高一物理第十六章 动量守恒定律人教实验版 知识精讲.docVIP

高一物理第十六章 动量守恒定律人教实验版 【本讲教育信息】 一. 教学内容： 第十六章 动量守恒定律 1. 实验：探究碰撞中的不变量 2. 动量守恒定律（一） 3. 动量守恒定律（二） 二. 知识要点： 1. 理解碰撞过程中动量守恒的探究过程。 2. 理解动量守恒定律的理论推导过程，理解动量守恒的意义，记住动量守恒定律的三种表达式，会应用动量守恒解相关问题。 三. 重难点解析： 1. 碰撞中守恒量的探究 实验的基本思路 我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。 与物体运动有关的物理量可能有哪些呢?在一维碰撞的情况下只有物体的质量和物体的速度。设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前的速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v、v。如果速度与我们设定的方向一致，取正值，否则取负值。 现在的问题是，碰撞前后哪个物理量可能是不变的?质量是不变的，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”。速度在碰撞前后是变化的，但一个物体的质量与它的速度的乘积是不是不变量?如果不是，那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量?也就是说，关系式m1v1+m2v2=ml v+m2 v是否成立? 或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量?也就是说，关系式mlv+m2v=m1v+m2v是否成立? 也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变?也就是说，关系式 +=+是否成立? 也许…… 碰撞可能有很多情形。例如，两个质量相同的物体相碰撞，两个质量相差悬殊的物体相碰撞，两个速度大小相同、方向相反的物体相碰撞，一个运动物体与一个静止物体相碰撞……两个物体的质地不同，碰撞的情形也不一样。例如两个物体碰撞时可能碰后分开，也可能粘在一起不再分开…我们寻找的不变量必须在各种碰撞的情况下都不改变，这样才符合要求。 需要考虑的问题 实验中首要的问题是如何保证碰撞是一维的，即如何保证两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动。此外，还要考虑怎样测量物体的质量、怎样测量两个物体在碰撞前后的速度。 质量可以用天平测量，本实验要解决的主要问题是怎样保证物体沿同一直线运动和怎样测量物体的速度。 关于实验数据的处理，下面的表格可供参考。填表时要注意： 如果小球碰撞后运动的速度与原来的方向相反，应该怎样记录? 对于每一种碰撞的情况都要填写一个类似的表格，举例来说，如果每个表格中第一行第二列和第三列的求和的值都相等，那么很可能就是我们寻找的不变量。 结论：两个物体碰撞时质量与速度的乘积保持不变。 把质量与速度的乘积叫做动量，上述结论又可以叙述为，物体发生碰撞时总动量不变。2. 动量守恒定律 我们用牛顿运动定律分析两个小球的碰撞。可以看到，所得结论与动量守恒定律的结论相同。 如图所示，在水平桌面上做匀速运动的两个小球，质量分别是m1和m2，沿着同一直线向相同的方向运动，速度分别是v1和v2，且v2v1。当第二个小球追上第一个小球时两球碰撞。碰撞后的速度分别是v和v。碰撞过程中第一个球所受另一个球对它的作用力是F1，第二个球所受另一个球对它的作用力是F2。 根据牛顿第二定律，碰撞过程中l、2两球的加速度分别是 根据牛顿第三定律，F1与F2大小相等、方向相反，即 F1=一F2 所以m1a1=一m2a2 碰撞时两球之间力的作用时间很短，用△t表示，这样，加速度与碰撞前后速度的关系就是 a1=，a2= 把加速度的表达式代入 m1a1=一m2a2，移项后得到 m1v1+m2v2=ml v+m2 v （1） 它的物理意义是：两球碰撞前的动量之和等于碰撞后的动量之和。这个结果与动量守恒定律是一致的。 从上面的分析还可以看出，两个物体碰撞过程中的每个时刻都有F1=一F2，因此上面（1）式对过程中的任意两时刻的状态都适用，也就是说，系统的动量在整个过程中一直保持不变。因此，我们才说这个过程中动量是守恒的。 动量守恒定律的普适性 既然许多问题可以通过牛顿运动定律解决，为什么还要研究动量守恒定律? 从上面的例子可以看到，用牛顿定律解决问题要涉及整个过程中的力。有的时候，力的形式很复杂，甚至是变化的，解起来很复杂，甚至不能求解。但是动量守恒定律只涉及过程始末两个状态，与过程中力的细节无关。这样，问题往往能大大简化。 除此之外，两者还有更深刻的差别。近代物理的研究对象已经扩展到我们直接经验所不熟悉的高速（接近光速）、微观（小到分子、原子的尺度）领域。实验事实证明，在这些领域，牛顿运动定律不再适用，而动量守恒定律仍然正确。 电磁场是现代