高中物理-动量守恒定律及其应用(实验)教案

高中物理-动量守恒定律及其应用(实验)教案

【学习目标】

1．知道动量与冲量的概念，理解动量定理与动量守恒定律．

2．会用动量定理与动量守恒定律解决实际应用问题．

3．明确探究碰撞中的不变量的基本思路．

【要点导学】

1．冲量与动量的概念理解．

2．运用动量定理研究对象与过程的选择．

3．动量守恒定律的适用条件、表达式及解题步骤．

4．弹性碰撞和非弹性碰撞

（1）弹性碰撞：___________________________________

（2）非弹性碰撞：____________________________________

（3）在光滑水平面上，质量为m 1的小球以速度v 1与质量为m 2的静止小球发生弹性正碰，根据动

量守恒和机械能守恒，碰后两个小球的速度分别为：

v 1’=_____________v 2’=_____________。

【典型例题】

类型一 冲量与动量定理

【例1】质量为m 的小球，从沙坑上方自由下落，经过时间1t 到达沙坑表面，又经过时间2t 停在

沙坑里。 求：

（1）沙对小球的平均阻力F ；

（2）小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I 的大小．

类型二 动量守恒定律及守恒条件判断

【例2】 把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平面上，枪发射出一颗子弹时，关于枪、

弹、车，下列说法正确的是（ ）

A ．枪和弹组成的系统，动量守恒

B ．枪和车组成的系统，动量守恒

C ．三者组成的系统，因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小，使系统的动量变化很小，可以忽略不计，

故系统动量近似守恒

D ．三者组成的系统，动量守恒，因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用，这两个外力的

合力为零

【变式训练1】如图A 、B 两物体的质量之比m A ∶m B ＝3∶2，原来静止在平板小车C 上，A 、B

间有一根被压缩了的弹簧，A 、B 与平板车上表面间的滚动摩擦系数相同，地面光滑，当弹簧突然

释放后，则（ ） A ．A 、B 组成的系统动量守恒

B ．A 、B 、

C 组成的系统动量守恒

C ．小车向左运动

D ．小车向右运动

类型三 动量守恒与能量守恒的综合应用

【例3】在静止的湖面上有一质量为M=100kg 的小船，船上站一个质量为m=50kg 的人。船长6

A B C

米，最初人和船静止，当人从船头走到船尾，船后退多大距离？(忽略水的阻力)

【例4】质量相等的A、B两球在光滑水平面上沿同一直线、向同一方向运动, A球的动量为7 kg·m/s, B球的动量为 5 kg·m/s, 当A球追上B球发生碰撞后, A、B两球的动量可能为（）

A. p A=6 kg·m/s p B=6 kg·m/s

B. p A=3 kg·m/s p B=9 kg·m/s

C. p A=－2 kg·m/s p B=14 kg·m/s

D. p A=－4 kg·m/s p B=16 kg·m/s

【例5】如图描述了子弹以初速度v0射入木块，最终没有射穿的情形，设子弹的质量为m，木块的质量为M，这一过程中木块的对地位移为s1，子弹的对地位移为s2，子弹钻入的深度为Δs，试根据动量守恒定律和动能定理完成以下计算：

（1）子弹与木块的共同速度;

（2）子弹通过摩擦力对木块做的功;

（3）木块通过反作用的摩擦力对子弹做的功;

（4）一对相互作用的摩擦力对子弹与木块构成的系统做的总功.

【例6】如图所示，A车的质量为m，沿光滑水平面以速度v向质量为3m的静止B车运动，A车碰上B车后将弹簧压缩，求此后的运动过程中：

（1）弹簧的最大弹性势能

（2）B车的最大速度

【变式训练2】如图所示，质量m1=0.3 kg 的小车静止在光滑的水平面上，车长L=15 m,现有质量m2=0.2 kg可视为质点的物块，以水平向右的速度v0=2 m/s从左端滑上小车，最后在车面上某处与小车保持相对静止．物块与车面间的动摩擦因数 =0.5，,取g=10 m/s2，

求：（1）物块在车面上滑行的时间t；

（2）要使物块不从小车右端滑出，物块滑上小车左端的速度v′不超过多少．

类型四探究碰撞中的不变量(验证动量守恒定律)

【例7】在实验室里为了验证动量守恒定律，一般采用如图甲、乙两种装置：

1．若入射小球质量为m1，半径为r1；被碰小球质量为m2，半径为r2，则( ) A．m1>m2r1>r2B．m1>m2 r1

C．m1>m2r1=r2D．m1

2．若采用乙装置进行实验，以下所提供的测量工具中必需的是( )

A．直尺B．游标卡尺C．天平D．弹簧秤E．秒表

3．设入射小球的质量为m1，被碰小球的质量为m2，则在用甲装置实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置)，所得“验证动量守恒定律”的结论为(用装置图中的字母表示) ：

4．在实验装置乙中，若斜槽轨道是光滑的，则可以利用一个小球验证小球在斜槽上下滑过程中的机械能守恒．这时需要测是的物理量有：小球释放初位置到斜槽末端的高度差h1，小球从斜槽末端做平抛运动的水平位移s、竖直高度h2，则所需验证的关系式为：

【变式训练3】像打点计时器一样，光电计时器也是一种研究物体运动情况的常用计时仪器，气垫导轨是常用的一种实验仪器．它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫，使滑块悬浮在导轨上，滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦．

我们可以用带光电门E、F的气垫导轨以及滑块A和B来验证动量守恒定律，实验装置如图1所示，采用的实验步骤如下：

①用天平分别测出滑块A、B的质量m A、m B．

②调整气垫导轨，使导轨处于水平．

③在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧，用电动卡销锁定，静止放置在气垫导轨上．

④用游标卡尺测量小滑块的宽度d，示数如图2所示。读出滑块的宽度

d ＝cm．

⑤按下电钮放开卡销，光电门E、F各自连接的计时器显示的挡光时间分别为5.0×10-3s和

3.4×10-3s．滑块通过光电门E的速度v1= m/s，滑块通过光电门F的速度

v2 = m/s．

1．利用上述测量的实验数据，验证动量守恒定律的表达式是．2．利用上述实验数据能否测出被压缩弹簧的弹性势能的大小？如能，请写出表达式．

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