物理选修粤教版动量守恒定律在碰撞中的应用课件.ppt

1,第三节,动量守恒定律在碰撞中的应用,2,知识点,1,应用动量守恒定律的一般步骤,1,确定研究对象组成的系统，分析所研究的物理过程中，,系统受外力的情况是否满足动量守恒定律的应用条件,2,设定正方向，分别写出系统的初、末动量,3,根据动量守恒定律列方程,4,解方程，统一单位后代入数值进行计算，列出结果,3,知识点,2,关于动量守恒,1,两,个物体的相互作用满足动量守恒定律,(1),动量守恒的条件,系统,_,为零,当内力远大于外力时,某一方向不受外力或所受合外力为零，或该方向上内力,远大于外力时，该方向的动量守恒,不受外力作用或所受合外力,4,(2),动量守恒常见的表达式,p,p,，其中,p,、,p,分别表示系统的末动量和初,动量，,式子表示系统作用后的总动量等于作用前的总动量，具体来说,有以下几种形式：,a,m,1,v,1,m,2,v,2,m,1,v,1,m,2,v,2,，各个动量必须相对,_,_(,一般来讲是地面或相对于地面静止的物体,),，适,用于作用前后都运动的两个物体组成的系统,b,0,m,1,v,1,m,2,v,2,，适用于原来静止的两个物体,组成的系,统,同一,个惯性参考系,5,c,m,1,v,1,m,2,v,2,(,m,1,m,2,),v,，适用于两物体作用后结合在一,起或具有共同的速度,p,0,，表示系统总动量的增量等于零,p,1,p,2,，其中,p,1,、,p,2,分别表示系统内两个物体初、,末动量的变化量，表示两个物体组成的系统，各,自动量的增量,大小相等、方向相反,m,1,m,2,v,2,v,1,，式中,v,1,为第一个物体速度的变化量，,v,2,为第二个物体速度的变化量,6,2,爆,炸与碰撞的共同特点,爆炸时相互作用力为变力，作用时间短，作用力大，且远,大于系统内力，可以用动量守恒来处理爆炸和碰撞问题但二,者之间有差别：爆炸过程中，因有其他形式的能转化为动能，,故系统的动能会增加；而在碰撞过程中，系统的动能不会增加,两个小球在光滑水平面上的同一条直线上相碰撞，有如下,特点：,a,动量守恒,b,动能不增加,7,c,速度要符合物理情景：如果两个小球同向运动，则碰撞,前后面的小球的速度必须大于前面的小球的速度，碰撞后原来,在前面的小球速度必增大，且大于或等于原来在后面的小球的,速度；如果碰前同向运动，则碰后两个小球的运动方向不可能,都不改变,8,知识点,3,碰撞的种类以及在碰撞中应用动量守恒,1,碰撞的特点,(1),作用时间极短，内力远大于外力，总动量总是守恒的,(2),碰撞过程中，总动能不增因为没有其他形式的能量转,化为动能,(3),碰撞过程中，当两物体碰后速度相等时，即发生完全非,弹性碰撞时，系统动能损失最大,(4),碰撞过程中，两物体产生的位移可忽略,9,2,判,定碰撞可能性问题的分析思路,(1),判定系统动量是否守恒,(2),判定物理情景是否可行，如追碰后，前球动量不能减小，,后球动量在原方向上不能增加；追碰后，后球在原方向的速度,不可能大于前球的速度,(3),判定碰撞前后动能是否增加,弹性碰撞时，系统动能损失最大,(4)碰撞过程中，两物体产生的位移可忽略,2爆炸与碰撞的共同特点,不受外力作用或所受合外力,动能的损失应该等于系统内能的增加.,能量守恒如果作用过程中有摩擦力做功，满足：fs相对,【例题】如图 135 所示，质量为 m 的子弹以初速度 v0,解析：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞,0 m/s 的速度从右向左运动冲上 A 的,规律总结：只要满足合外力为零且碰撞过程中机械能守恒，,也可以是如图 133 所示的这种形式的弹性碰撞,爆炸时相互作用力为变力，作用时间短，作用力大，且远,动能的损失应该等于系统内能的增加.,【例题】如图 135 所示，质量为 m 的子弹以初速度 v0,A 的动量减小了 2 kgm/s，而方向不变，那么 A、B 质量之比的可能,为第二个物体速度的变化量,如果碰前同向运动，则碰后两个小球的运动方向不可能,从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：,10,3,碰,撞的种类及特点,(1),弹性碰撞,特点：碰撞时产生弹性形变，碰撞结束后，形变完全恢复,原理：动量守恒，机械能守恒,图,1,3,1,11,弹性碰撞模型：在光滑水平面上，有两个小球，质量分别,为,m,1,，,m,2,，球,1,以速度,v,0,向右运动，与静止的球,2,发生碰撞,碰撞过程中没有能量损失，由动量守恒和能量守恒，有,12,若,m,1,m,2,，则,v,1,0,，,v,2,0,若,m,1,m,2,，则,v,1,0,，,v,2,v,0,若,m,1,m,2,，则,v,1,0,若,m,1,m,2,，则,v,1,v,0,，,v,2,0,(2),非完全弹性碰撞,特点：碰撞时的形变不能完全恢复，有一部分机械能转变,为内能,原理：动量守恒,碰后的机械能小于碰前的机械能,13,(3),完全非弹性碰撞,特点：碰撞时的形变完全不能恢复，机械能损失最大，损,失的机械能转变为内能，碰后速度相同,原理：动量守恒,能量守恒,如果作用过程中有摩擦力做功，满足：,fs,相对,E,损,14,【,例题,】,(,双选,),如图,1,3,2,所示，位于光滑水平桌面，,质量相等的小滑块,P,和,Q,都可以视作质点，,Q,与轻质弹簧相连，,设,Q,静止，,P,以某一初动能,E,0,水平向,Q,运动并与弹簧发生相互,作用，若整个作用过程中无机械能损失，用,E,1,表示弹簧具有的,),最大弹性势能，用,E,2,表示,Q,具有的最大动能，则,(,图,1,3,2,A,E,1,E,0,2,B,E,1,E,0,C,E,2,E,0,2,D,E,2,E,0,(4)碰撞过程中，两物体产生的位移可忽略,p0，表示系统总动量的增量等于零,解析：两个小球的动量变化量大小相等，方向相反，所以,它们必然会交换速度，至于以什么样的形式发生相互作用都可,动能的损失应该等于系统内能的增加.,2质量相同的两个小球在光滑水平面上沿连心线同向运,面上的同一条直线同向运动，A 追上 B 并发生碰撞后若已知碰撞后,可见 fdQ，即两物体由,2判定碰撞可能性问题的分析思路,能量守恒如果作用过程中有摩擦力做功，满足：fs相对,【例题】如图 135 所示，质量为 m 的子弹以初速度 v0,最大弹性势能，用 E2 表示 Q 具有的最大动能，则(,BA 速度为零时，B 速度最大,p1p2，其中p1、p2 分别表示系统内两个物体初、,解析：子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞,15,16,1,甲乙两球在水平光滑轨道上向同方向运动，已知它们的,动量分别是,p,1,5 kgm/s,，,p,2,7 kgm/s,，甲从后面追上乙并发,生碰撞，碰后乙球的动量变为,10,m,2,间的关系可能是下面的哪几种,(,A,m,1,m,2,C,4,m,1,m,2,kgm/s,，则二球质量,m,1,与,),B,2,m,1,m,2,D,6,m,1,m,2,17,18,答案：,C,19,题型,1,弹性碰撞,【,例题,】,如图,1,3,3,所示，木块,A,的右侧为光滑曲面，,且下端极薄其质量为,1.0 kg,，静止于光滑水平面上，一质量,也为,1.0 kg,的小球,B,以,5.0 m/s,的速度从右向左运动冲上,A,的,曲面，与,A,发生相互作用,B,球与,A,曲面相互作用结束后，,B,球的速度是,(,),图,1,3,3,20,A,0,C,0.71 m/s,B,1.0 m/s,D,0.50 m/s,解析：,由于,AB,组成的系统合外力为零，,B,球在与,A,相互,作用的过程中，只有重力做功，机械能守恒，故,A,与,B,的碰撞,是弹性碰撞又因为,AB,的质量相等，在相互作用后必然交换,速度，故碰撞最终结果为木块,A,以,5.0 m/s,的速度接着向前运动，,小球,B,静止,答案：,A,21,规律总结：,只要满足合外力为零且碰撞过程中机械能守恒，,那么这种碰撞就是弹性碰撞如发生碰撞的两个物体质量相等，,它们必然会交换速度，至于以什么样的形式发生相互作用都可,以，既可以是两个弹性球的碰撞，也可以是弹簧连接下的碰撞，,也可以是如图,1,3,3,所示的这种形式的弹性碰撞,22,1,(,双选,),如图,1,3,4,所示，物体,B,上固定一轻弹簧静置于光,滑水平面上,A,以初速度,v,0,与,B,发生弹性正碰，两者质量均为,m,，,下列说法正确的是,(,),图,1,3,4,A,A,速度为零时,，弹簧压缩量最大,B,A,速度为零时，,B,速度最大,23,答案：,BC,24,题型,2,非完全弹性碰撞,【,例题,】,动量分别为,5 kgm/s,和,6 kgm/s,的小球,A,、,B,沿光滑平,面上的同一条直线同向运动，,A,追上,B,并发生碰撞后若已知碰撞后,A,的动量减小了,2 kgm/s,，而方向不变，那么,A,、,B,质量之比的可能,范围是什么？,25,26,2,质量相同的两个小球在光滑水平面上沿连心线同向运,动，球,1,的动量为,7 kgm/s,，球,2,的动量为,5 kgm/s,，当球,1,),追上球,2,时发生碰撞，则碰撞后两球动量变化的可能值是,(,A,p,1,1 kgm/s,，,p,2,1 kgm/s,B,p,1,1 kgm/s,，,p,2,4 kgm/s,C,p,1,9 kgm/s,，,p,2,9 kgm/s,D,p,1,12 kgm/s,，,p,2,10 kgm/s,27,解析：,两个小球的动量变化量大小相等，方向相反，所以,BD,错；另外，小球,1,追,2,，球,1,绝不可能以原速反弹，碰撞后,的总动能决不能增加，而选项,C,的总能量是增加的，,C,错,答案：,A,28,题型,3,完全非弹性碰撞,【,例题,】,如图,1,3,5,所示，质量为,m,的子弹以初速度,v,0,射向静止在光滑水平面上的质量为,M,的木块，并留在木块中不,再射出，子弹钻入木块深度为,d,.,求木块对子弹的平均阻力的大,小和该过程中木块前进的距离,图,1,3,5,29,解析：,子弹和木块最后共同运动，相当于完全非弹性碰撞,从动量的角度看，子弹射入木块过程中系统动量守恒：,30,答案：,见解析,31,规律总结：,计算发生相互作用的两个物体因摩擦力而损失,的机械能的方法是：,Q,fs,相对,，式中的,s,相对,是指两个物体之间的,相对位移,.,对于有往返运动的情况，,s,相对,应该指的是相对路程,.,在,本题中,fd,恰好等于系统动能的损失，根据能量守恒定律，系统,动能的损,失应该等于系统内能的增加,.,可见,fd,Q,，即两物体由,于相对运动而摩擦产生的热,(,机械能转化为内能,),，等于摩擦力,大小与两物体相对滑动的路程的乘积,(,由于摩擦力是耗散力，摩,擦生热跟路径有关，所以,这里应该用路程，而不是用位移,),.,32,3,如图,1,3,6,所示，一质量为,M,的平板车,B,放在光滑,水平面上，在其右端放一质量为,m,的小木块,A,，,m,M,，,A,、,B,间动摩擦因数为,，现给,A,和,B,以大小相等、方向相反的初速,度,v,0,，使,A,开始向左运动，,B,开始向右运动，最后,A,不会滑离,B,，求：,图,1,3,6,33,M,m,(1),A,、,B,最后的速度大小和方向；,(2),从地面上看，小木块向左运动到离出发点最远处时，平,板车向右运动的位移大小,所以,v,M,m,v,0,方向向右,解：,(1),由,A,、,B,系统动量守恒定律得：,M,v,0,m,v,0,(,M,m,),v,34,(2),A,向左运,动速度减为零时，到达最远处，此时板车移动,位移为,s,，速度为,v,，则由动量守恒定律,得：,