【高中物理】動量守恒定律 課件 2022-2023學(xué)年高二上學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

1.3

動量守恒定律

1.相互作用的兩個物體的動量改變

內(nèi)力與外力物體間的作用是相互的，作用力與反作用力的沖量會同時引起相互作用物體的動量的變化。幾個有相互作用的物體構(gòu)成一個系統(tǒng)。系統(tǒng)外的物體對系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力稱為外力。系統(tǒng)內(nèi)物體間的相互作用力稱為內(nèi)力。實驗結(jié)果提示我們，系統(tǒng)不受外力，系統(tǒng)內(nèi)物體動量的矢量和是守恒量。若系統(tǒng)受到外力作用，其動量的矢量和還是守恒量嗎?一起演繹推理兩個質(zhì)量為m1、m2沿同一直線運動的物體構(gòu)成一個系統(tǒng)。兩物體分別受到外力F1和F2的作用，它們之間的相互作用力分別為F1內(nèi)和F2內(nèi)，各力的作用時間均為Δt；在相互作用的始、末時刻，m1的速度為v10和v1，m2的速度為v20和v2以m1為研究對象，其受到F1與F1內(nèi)的作用，根據(jù)動量定理，有(F1+F1內(nèi))Δt=m1v1-m1v10以m2為研究對象，其受到F2與F2內(nèi)的作用，根據(jù)動量定理，有(F2+F2內(nèi))Δt=m2v2-m2v20一起演繹推理由牛頓第三定律F1內(nèi)=-F2內(nèi)由此可得(F1+F2)Δt=(m1v1+m2v2)-(m1v10+m2v20)上式中，等式右邊的兩項分別為兩物體相互作用前、后的動量之和,即系統(tǒng)始、末狀態(tài)的動量。由此可知，系統(tǒng)動量的變化是受到外力作用的緣故。如果系統(tǒng)所受到的外力之和為零，即F1+F2=0，則有(m1v1+m2v2)-(m1v10+m2v20)=0即m1v10+m2v20=m1v1+m2v2由此可知，當m1、m2構(gòu)成的系統(tǒng)所受外力之和為零時，相互作用前、后系統(tǒng)的動量不變。2.動量守恒定律的普適性

迄今為止，物理學(xué)的發(fā)展史上還未發(fā)現(xiàn)違背動量守恒定律的事例。因此,在分析新的現(xiàn)象或?qū)嶒灲Y(jié)果時，如果發(fā)現(xiàn)似乎違背動量守恒定律的情況,物理學(xué)家總是提出一些新的假設(shè)，使之滿足動量守恒的規(guī)律，而這些假設(shè)往往最終都被新的發(fā)現(xiàn)所證實。大到宇宙天體，小到原子、基本粒子，動量守恒定律總是成立的。3.笛卡爾和惠更斯關(guān)于碰撞的研究

笛卡爾關(guān)于碰撞的研究笛卡兒（Descar1596－1650）：法國，數(shù)學(xué)家，哲學(xué)家，物理學(xué)家，著有《哲學(xué)原理》等，認為上帝造物主確定了運動量守恒原理，并通過碰撞的研究認識到物體的慣性定律。但僅停留在概念的提出，沒有成功的解決力學(xué)體系問題。1644年出版《哲學(xué)原理》中寫到：“上帝在創(chuàng)造物質(zhì)的時候，就賦予物質(zhì)各部分以不同的運動，而且使所有物質(zhì)保持創(chuàng)造出來時所處的方式和狀態(tài)。所以，上帝也就使這些物質(zhì)保持著原來的運動的量?！薄拔镔|(zhì)由一定的量的運動，這個量是從來不增加也從來不減少的。雖然在物質(zhì)的某些部分中有時候有所增減，就是因為這個緣故，當一部分物質(zhì)以兩倍于另一部分物質(zhì)的速度運動，而另一部分物質(zhì)卻大于這一部分物質(zhì)的兩倍時，我們應(yīng)該認為這兩部分的物質(zhì)具有等量的運動，并且認為每當一個部分的運動減少時，另一部分的運動就相應(yīng)的增加?！被莞龟P(guān)于碰撞的研究上述論述說明，雖然笛卡兒沒有明確“動量”的概念，但他已把“動量”作為運動的量度。這里表述的就是“動量守恒”的思想。動量的方向性還是由惠更斯首先提出，并將矢量概念引入到物理學(xué)當中，且完整表述了動量守恒定律。由于碰撞的研究對于力學(xué)的研究具有明顯的重要性，1668年倫敦皇家學(xué)會懸賞征文，有三人提出了關(guān)于碰撞的論文，他們是英國的數(shù)學(xué)物理學(xué)家約翰·瓦利斯(JohnWallis)和英國的數(shù)學(xué)家及建筑師克利斯托夫·倫恩(ChristopherWren)，以及荷蘭的惠更斯?；莞龟P(guān)于碰撞的研究瓦利斯首先獲得了結(jié)果，在他的論文（1669年）和一本關(guān)于力學(xué)的著作（1670年）中，他明確闡述了沖量和動量的概念，以及它們之間的聯(lián)系。他得出了非彈性中心碰撞中動量守恒的結(jié)論，并用公式表示為：m1v10±m(xù)2v20=(m1+m2)v1式中正負號表示碰撞前兩物體的運動方向相同還是相反。但公式中缺少方向。倫恩正確敘述了計算彈性碰撞的規(guī)則，但他沒有給出證明。惠更斯關(guān)于碰撞的研究惠更斯的碰撞研究，以下述三個假設(shè)作為出發(fā)點：運動起來的物體，在未受到阻礙作用時，將以不變的速度沿直線繼續(xù)運動。兩個具有相同質(zhì)量的物體，以相同的速度作對心碰撞后，兩者都以相同的速度向相反的速度運動。物體的運動以及他們的速度，必須看作是相對于另一些我們看作是靜止的物體而言的，而不必考慮這些物體是否還參與另外的共同運動……根據(jù)上述假設(shè)，惠更斯研究了兩個質(zhì)量相同的物體以不同的速度作對心碰撞的情形。他成功的運用了運動的相對性原理設(shè)計了一個思想實驗：在勻速運動的船上用兩個質(zhì)量相同的球以相同的速度（相對船）作對心碰撞，根據(jù)上②所述，它們將以相同的速度（相對船）彈開。但對于岸上的人來看，是兩個相同的球以不同的速度發(fā)生對心碰撞后，彼此交換速度。惠更斯關(guān)于碰撞的研究惠更斯還指出這種情形的一個特例是：一個運動著的球同一個質(zhì)量相等的靜止的球碰撞后，前者立即停止，后者則獲得這一速度前進。在關(guān)于碰撞的研究中，惠更斯還得出了動量守恒和機械能守恒定律等。動量守恒定律：“兩個物體所具有的運動量在碰撞中都可以增多或減少，但是它們的量值在同一個方向上的總和卻保持不變，如果減去反方向的運動量的話?！睓C械能守恒定律：“在兩個物體的碰撞中，他們的質(zhì)量和速度平方乘積的總和，在碰撞前后保持不變?！边@里第一次提出了mv2這個物理量碰撞現(xiàn)象的研究和動量守恒原理的發(fā)現(xiàn)，為建立作用和反作用定律準備了一定的條件，從而完成了伽利略以來為建立力學(xué)體系而作的奠基性工作。4.思考與練習(xí)

思考與練習(xí)在如圖所示的三種情境中，A和B組成的系統(tǒng)動量是否守恒？動能是否變化？簡述理由。(a)小球B與靠在墻角的物體A碰撞后以同樣大小的速度彈回。(b)人A在小車B上突然行走，小車后退(忽略小車與地面間的摩擦力)(c)木塊A在木板B上滑動,木塊與木板、木板與地面之間的接觸面均粗糙。光滑