了解生活中的碰撞现象，理解动量、动量变化量的定义、表达式、特征，深化运动与相互作用观念。
科学思维 经历构建模型、设计试验方案的过程，体会归纳和推理的思维 方法；
科学探究 在探究学习中，体会猜想、推理的重要性；
科学态度 与责任 体会科学探究过程的曲折，培养科学探究的意识和勤于思考的 精神。
学习目标
重点难点
重点 理解动量及其变化量的矢量性。
难点 碰撞现象中提出寻求不变量的科学问题，并设计 实验、获取证据探究碰撞的不变量。
一、寻求碰撞中的不变量
用两根长度相同的线绳,分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置。拉起A球,然后放开,该球与静止的B球发生碰撞。你猜猜碰撞后果是怎样情形？请观看演示实验1
质量相同小球的碰撞
实验现象：可以看到，碰撞后A球停止运动而静止，B球开始运动，最终摆到和A拉起时同样的高度。
一、寻求碰撞中的不变量
讨论：两个完全相同的钢球A、B碰撞时出现的现象是否具有普遍意义 速度真的可以传递吗？你能通过怎样改变实验条件来检验你的猜想
一、寻求碰撞中的不变量
演示实验2：质量较小的钢球撞击静止的质量大的钢球
演示实验3：质量较大的钢球撞击静止的质量小的钢球
综合这三个实验现象，你认为碰撞过程那些量是不变的？
实验现象：质量较大的钢球撞击静止的质量小的钢球，碰撞后质量小球获得较大的速度，摆起的最大高度大于原来球被拉起时的高度。
　 对比两次碰撞的结果发现，碰撞效果与速度和质量有关，这其中是否存在一个不变的量呢？下面我们通过实验数据来研究上述问题。
一、寻求碰撞中的不变量
猜想：
1.两个物体碰撞前后可能动能之和不变；
2.两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的；
3.也许还有……
不变量可能与物体的质量和速度有关
一、寻求碰撞中的不变量
一、寻求碰撞中的不变量
如图， 两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的数字计时器测量。
m1 是运动小车的质量，m2是静止小车的质量 ； v 是运动小车碰撞前的速度，v′ 是碰撞后两辆小车的共同速度。
问题：碰撞前后总动能是否不变？
一、寻求碰撞中的不变量
一、寻求碰撞中的不变量
　 m1 m2 v v'
1 0.519 0.519 0.628 0.307
2 0.519 0.718 0.656 0.265
3 0.718 0.519 0.572 0.321
Ek1 Ek2
0.102 0.049
0.112 0.043
0.117 0.064
碰撞后的动能小于碰撞前的动能，机械能损失。
碰撞前后，速度和质量乘积有什么规律呢？
碰撞前
碰撞后
碰撞前
碰撞后
0.33
0.32
0.34
0.33
0.41
0.40
此实验中两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等，但是质量与速度的乘积之和却基本不变。
实验结论：
表　两辆小车的质量和碰撞前后的速度
一、寻求碰撞中的不变量
一、寻求碰撞中的不变量
ABD
一、寻求碰撞中的不变量
二、动量
1. 定义：在物理学中，把物体的质量 m 和速度 的乘积叫做物体的动量p，用公式表示为：p=mv
2. 单位：千克米每秒(kg·m/s)
3. 三个性质：
(2) 瞬时性:是状态量，与某一时刻相对应
(1) 矢量性:方向由速度方向决定，与该时刻的速度方向相同
(3) 相对性:物体的动量与参考系的选择有关，中学阶段常以地球为参考系
笛卡儿：最先提出动量概念，把运动物体的质量和速率的乘积叫做动量，忽略了动量的方向性。
牛顿：把笛卡儿的定义做了修改，明确的用物体的质量和速度的乘积叫做动量，更清楚的表示动量的守恒性和方向性。
惠更斯：明确提出动量的守恒性和方向性。
二、动量
二、动量
如图，正在做变速圆周运动的物体，它的动量和动能如何变化？
动量和动能有关系吗？
二、动量
动量大小、方向
均不变
动量方向不变，
大小增大
动量方向时刻改变，大小增大
动量方向时刻改变，大小不变
①汽车做匀速直线运动
②运动员做自由下落
③篮球做抛体运动
④飞椅做匀速圆周运动
动能不变
动能增大
动能增大
动能不变
思考:讨论以下几种运动的动量和动能的变化情况
动量 动能
定义式
单位
标矢性
运算法则
影响因素
转换关系 （m已知）
J（kg·m2/s2）
标量
Ek= mv2/2
kg·m/s
矢量
动量与动能的联系与区别
p=mv
平行四边形法则
质量、速率
代数运算
质量、速度
二、动量
注意：物体的动量变化时,动能不一定变化；
物体的动能变化时,其动量一定变化。
二、动量
二、动量
二、动量
二、动量
试讨论以下几种运动的动量变化情况：
①物体做匀速直线运动
②物体做自由落体运动
③物体做平抛运动
④物体做匀速圆周运动
动量大小、方向均不变
动量方向不变，大小随时间推移而增大
动量方向时刻改变，大小随时间推移而增大
动量方向时刻改变，大小不变
G
v0
G
v
O
v
v
v
O
三、动量的变化量
p′
p
Δp
(1) 动量的变化等于末状态动量减初状态的动量，
其方向与Δ 的方向相同（在同一直线上的问题采用代数运算）。
1.定义：物体的末动量与初动量的矢量差叫做物体动量的变化；
2.表达式： Δ p = mΔ
(2) 动量的变化也叫动量的增量或动量的改变量。
不在同一条直线上动量变化的运算，遵循平行四边形定则。
(3) 动量发生变化的三种情况：速度大小改变方向不变、速度大小不变方向改变、速度大小和方向都改变。
三、动量的变化量
三、动量的变化量
AB
三、动量的变化量
四、课堂总结
动量
定义
单位
特性
动量的变化量
p=mv
国际单位制：kg m/s
(1) 瞬时性
(2) 矢量性
(3) 相对性
(1)公式：
Δp = mΔv
(2)方向：
与Δv的方向相同
(3)运算法则：
一维运算：代数运算
二维运算：平行四边形定则
三角形则
公式
物体质量和速度的乘积
1.关于物体的动量，下列说法中正确的是（　　）
A．物体的动量越大，其惯性越大
B．物体的动能发生变化，其动量可能不变
C．物体的动量越大，其动能越大
D．物体的动量发生变化，其动能可能不变
五、练习与应用
D
【解析】
A．动量大，说明质量与速度的乘积大，但质量不一定大，故惯性也不一定大，故A错误；B．物体的动能发生变化，则物体的质量和速度大小发生变化，动量一定变化，故B错误；C．根据动量与动能的关系 ^2=2 _
物体的动量越大，其动能不一定越大，故C错误；
D．动量是矢量，若速度的方向发生变化，大小不变，则物体的动量发生变化，此时动能不变，故D正确；故选D。
五、练习与应用
2.如图所示，小球在水平拉力F的作用下以恒定速率在竖直平面内由P点运动到Q点。在此过程中（　　）
A．绳子拉力做正功
B．拉力F的瞬时功率逐渐增大
C．小球的机械能守恒
D．小球的动量逐渐增大
五、练习与应用
B
【解析】 A．小球在运动过程中，绳子拉力方向与速度方向始终垂直，则绳子拉力不做功，故A错误；
B．绳子拉力不做功，根据动能定理有则有
水平拉力做的功与克服重力做功相等，则水平拉力的功率等于克服重力做功的功率，令速度重力方向与圆周切线间的锐角为，根据功率的定义式有
小球做匀速圆周运动由P点运动到Q点，逐渐减小，则拉力F的瞬时功率逐渐增大，故B正确；
C．小球在运动过程中，速度大小不变，动能不变，高度升高，重力势能增大，则小球的机械能增大，故C错误；
D．根据,速度大小一定，则小球的动量大小不变，故D错误。故选B。
五、练习与应用
3.一个质量为的垒球，以的水平速度飞向球棒，被球棒击打后，反向水平飞回，速度大小为，以垒球初速度的方向为正方向，则垒球被棒击打前后动量变化量为（　　）
A． B．
C． D．
五、练习与应用
D
【解析】
初动量为
打击后动量为
故动量变化为故选D。
五、练习与应用
1.“双星”是宇宙中普遍存在的一种天体系统，由两颗恒星组成，双星系统远离其他恒星，在相互的万有引力作用下绕连线上一点做周期相同的匀速圆周运动。如图所示，A、B两颗恒星构成双星系统，绕共同的圆心O做匀速圆周运动，经过t（小于周期）时间，A、B两恒星的动量变化量分别为、，则下列判断正确的是（　　）
A． B．
C． D．
D
六、提升训练
【解析】
系统所受的合外力为零，系统的总动量守恒，根据牛顿第二定律
加速度为则有
由于角速度相同，因此
两恒星的速度方向始终相反，则
因此系统的总动量始终为零，可得，
故选D。
六、提升训练
六、提升训练
B
六、提升训练
A
六、提升训练
六、提升训练
六、提升训练
B
六、提升训练
六、提升训练
B
六、提升训练

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