第2节 动量守恒定律及其应用
学习目标:1.[物理观念]知道牛顿运动定律和动量守恒定律的关系,能用牛顿运动定律推导动量守恒定律. 2.[科学思维]理解动量守恒定律的确切含义和表达式.会运用动量守恒定律解决实际问题. 3.[科学态度与责任]知道什么是反冲运动,了解它在实际中的简单应用. 4.[科学态度与责任]了解火箭的飞行原理和主要用途.
一、动量守恒定律
1.动量守恒定律的内容:一个系统不受外力或者所受合外力为0时,这个系统的总动量保持不变.
2.动量守恒定律的成立条件
(1)系统不受外力的作用.
(2)系统受外力作用,但合外力为零.
(3)系统受外力的作用,合外力也不为零,但合外力远小于内力.这种情况严格地说只是动量近似守恒,但却是最常见的情况.
(4)系统受外力,但在某一方向上合外力为零,则系统在这一方向上,动量守恒.
3.动量守恒定律的表达式
(1)p=p′(系统相互作用前的总动量p等于相互作用后的总动量p′).
(2)Δp1=-Δp2(相互作用的两个物体组成的系统,一个物体动量的变化量与另一个物体动量的变化量大小相等、方向相反).
(3)Δp=0(系统总动量的增量为零).
(4)m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′(相互作用的两个物体组成的系统,作用前的动量和等于作用后的动量和).
4.适用范围:动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一,不仅低速、宏观领域遵循这一规律,高速(接近光速)、微观(分子、原子的尺度)领域也遵循这一规律.
二、反冲运动与火箭
1.反冲运动
根据动量守恒定律,一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某一个方向运动,另一部分向相反方向运动的现象.
2.火箭
(1)原理:火箭的飞行应用了反冲的原理,靠喷出气流的反作用来获得巨大速度.
(2)影响火箭获得速度大小的因素:一是喷气速度,喷气速度越大,火箭能达到的速度越大;二是燃料质量越大,负荷越小,火箭能达到的速度也越大.
3.反冲运动的应用和防止
(1)灌溉喷水器、反击式水轮机、喷气式飞机、火箭等都是利用了反冲运动.
(2)消防高压水枪、射击步枪等的反冲作用都必须采取措施加以防止.
1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)如果系统的机械能守恒,则动量不一定守恒. (√)
(2)只要系统内存在摩擦力,动量不可能守恒. (×)
(3)做匀速圆周运动的物体动量是守恒的. (×)
(4)一切反冲现象都是有益的. (×)
2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后,火箭做加速运动的原因是( )
A.燃料推动空气,空气的反作用力推动火箭
B.火箭发动机用力将燃料燃烧产生的气体向后推出,气体的反作用力推动火箭
C.火箭吸入空气,然后向后排出,空气对火箭的反作用力推动火箭
D.火箭燃料燃烧发热,加热周围空气,空气膨胀推动火箭
B [火箭的工作原理是利用反冲运动,是火箭燃料燃烧产生的高温、高压燃气从尾喷管迅速喷出时使火箭获得反冲速度,故正确答案为选项B.]
3.A、B两物体在光滑水平地面上沿一直线相向而行,A质量为5 kg,速度大小为10 m/s,B质量为2 kg,速度大小为5 m/s,两者相碰后,A沿原方向运动,速度大小为4 m/s,则B的速度大小为( )
A.10 m/s B.20 m/s
C.30 m/s D.40 m/s
A [以A物体的速度方向为正方向.则vA=10 m/s,vB=-5 m/s,p=pA+pB=5×10 kg·m/s+2×(-5) kg·m/s=40 kg·m/s.碰撞后,由动量守恒定律得p=mAvA′+mBvB′,解得vB′=10 m/s,与A的速度方向相同,故选项A正确.]