选修3-5 动量 动量守恒定律1、冲量冲量可以从两个侧面的定义或解释。作用在物体上的力和力的作用时间的乘积, 叫做该力对这物体的冲量。冲量是力对时间的累积效应。力对物体的冲量, 使物体的动量发生变化; 而且冲量等于物体动量的变化。冲量的表达式I = Ft。单位是牛顿秒冲量是矢量, 其大小为力和作用时间的乘积, 其方向沿力的作用方向。如果物体在时间t内受到几个恒力的作用, 则合力的冲量等于各力冲量的矢量和, 其合成规律遵守平行四边形法则。2、动量可以从两个侧面对动量进行定义或解释。物体的质量跟其速度的乘积, 叫做物体的动量。动量是物体机械运动的一种量度。动量的表达式P = mv。单位是千克米 / 秒。动量是矢量, 其方向就是瞬时速度的方向。因为速度是相对的, 所以动量也是相对的, 我们啊3、动量定理物体动量的增量, 等于相应时间间隔力, 物体所受合外力的冲量。表达式为I = 或。运用动量定理要注意动量定理是矢量式。合外力的冲量与动量变化方向一致, 合外力的冲量方向与初末动量方向无直接联系。合外力可以是恒力, 也可以是变力。在合外力为变力时, F可以视为在时间间隔t内的平均作用力。动量定理不仅适用于单个物体, 而且可以推广到物体系。4、动量守恒定律当系统不受外力作用或所受合外力为零, 则系统的总动量守恒。动量守恒定律根据实际情况有多种表达式, 一般常用等号左右分别表示系统作用前后的总动量。运用动量守恒定律要注意以下几个问题: 动量守恒定律一般是针对物体系的, 对单个物体谈动量守恒没有意义。对于某些特定的问题, 例如碰撞、爆炸等, 系统在一个非常短的时间内, 系统内部各物体相互作用力, 远比它们所受到外界作用力大, 就可以把这些物体看作一个所受合外力为零的系统处理, 在这一短暂时间内遵循动量守恒定律。计算动量时要涉及速度, 这时一个物体系内各物体的速度必须是相对于同一惯性参照系的, 一般取地面为参照物。动量是矢量, 因此“系统总动量”是指系统中所有物体动量的矢量和, 而不是代数和。动量守恒定律也可以应用于分动量守恒的情况。有时虽然系统所受合外力不等于零, 但只要在某一方面上的合外力分量为零, 那么在这个方向上系统总动量的分量是守恒的。动量守恒定律有广泛的应用范围。只要系统不受外力或所受的合外力为零, 那么系统内部各物体的相互作用, 不论是万有引力、弹力、摩擦力, 还是电力、磁力, 动量守恒定律都适用。系统内部各物体相互作用时, 不论具有相同或相反的运动方向; 在相互作用时不论是否直接接触; 在相互作用后不论是粘在一起, 还是分裂成碎块, 动量守恒定律也都适用。5、动量与动能、冲量与功、动量定理与动能定理、动量守恒定律与机械能守恒定律的比较。动量与动能的比较:动量是矢量, 动能是标量。动量是用来描述机械运动互相转移的物理量而动能往往用来描述机械运动与其他运动(比如热、光、电等)相互转化的物理量。比如完全非弹性碰撞过程研究机械运动转移速度的变化可以用动量守恒, 若要研究碰撞过程改变成内能的机械能则要用动能为损失去计算了。所以动量和动能是从不同侧面反映和描述机械运动的物理量。冲量与功的比较, 冲量描述的是力的时间累积效应, 功是力的空间累积效应。冲量是矢量, 功是标量。冲量过程一般伴随着动量的变化过程, 而做功过程一般伴随着动能的改变过程。至于究竟从哪一角度来研究, 要根据实际需要来决定。动量定理与动能定理的比较, 两个定理是冲量与动量变化, 功与动能变化之间关系的具体表述。前一个是矢量式, 后一个是标量式。在一个物体系内, 作用力与反作用力冲量总是等值反向, 并在一条直线上, 内力冲量的矢量和等于零, 但内力功的代数和不一定为零, 在子弹打木块的问题中一对滑动摩擦力做功的代数和等于系统内能的增量。动量守恒定律与机械能守恒定律比较, 前者是矢量式, 有广泛的适用范围, 而后者是标量式其适用范围则要窄得多。这些区别在使用中一定要注意。6、碰撞两个物体相互作用时间极短, 作用力又很大, 其他作用相对很小, 运动状态发生显著化的现象叫做碰撞。以物体间碰撞形式区分, 可以分为“对心碰撞”(正碰), 而物体碰前速度沿它们质心的连线; “非对心碰撞”中学阶段不研究。以物体碰撞前后两物体总动能是否变化区分, 可以分为:“弹性碰撞”。碰撞前后物体系总动能守恒; “非弹性碰撞”, 完全非弹性碰撞是非弹性碰撞的特例, 这种碰撞, 物体在相碰后粘合在一起, 动能损失最大。各类碰撞都遵守动量守恒定律和能量守恒定律, 不过在非弹性碰撞中, 有一部分动能转变成了其他形式能量, 因此动能不守恒了。验证动量守恒定律（实验、探究）【实验目的】研究在弹性碰撞的过程中，相互作用的物体系统动量守恒【实验原理】图-1利用图-1的装置验证碰撞中的动量守恒，让一个质量较大的球从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端上的另一个质量较小的球发生碰撞，两球均做平抛运动由于下落高度相同，从而导致飞行时间相等，我们用它们平抛射程的大小代替其速度小球的质量可以测出，速度也可间接地知道，如满足动量守恒式m1v1=m1v1+m2v2，则可验证动量守恒定律进一步分析可以知道，如果一个质量为m1，速度为v1的球与另一个质量为m2，速度为v2的球相碰撞，碰撞后两球的速度分别为v1和v2，则由动量守恒定律有：m1v1+m2v2=m1v1+m2v2【实验器材】图-2两个小球（大小相等，质量不等）；斜槽；重锤线；白纸；复写纸；天平；刻度尺；圆规【实验步骤】1.用天平分别称出两个小球的质量m1和m2；2.按图-2安装好斜槽，注意使其末端切线水平，并在地面适当的位置放上白纸和复写纸，并在白纸上记下重锤线所指的位置O点.3.首先在不放被碰小球的前提下，让入射小球从斜槽上同一位置从静止滚下，重复数次，便可在复写纸上打出多个点，用圆规作出尽可能小的圆，将这些点包括在圆内，则圆心就是不发生碰撞时入射小球的平均位置P点（图-40）；4.将被碰小球放在斜槽末端上，使入射小球与被碰小球能发生正碰；5.让入射小球由某一定高度从静止开始滚下，重复数次，使两球相碰，按照步骤(3)的办法求出入球落地点的平均位置M和被碰小球落地点的平均位置N；6.过ON在纸上做一条直线，测出OM、OP、ON的长度；7.将数据代入下列公式，验证公式两边数值是否相等（在实验误差允许的范围内）：m1OP=m1OM+m2ON【注意事项】1“水平”和“正碰”是操作中应尽量予以满足的前提条件2测定两球速度的方法，是以它们做平抛运动的水平位移代表相应的速度 3斜槽末端必须水平，检验方法是将小球放在平轨道上任何位置，看其能否都保持静止状态4入射球的质量应大于被碰球的质量5入射球每次都必须从斜槽上同一位置由静止开始滚下方法是在斜槽上的适当高度处固定一档板，小球靠着档板后放手释放小球6实验过程中，实验桌、斜槽、记录的白纸的位置要始终保持不变7m1OP=m1OM+m2ON式中相同的量取相同的单位即可【误差分析】误差来源于实验操作中，两个小球没有达到水平正碰，一是斜槽不够水平，二是两球球心不在同一水平面上，给实验带来误差每次静止释放入射小球的释放点越高，两球相碰时作用力就越大，动量守恒的误差就越小应进行多次碰撞，落点取平均位置来确定，以减小偶然误差下列一些原因可能使实验产生误差：1若两球不能正碰，则误差较大；2斜槽末端若不水平，则得不到准确的平抛运动而造成误差；3O、P、M、N各点定位不准确带来了误差；4测量和作图有偏差；5仪器和实验操作的重复性不好，使得每次做实验时不是统一标准【典型例题】图-3图-4例1（2000年全国高考）某同学用如图-3所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律图中PQ是斜槽，QR为水平槽实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹重复上述操作10次，得到10个落点痕迹，再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹重复这种操作10次如图-41中O点是水平槽末端R在记录纸上的垂直投影点B球落点痕迹如图-41所示，其中米尺水平放置，且平行于G、R、O所在的平面，米尺的零点与O点对齐（1）碰撞后B球的水平射程应取为_cm（2）在以下选项中，哪些是本次实验必须进行的测量？答：_（填选项号） A. 水平槽上未放B球时，测量A球落点位置到O点的距离 B. A球与B球碰撞后，测量A球落点位置到O点的距离 C. 测量A球或B球的直径 D. 测量A球和B球的质量（或两球质量之比） E. 测量G点相对于水平槽面的高度解析（1）如图-4中画出了B球的10个落点位置，实验中应取平均位置方法是：用最小的圆将所有点圈在里面，圆心位置即为落点平均位置，找准平均位置，读数时应在刻度尺的最小刻度后面再估读一位答案为64.7cm（从64.2cm到65.2cm的范围内都正确）（2）本实验的装置将教材上的实验装置作了微小变化，把放被碰小球的支座去掉，而把被碰小球放在靠近槽末端的的地方，使得被碰小球B和入射小球A都从O点开始做平抛运动，且两球平抛时间相同，以平抛时间为时间单位，则平抛的水平距离在数值上等于平抛初速度设A未碰B，平抛水平位移为sA；A、B相碰后，A、B两球的水平位移分别为sA、sB，A、B质量分别为mA、mB，则碰前A的动量可写成mAsA，碰后A、B总动量为mAsA+mBsB，要验证动量是否守恒，即验证以上两动量是否相等，所以该实验应测量的物理量有：mA、mB、sA、sA、sB该题答案是ABD答案 64.7cm ABD评注 本题改变实验条件，在新的情景中寻求需测量的物理量，注重发现问题的能力和创新能力的考查例2实验中的小球必须使用光滑坚硬的小球，这是为什么？解析 这是为了两球在碰撞时尽量减小能量损失因为在碰撞时若为非理想的弹性碰撞，则内力之功一部分要变为内能由于采用了光滑的钢球，这个影响不太大，误差约在3以内，倘若球不够坚硬，或其表面粗糙，影响就较严重了评注 这项注意事项是做好这个实验的一个很重要的措施图-5例3某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验，在小车A的前端黏有橡皮泥，设法使小车A做匀速直线运动，然后与原来静止的小车B相碰并黏在一起，继续做匀速运动，设计如图-5所示：图-6在小车A的后面连着纸带，电磁打点计时器的频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力（1）若已得到打点纸带如图-6所示，并测得各计数点间的距离在图上标出A为运动起始的点，则应选_段来计算A碰前的速度，应选_段来计算A和B碰后的共同速度（2）已测得小车A的质量mA=0.4kg，小车B的质量mB=0.20kg，则由以上结果可得碰前总动量=_kgm/s，碰后总动量=_kgm/s解析 因为小车A与B碰撞前、后都做匀速运动，且碰后A与B粘合在一起，其共同速度比A原来的速度小所以应选点迹分布均匀且点距较大的BC段计算A的碰前速度，点间距小的DE段计算A和B碰后的共同速度由图可知，碰前A的速度和碰后AB的共同速度分别为 故碰撞前后的总动量分别为：P=mAvA=0.40 1.05kg m/s=0.42kg m/sP=（m