动量守恒定律的应用
解得:S= 每颗子弹射入靶的过程中,小船后退的距离都相同,因此n颗子弹全部 射入的过程,小船后退的总距离为nS=.
4、动量守恒定律的同时性
动量守恒定律方程两边的动量分别是系统在初、末态的总动量,初 态动量的速度都应该是互相作用前同一时刻的瞬时速度,末态动量中的 速度都必须是相互作用后同一时刻的瞬时速度。
在小球上升过程中,由水平方向系统动量守恒得: 由系统机械能守恒得: 解得 全过程系统水平动量守恒,机械能守恒,得
二、动量守恒定律四性 (1)、动量守恒定律的系统性
动量守恒定律描述的对象是由两个以上的物体构成的系统,研究的 对象具有系统性。
例1、一门旧式大炮在光滑的平直轨道上以V=5m/s的速度匀速前进,炮
0.8m/s,向右 5、总质量为M的火箭模型 从飞机上释放时的速度为v0,速度方向水平。
火箭向后以相对于地面的速率u喷出质量为m的燃气后,火箭本身的 速度变为多大? 解:火箭喷出燃气前后系统动量守恒。喷出燃气后火箭剩余质量变为M-
m,以v0方向为正方向,
课后检测
1、在质量为M的小车中挂有一单摆,摆球的质量为
A.a、c两车的运动速率相等 B.a、b两车的运动速率相等 C.三辆车的运动速率关系为vc>va>vb D.a、c两车的运动方向一定相反
4、质量为2kg的小车以2m/s的速度沿光滑的水平面向右运动,若将质量 为2kg的砂袋以3m/s的速度迎面扔上小车,则砂袋与小车一起运动的 速度的大小和方向是( C ) A.2.6m/s,向右 B.2.6m/s,向左 C.0.5m/s,向左 D.
时,物体炸裂成a、b两块,若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的
方向,则 (C、D )
A.b的速度方向一定与原速度方向相反 B.从炸裂到落地的这段时
间里,a飞行的水平距离一定比b的大
C.a、b一定同时到达水平地面 D.在炸裂过程中,a、b受到的
爆炸力的冲量大小一定相等
8.两质量均为M的冰船A、B静止在光滑冰面上,轴线在一条直线上,
动量守恒定律的应用
教学目标:1.知道应用动量守恒定律解决问题时应注意的问题
2.掌握应用动量守恒定律解决问题的一般步骤 3.会应用动量定恒定律分析、解决碰撞、爆炸等物体相互 作用的问题
教学重点:熟练掌握正确应用动量守恒定律解决有关力学问题的正确
步骤
教学难点:守恒条件的判断,守恒定律的条件性、整体性、矢量性、
相对性、瞬时性
教学方法:讨论,总结;通过实例分析,明确动量守恒定律的矢量
性、同时性和相对性
教学用具:投影片、物理课件 教学过程:
【复习导入新课】:1.动量守恒的条件是什么?2.动量守恒定
律的研究对象是什么? 在实际生活中,物体之间的相互作用种类很多,比如碰撞、爆炸等
问题,本节课我们就应用动量守恒定律来解决这些问题.
身质量为M=1000kg,现将一质量为m=25kg的炮弹,以相对炮身的速 度大小u=600m/s与V反向水平射出,求射出炮弹后炮身的速度V/. 解:以地面为参考系,设炮车原运动方向为正方向,根据动量定律有:
(M+m)V=MV/+m[─(u─V/)] 解得
(2)、动量守恒定律的矢量性
动量守恒定律的表达式是矢量方程,对于系统内各物体相互作用前 后均在同一直线上运动的问题,应首先选定正方向,凡与正方向相同的
由动量守恒定律得:(M+m)V0=MV+m(V-u) 解得:
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1、如图所示,用细线挂一质量为M的木块,有一质量为m的子弹自左向 右水平射穿此木块,穿透前后子弹的速度分别为
和v(设子弹穿过木块的时间和空气阻力不计),木块的速度大小为( B ) A.
B.
C. D.
2、如图所示,A、B两物体的质量比mA∶mB=3∶2,它们原来静止在平 板车C上,
D.小车和摆球的速度都变为
,木块的速度变为
,满足
2、车厢停在光滑的水平轨道上,车厢后面的人对前壁发射一颗子弹。设
子弹质量为m,口速度v,车厢和人的质量为M,则子弹陷入前车壁
后,车厢的速度为( D )
A.mv/M,向前
B.mv/M,向后
C.mv/(m+M),向前 D.0
3、向空中发射一物体,不计空气阻力。当此物体的速度恰好沿水平方向
例3、某人在一只静止的小船上练习射击,船、人和枪(不包含子弹)
及船上固定靶的总质量为M,子弹质量m,枪口到靶的距离为L,子 弹射出枪口时相对于枪口的速率恒为V,当前一颗子弹陷入靶中时, 随即发射后一颗子弹,则在发射完全部n颗子弹后,小船后退的距离 多大?(不计水的阻力) 解: 设子弹运动方向为正方向,在发射第一颗子弹的过程中小船后退的 距离为S,根据题意知子弹飞行的距离为(L─S),则由动量守恒定律 有:m(L─S)─[M+(n─1)m]S=0
例4、平静的水面上有一载人小船,船和人共同质量为M,站立在船上
的人手中拿一质量为m的物体。起初人相对船静止,船、人、物体以 共同速度V0前进,当人相对于船以速度u向相反方向将物体抛出时, 人和船的速度为多大?(水的阻力不计)。 解:物体被抛出的同时,船速已发生变化,不再是原来的V0,而变成了 V,即V与u是同一时刻,抛出后物对地速度是(V-u).
3、单方向守恒:系统在某一方向上不受外力或受到的合外力 为零,系统总动量在这个方向上守恒
例3、如图所示,AB为一光滑水平横杆,杆上套一质量为M的小圆环,
环上系一长为L质量不计的细绳,绳的另一端拴一质量为m的小球, 现将绳拉直,且与AB平行,由静止释放小球,则当线绳与A B成θ角 时,圆环移动的距离是多少? 解:虽然小球、细绳及圆环在运动过程中合外力不为零(杆的支持力与 两圆环及小球的重力之和不相等)系统动量不守恒,但是系统在水平方 向不受外力,因而水平动量守恒。设细绳与AB成θ角时小球的水平速度 为v,圆环的水平速度为V,则由水平动量守恒有:MV=mv 且在任意时刻或位置V与v均满足这一关系,加之时间相同,公式中 的V和v可分别用其水平位移替代,则上式可写为:Md=m[(LLcosθ)-d]
动量取正,反之取负。对于方向未知的动量一般先假设为正,根据求得 的结果再判断假设真伪。
例2、质量为m的A球以水平速度V与静止在光滑的水平面上的质量为3m
的B球正碰,A球的速度变为原来的1/2,则碰后B球的速度是(以V 的方向为正方向).
A.V/2, B.─V C.─V/2 D.V/2 解:碰撞后A球、B球若同向运动,A球速度小于B球速度,因此,A球碰撞
A、动量守恒、机械能守恒
B、动量不守恒、机械能不守恒 C、动量守恒、机械能不守恒 D、动量不守恒、机械能守恒 解:若以子弹、木块和弹簧合在一起作为研究对象(系统),从子弹开始 射入木块到弹簧压缩至最短时,弹簧固定端墙壁对弹簧有外力作用, 因此动量不守恒.而在子弹射入木块时,存在剧烈摩擦作用,有一部
分能量将转化为内能,机械能也不守恒.实际上,在子弹射入木块这 一瞬间过程,取子弹与木块为系统则可认为动量守恒(此瞬间弹簧尚 未形变).子弹射入木块后木块压缩弹簧过程中,机械能守恒,但动 量不守恒.物理规律总是在一定条件得出的,因此在分析问题时,不 但要弄清取谁作研究对象,还要弄清过程的阶段的选取,判断各阶段 满足物理规律的条件.
后方向一定改变,A球动量应m(─V/2). 由动量守恒定律得:,V/=V/2.故D正确。
(3)、动量守恒定律的相对性
动量守恒定律表达式中各速度必须是相对同一参考系。因为动量中 的速度有相对性,在应用动量守恒定律列方程时,应注意各物体的速度 必须是相对同一参考系的速度。若题设条件中物体不是相对同一参考系 的,必须将它们转换成相对同一参考系的,必须将它们转换成相对同一 参考系的速度。一般以地面为参考系。
【讲授新课】 一、动量守恒条件的分析与应用 1、理想守恒情况:系统不受外力或外力的合力为零 例1、如图所示的装置中,木块B与水平桌面间的接触是光滑的,子弹A
沿水平方向射入木块后留在木块内,将弹簧压缩到最短.现将子弹、 木块和弹簧合在一起作为研究对象(系统),则此系统在从子弹开始 射入木块到弹簧压缩至最短的整个过程中:
,小车(和单摆)以恒定的速度V沿光滑水平地面运动,与位于正对面 的质量为m的静止木块发生碰撞,碰撞的时间极短。在此碰撞过程 中,下列哪个或哪些说法是可能发生的 ( BC ) A.小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别变为
、Байду номын сангаас
、
,满足
B.摆球的速度不变,小车和木块的速度变为
和
,满足
C.摆球的速度不变,小车和木块的速度都变为v,满足 MV(M+m)v
A.A、B系统动量守恒 B.A、B、C系统动量守恒 C.小车向左运动 D.小车向右运动
2、如图所示,两带电金属球在绝缘的光滑水平桌面上沿同一直线相向运 动,A球带电为-q,B球带电为+2q,下列说法中正确的是 ( AD ) A.相碰前两球的运动过程中,两球的总动量守恒 B.相碰前两球的总动量随两球的距离逐渐减小而增大 C.相碰分离后的两球的总动量不等于相碰前两球的总动量,因为两
2、近似情况:系统虽受外力作用,但外力远小于内力,系统 总动量近似守恒 例2、质量为M的小车中挂有一个单摆,摆球的质量为M0,小车和单摆
以恒定的速度V0不沿水平地面运动,与位于正对面的质量为M1的静 止木块发生碰撞,碰撞时间极短,在此过程中,下列哪些说法是可 能发生的( ) A.小车、木块、摆球的速度都发生变化,分别为V1、V2和V3,且满 足:(M+M0)V0=MV1+M1V2+M0V3; B.摆球的速度不变,小车和木块的速度为V1、V2,且满足: MV0=MV1+M1V2; C.摆球的速度不变,小车和木块的速度都为V,且满足: MV0=(M+M1)V; D.小车和摆球的速度都变为V1,木块的速度变为V2,且满足: (M+M0)V0=(M+M0)V1+M1V2 解:小车与木块相碰,随之发生的将有两个过程:其一是,小车与木块 相碰,作用时间极短,过程结束时小车与木块速度发生了变化,而小 球的速度未变;其二是,摆球将要相对于车向右摆动,又导致小车与 木块速度的改变。但是题目中已明确指出只需讨论碰撞的极短过程, 不需考虑第二过程。因此,我们只需分析B、C两项。其实,小车与木 块相碰后,将可能会出现两种情况,即碰撞后小车与木块合二为一或 它们碰后又分开,前者正是C项所描述的,后者正是B项所描述的,所 以B、C两项正确。