资源简介

(共42张PPT)
1　动量
素养 目标定位
目标素养
1.通过学习动量和动量变化量的概念及其矢量性,会计算一维情况下的动量变化量
2.寻求碰撞中的不变量,体会探究过程中猜想、推理的重要性
3.通过实验掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法
4.通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式
知识概览
课前 基础认知
一、寻求碰撞中的不变量
1.实验探究(一)
如图所示,质量大的C球与质量小的B球碰撞后,质量小的B球得到的速度比质量大的C球碰撞前的速度 大 ,两球碰撞前后的速度之和 并不相等 。
2.实验探究(二)
如图所示,两滑块都放在滑轨上,用一运动的滑块碰撞一静止的滑块,碰后两滑块粘在一起运动。从实验数据看出,两滑块碰撞前后,动能之和并不相等,但 质量 与 速度 的乘积之和却基本不变。
微思考 怎样才能保证碰撞是一维的
提示: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运动速度方向共线。
二、动量
1.动量。
(1)定义:物理学中把　质量　和　速度　的乘积mv定义为物体的动量,用字母p表示,即p=　mv　。
(2)单位:在国际单位制中 千克米每秒 ,符号是 kg·m/s　。
(3)方向:动量是 矢 量,动量的方向与 速度 的方向相同。
2.动量的变化量。
物体在某段时间内末动量p'与初动量p的矢量差(也是矢量), Δp=　p'-p　(矢量式)。
微判断1.动量的方向与物体的速度方向相同。(　　)
2.质量和速率都相同的物体的动量一定相同。(　　)
3.动量相同的物体运动方向不一定相同。(　　)
4.物体的质量越大,动量一定越大。(　　)
5.动量相同的物体,其动能也一定相同。(　　)
√
×
×
×
×
课堂 重难突破
一 实验:寻求碰撞中的不变量
归纳总结
【实验目的】
1.碰撞中的特殊情况——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。高中阶段仅限于用一维碰撞进行研究。在一维碰撞的情况下,与物体运动有关的物理量只有物体的质量和速度,因此实验要测量物体的质量和速度。
2.寻求碰撞中的不变量。
(1)碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态,不是我们寻找的“不变量”。
(2)必须在多种碰撞的情况下都不改变的量,才是我们寻找的“不变量”。
(3)在一维碰撞的情况下,设两个物体的质量分别为m1、m2,其中,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,v1'、v2'分别是碰撞后两辆小车的速度。如果速度与规定的正方向一致,则速度取正值,否则取负值。
①碰撞中的不变量可能是质量与速度的乘积之和,那么就相应地验证m1v=m1v1'+m2v2'。
②碰撞中的不变量可能是质量与速度的二次方的乘积之和,那么就相应地验证m1v2=m1v1'2+m2v2'2。
③碰撞中的不变量也许是物体的速度与质量的比值之和,那么就相应地验证 。
当然还有其他可能,依次进行验证。
【实验器材】
滑轨、数字计时器、小车两辆、弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥、天平、光电门。
【实验原理】
1.质量的测量:用天平测量。
2.速度的测量:用滑轨上的数字计时器测量。
3.利用在小车上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
【实验步骤】 如图所示,利用弹簧片、细绳、弹性碰撞架、胶布、撞针、橡皮泥设计各种类型的碰撞实验。
【数据处理】 为了探究碰撞中的不变量,将实验中测得的物理量填入以下表格,然后探究不变量。
【实验结论】从实验的数据可以看出,此实验中两辆小车碰撞前后质量与速度的乘积之和基本不变。
【误差分析】
1.系统误差。
(1)设计实验方案时应保证碰撞为一维碰撞。
(2)碰撞中其他力(例如摩擦力、空气阻力等)的影响带来的误差。实验中要合理控制实验条件,避免除碰撞时两车之间相互作用力外的其他力影响物体速度。
2.偶然误差。
测量和读数的准确性带来的误差。实验中应规范测量和读数,同时增加测量次数,取平均值,尽量减小偶然误差的影响。
典型例题
【例1】 某同学利用气垫导轨做探究碰撞中的不变量的实验,气垫导轨装置如图所示,所用的气垫导轨装置由导轨、滑块、弹射架、光电门等组成。
(1)下面是实验的主要步骤。
①安装好气垫导轨,调节气垫导轨的调节旋钮,使导轨水平。
②向气垫导轨通入压缩空气。
③接通数字计时器。
④把滑块2静止放在气垫导轨的中间。
⑤滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮绳。
⑥释放滑块1,滑块1通过光电门1后与左侧固定弹簧的滑块2碰撞,分离后滑块2和滑块1依次通过光电门2,两滑块通过光电门后依次被制动。
⑦读出滑块通过两个光电门的挡光时间,滑块1通过光电门1的挡光时间Δt1=10.01 ms,通过光电门2的挡光时间Δt2=49.99 ms,滑块2通过光电门2的挡光时间Δt3=8.35 ms 。
⑧测出挡光片的宽度d=5 mm,测得滑块1的质量为m1=300 g,滑块2(包括弹簧)质量为m2=200 g。
(2)数据处理与实验结论。
①实验中气垫导轨的作用:A.　　　　　　　　　　　　;
B. 　　　　　　　　　　 　。
②碰撞前滑块1的速度v1为　　　　　　 m/s;碰撞后滑块1的速度v2为　　　　　 m/s;滑块2的速度v3为　　　　　 m/s (结果保留两位有效数字)。
③在误差允许的范围内,通过本实验,同学们可以探究出哪些物理量是不变的 通过对实验数据的分析说明理由。(至少回答2个不变量)
a. 　　　　　　　; 　　　　　　　。
b. 　　　　　　　; 　　　　　　　。
大大减小了因滑块和导轨之间的摩擦而引起的误差
保证两个滑块的碰撞是一维的
0.50
0.10
0.60
见解析
规律方法
1.实验误差存在的主要原因是摩擦力的存在。利用气垫导轨进行实验,调节时注意利用水平仪,确保导轨水平。 2.利用气垫导轨结合光电门进行实验探究不仅能保证碰撞是一维的,还可以做出多种情形的碰撞,物体碰撞前后速度的测量较简单、误差较小、准确性较高。
二 动量
问题探究
如图所示,质量为m、速度为v的小球与挡板发生碰撞,碰后以大小不变的速度反向弹回。
探究1:小球碰撞挡板前后的动量是否相同
提示:小球碰撞挡板前后动量大小相等,方向相反。
探究2:小球碰撞挡板前后的动能是否相同
提示:小球碰撞挡板前后的动能相同。
探究3:小球碰撞挡板过程中的动量变化量的大小是多少
提示:动量变化量大小是2mv。
归纳总结
1.动量的性质。
(1)瞬时性:通常说物体的动量是物体在某一时刻或某一位置的动量,动量可用p=mv表示。
(2)矢量性:动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同。
(3)相对性:因物体的速度与参考系的选取有关,故物体的动量也与参考系的选取有关。
2.动量的变化量。
(1)动量的变化量是过程量,分析计算时,要明确是物体在哪一个过程的动量变化。
(2)动量的变化量是矢量,运算遵循平行四边形定则。
(3)在同一直线上的动量变化量的计算。
先选取正方向,方向与正方向相同的动量为正值,方向与正方向相反的动量为负值,然后代入公式Δp=p2-p1计算。
当p1、p2同方向且p1当p1、p2同方向且p2当p1、p2方向相反时,Δp与p2方向相同,如图丙所示。
3.动量和动能的比较。
特别提醒
由于动量是矢量,动能是标量,所以物体的动量发生了变化,其动能不一定发生变化;物体的动能发生了变化,其动量一定发生变化。
典型例题
【例2】 关于物体的动量,下列说法正确的是(　　)
A.惯性越大的物体动量越大
B.物体的动能若不变,则动量一定不变
C.动量变化量的方向一定和动量的方向相同
D.运动物体在任一时刻的动量方向一定是该时刻的速度方向
答案:D
【例3】 打网球是同学们酷爱的运动项目之一。在某次运动过程中,一质量为0.06 kg的网球,以v1=30 m/s的水平速度飞向球拍,被球拍打击后反向水平飞回,速度大小变为v2=20 m/s,则
(　　)
A.网球与球拍作用前后,网球的动能变化量为-39 J
B.网球与球拍作用前后,网球的动能变化量为15 J
C.网球与球拍作用前后,网球的动量变化量的大小为3 kg·m/s
D.网球与球拍作用前后,网球的动量变化量的大小为0.6 kg·m/s
答案:C
规律总结
1.动量p=mv,大小由m和v共同决定。 2.动量p和动量的变化量Δp均为矢量,计算时要注意其方向性。 3.动能是标量,动能的变化量等于末动能与初动能大小之差。
成 果 验 收 站　
1.(多选)在探究碰撞中的不变量的实验中,若用气垫导轨和数字计时装置进行探究,则需要的测量仪器(或工具)有(　　)
A.停表
B.天平
C.毫米刻度尺
D.螺旋测微器
答案:BC
解析:在该实验中,需要测量物体的质量和挡光片的宽度,即需要天平和毫米刻度尺。
2.关于动量,下列说法正确的是(　　)
A.速度大的物体,它的动量一定也大
B.动量大的物体,它的速度一定也大
C.只要物体运动的速度大小不变,物体的动量也保持不变
D.质量一定的物体,动量变化越大,该物体的速度变化一定越大
答案:D
解析:动量由质量和速度共同决定,只有质量和速度的乘积大,动量才大,选项A、B错误;动量是矢量,只要速度方向变化,动量也发生变化,选项C错误;由Δp=mΔv知选项D正确。
3.(2026·四川卷)2026年2月,我国某科创团队发布全球首款速度达到10 m/s的全尺寸人形机器人,该机器人的质量为75 kg; 2025年1月,该团队发布的四足机器人的质量为38 kg。若两款机器人均以10 m/s的速度同方向运动,则二者的动量大小之差为(　　)
A.1 850 kg·m/s B.750 kg·m/s
C.370 kg·m/s D.37 kg·m/s
答案:C
解析:由动量表达式p=mv可得,二者的动量大小之差为Δp=m1v-m2v=370 kg·m/s,选项C正确。
4.如图所示,飞机在平直跑道上启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动,在启动阶段,飞机的动量(　　)
A.与它的位移成正比
B.与它的速度成正比
C.与它的动能成正比
D.与它所经历的时间的二次方成正比
答案:B
5.用如图所示装置探究碰撞中的不变量,气垫导轨水平放置,挡光板宽度为9.0 mm,两滑块被弹簧(图中未画出)弹开后,左侧滑块通过左侧光电门,数字计时器记录时间为0.040 s,右侧滑块通过右侧光电门,数字计时器记录时间为0.060 s,左侧滑块质量为100 g,左侧滑块的m1v1=　　　g· m/s,右侧滑块质量为150 g,两滑块质量与速度的乘积的矢量和m1v1+m2v2=_____ g· m/s。(取向左为速度的正方向)
答案:22.5　0

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