高中物理 第三节动量守恒定律 人民版.docx

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高中物理第三节动量守恒定律人民版

2019-2020年高中物理第三节动量守恒定律人民版

一、教学目标

1．知道动量守恒定律的内容，掌握动量守恒定律成立的条件，并在具体问题中判断动量是否守恒。

2．学会沿同一直线相互作用的两个物体的动量守恒定律的推导。

3．知道动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律之一。

二、重点、难点分析

1．重点是动量守恒定律及其守恒条件的判定。

2．难点是动量守恒定律的矢量性。

三、教具

1．气垫导轨、光门和光电计时器，已称量好质量的两个滑块（附有弹簧圈和尼龙拉扣）。

2．计算机（程序已输入）。

四、教学过程

（一）引入新课

前面已经学习了动量定理，下面再来研究两个发生相互作用的物体所组成的物体系统，在不受外力的情况下，二者发生相互作用前后各自的动量发生什么变化，整个物体系统的动量又将如何？

（二）教学过程设计

1．以两球发生碰撞为例讨论“引入”中提出的问题，进行理论推导。

画图：

设想水平桌面上有两个匀速运动的球，它们的质量分别是m1和m2，速度分别是v1和v2，而且v1＞v2。

则它们的总动量（动量的矢量和）p=p1+p2=m1v1+m2v2。

经过一定时间m1追上m2，并与之发生碰撞，设碰后二者的速度分别为v1'和v2'，此时它们的动量的矢量和，即总动量p'=p1'+p2'=m1v1'+m2v2'。

板书：

p=p1+p2=m1v1+m2v2

p'=p1'+p2'=m1v1'+m2v2'

下面从动量定理和牛顿第三定律出发讨论p和p'有什么关系。

设碰撞过程中两球相互作用力分别是F1和F2，力的作用时间是t。

根据动量定理，m1球受到的冲量是F1t=m1v1'-m1v1；m2球受到的冲量是F2t=m2v2'-m2v2。

根据牛顿第三定律，F1和F2大小相等，方向相反，即F1t=-F2t。

板书：

F1t=m1v1'-m1v1①

F2t=m2v2'-m2v2②

F1t＝-F2t③

将①、②两式代入③式应有

板书：

m1v1'-m1v1=-（m2v2'-m2v2）

整理后可得

板书：

m1v1'+m2v2'=m1v1+m2v2

或写成p1'+p2'=p1+p2

就是p'=p

这表明两球碰撞前后系统的总动量是相等的。

分析得到上述结论的条件：

两球碰撞时除了它们相互间的作用力（这是系统的内力）外，还受到各自的重力和支持力的作用,但它们彼此平衡.桌面与两球间的滚动摩擦可以不计,所以说m1和m2系统不受外力，或说它们所受的合外力为零。

2．结论：

相互作用的物体所组成的系统，如果不受外力作用，或它们所受外力之和为零。

则系统的总动量保持不变。

这个结论叫做动量守恒定律。

做此结论时引导学生阅读课文。

并板书。

∑F外=0时p'=p

3．利用气垫导轨上两滑块相撞过程演示动量守恒的规律。

（1）两滑块弹性对撞（将弹簧圈卡在一个滑块上对撞）

光电门测定滑块m1和m2第一次（碰撞前）通过A、B光门的时间t1和t2以及第二次（碰撞后）通过光门的时间t1'和t2'。

光电计时器记录下这四个时间。

将t1、t2和t1'、t2'输入计算机，由编好的程序计算出v1、v2和v1'、v2'。

将已测出的滑块质量m1和m2输入计算机，进一步计算出碰撞前后的动量p1、p2和p1'、p2'以及前后的总动量p和p'。

由此演示出动量守恒。

注意：

在此演示过程中必须向学生说明动量和动量守恒的矢量性问题。

因为v1和v2以及v1'和v2'方向均相反，所以p1+p2实际上是|p1|-|p2|=0，同理p1'+p2'实际上是|p1'|-|p2'|。

（2）两滑块完全非弹性碰撞（将弹簧圈取下，两滑块相对面各安装尼龙子母扣）

为简单明了起见，可让滑块m2静止在两光电门之间不动（p2=0），滑块m1通过光门A后与滑块m2相撞，二者粘合在一起后通过光门B。

光门A测出碰前m1通过A时的时间t，光门B测出碰后m1+m2通过B时的时间t'。

将t和t'输出计算机，计算出p1和p1'+p2'以及碰前的总动量p（=p1）和碰后的总动量p'。

由此验证在完全非弹性碰撞中动量守恒。

（3）两滑块反弹（将尼龙拉扣换下，两滑块间挤压一弹簧片）

将两滑块置于两光电门中间，二者间挤压一弯成∩形的弹簧片（铜片）。

同时松开两手，钢簧片将两滑块弹开分别通过光电门A和B，测定出时间t1和t2。

将t1和t2输入计算机，计算出v1和v2以及p1和p2。

引导学生认识到弹开前系统的总动量p0=0，弹开后系统的总动量pt=|p1|-|p2|=0。

总动量守恒，其数值为零。

4．例题甲、乙两物体沿同一直线相向运动，甲的速度是3m/s，乙物体的速度是1m/s。

碰撞后甲、乙两物体都沿各自原方向的反方向运动，速度的大小都是2m/s。

求甲、乙两物体的质量之比是多少？

引导学生分析：

对甲、乙两物体组成的系统来说，由于其不受外力，所以系统的动量守恒，即碰撞前后的总动量大小、方向均一样。

由于动量是矢量，具有方向性，在讨论动量守恒时必须注意到其方向性。

为此首先规定一个正方向，然后在此基础上进行研究。

板书解题过程，并边讲边写。

板书：

讲解：

规定甲物体初速度方向为正方向。

则v1=+3m/s,v2=1m/s。

碰后v1'=-2m/s,v2'=2m/s

根据动量守恒定律应有m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'移项整理后可得m1比m2为

代入数值后可得m1/m2=3/5，即甲、乙两物体的质量比为3∶5。

5．练习题质量为30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车，已知平板车的质量是80kg，求小孩跳上车后他们共同的速度。

分析：

对于小孩和平板车系统，由于车轮和轨道间的滚动摩擦很小，可以不予考虑，所以可以认为系统不受外力，即对人、车系统动量守恒。

板书解题过程：

跳上车前系统的总动量p=mv

跳上车后系统的总动量p'=（m+M）V

由动量守恒定律有mv=（m＋M）V

解得

6．小结

（1）动量守恒的条件：

系统不受外力或合外力为零时系统的动量守恒。

（2）动量守恒定律适用的范围：

适用于两个或两个以上物体组成的系统。

动量守恒定律是自然界普遍适用的基本规律，对高速或低速运动的物体系统，对宏观或微观系统它都是适用的。

2019-2020年高中物理第九章固体、液体和物态第1讲固体学案新人教版选修3-3

[目标定位]　1.知道晶体和非晶体外形和物理性质上的区别.2.知道晶体可分为单晶体和多晶体.3.了解晶体的微观结构，了解固体材料在生活、生产、科学研究等方面的应用．

一、晶体和非晶体

1．固体可以分为晶体和非晶体两类．

晶体又可以分为单晶体与多晶体．

2．石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖、味精等是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等是非晶体．

3．单晶体有天然规则的几何形状，非晶体没有天然规则的几何形状．

4．晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点；晶体的某些物理性质表现为各向异性，非晶体沿各个方向的物理性质都是一样的，表现为各向同性；多晶体是各向同性的．

二、晶体的微观结构

1．在各种晶体中，原子（或分子、离子）都是按照一定的规则排列的，具有空间上的周期性．

2．有的物质在不同条件下能够生成不同的晶体．那是因为组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布，例如碳原子按不同结构可分为石墨和金刚石．

3．同一种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现．有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体．

一、正确理解晶体与非晶体的区别

1．区别

分类

宏观外形

物理性质

非晶体

没有天然规则的形状

①没有固定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向同性

晶体

单晶体

有天然规则的形状

①有确定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向异性

多晶体

没有天然规则的形状

①有确定的熔点；

②导电、导热、光学性质表现为各向同性

2.区别晶体和非晶体关键看有无固定的熔点，单晶体与多晶体的区别关键看有无规则的几何外形及是否为各向异性．

例1　下列关于晶体和非晶体的说法中正确的是（　　）

A．所有的晶体都表现为各向异性

B．晶体一定有规则的几何形状，形状不规则的金属一定是非晶体

C．大粒盐磨成细盐，就变成了非晶体

D．所有的晶体都有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点

答案　D

解析　只有单晶体才表现为各向异性，故A错；单晶体有规则的几何形状，而多晶体无规则的几何形状，金属属于多晶体，故B错；大粒盐磨成细盐，而细盐仍是形状规则的晶体，在放大镜下能清楚地观察到，故C错；晶体和非晶体的一个重要区别就是晶体有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故D对．

针对训练　某一固体具有确定的熔点，那么它（　　）

A．一定是晶体B．一定是非晶体

C．一定是多晶体D．不一定是非晶体

答案　A

解析　无论是单晶体还是多晶体都有确定的熔点．

例2　如图1所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程．图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T.从图中可以确定的是（　　）

图1

A．晶体和非晶体均存在固定的熔点T0

B．曲线M的bc段表示固液共存状态

C．曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态

D．曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态

答案　B

解析　只有晶体存在固定的熔点T0，曲线M的bc段表示固液共存状态，曲线M的ab段表示固态，曲线N的ef段不表示固态，曲线N的fg段不表示液态，选项B正确，A、C、D错误．

二、对晶体和非晶体的微观解释

1．对单晶体各向异性的解释

如图2所示，这是在一个平面上单晶体物质微粒的排列情况．从图上可以看出，在沿不同方向所画的等长直线AB、AC、AD上物质微粒的数目不同．直线AB上物质微粒较多，直线AD上较少，直线AC上更少．正因为在不同方向上物质微粒的排列情况不同，才引起单晶体在不同方向上物理性质的不同．

图2

2．对晶体具有一定熔点的解释

给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔解，熔解时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化．

3．对多晶体特征的微观解释

晶粒在多晶体里杂乱无章地排列着，所以多晶体没有规则的几何形状，也不显示各向异性．它在不同方向的物理性质是相同的，即各向同性．多晶体和非晶体的主要区别是多晶体有确定的熔点，而非晶体没有．

4．对非晶体特征的微观解释

在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长直线上，微粒的个数大致相等，也就是说，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，所以非晶体在物理性质上表现为各向同性．

5．同种物质可能以晶体和非晶体两种不同形态出现，晶体和非晶体可在一定条件下相互转化．

例3　xx年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开，使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34nm的石墨烯，是碳的二维结构．如图3所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是（　　）

图3

A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体

B．石墨是单质，石墨烯是化合物

C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体

D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的

答案　CD

解析　石墨、石墨烯、金刚石都为晶体且都为单质，A、B错误，C正确；两位科学家是通过物理变化的方法获得石墨烯的，D正确．故正确的答案为C、D.

晶体与非晶体区别

1．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A．可以根据各向异性或各向同性来鉴别晶体和非晶体

B．一块均匀薄片，沿各个方向对它施加拉力，发现其强度一样，则此薄片一定是非晶体

C．一个固体球，如果沿其各条直径方向的导电性能不同，则该球体一定是单晶体

D．一块晶体，若其各个方向的导热性能相同，则这块晶体一定是多晶体

答案　C

2．下列固体中全是由晶体组成的是（　　）

A．石英、云母、明矾、食盐、雪花、铜

B．石英、玻璃、云母、铜

C．食盐、雪花、云母、硫酸铜、松香

D．蜂蜡、松香、橡胶、沥青

答案　A

晶体和非晶体的微观解释

3．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A．它们由不同的空间点阵构成

B．晶体内部的物质微粒是规则排列的，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着

C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒是不停地运动着的

D．在物质内部的各个平面上，微粒数相等的是晶体，微粒数不等的是非晶体

答案　B

解析　空间点阵是晶体的一个特殊结构，是晶体的一个特性，所以A是错误的；不管是晶体还是非晶体，组成物质的微粒永远在做热运动，所以C是错误的；非晶体没有规则的形状，也就没有层面的说法，即使是晶体，各个层面的微粒数也不见得相等，所以D也是错误的．故正确答案为B.

4．某球形固体物质，其各向导热性能相同，则该物体（　　）

A．一定是非晶体

B．可能具有确定的熔点

C．一定是单晶体，因为它有规则的几何外形

D.一定不是单晶体，因为它具有各向同性的物理性质

答案　B

解析　导热性能各向相同的物体可能是非晶体，也可能是多晶体，因此，A选项不正确；多晶体具有确定的熔点，因此B选项正确；物体外形是否规则不是判断是否是单晶体的依据，应该说，单晶体具有规则的几何外形是“天生”的，而多晶体和非晶体也可以有规则的几何外形，当然这只能是“后天”人为加工的，因此C选项错误；单晶体也不一定各个物理特性都有各向异性，故D错．

（时间：

60分钟）

题组一　晶体和非晶体

1．下列说法中正确的是（　　）

A．玻璃是晶体B．食盐是非晶体

C．云母是晶体D．石英是非晶体

答案　C

解析　玻璃是非晶体，食盐、云母、石英都是晶体，故选项C正确．

2．云母薄片和玻璃片分别涂一层很薄的石蜡，然后用烧热的钢针去接触云母薄片及玻璃片的反面，石蜡熔化，如图1所示，那么（　　）

图1

A．熔化的石蜡呈圆形的是玻璃片

B．熔化的石蜡呈圆形的是云母片

C．实验说明玻璃片有各向同性，可能是非晶体

D．实验说明云母有各向同性，是晶体

答案　AC

解析　单晶体在导热这一物理性质上具有各向异性，而非晶体则是各向同性．

3．下列说法中正确的是（　　）

A．只要是具有各向异性的固体就必定是晶体

B．只要是不显示各向异性的固体就必定是非晶体

C．只要是具有确定的熔点的固体就必定是晶体

D．只要是不具有确定的熔点的固体就必定是非晶体

答案　ACD

解析　多晶体和非晶体都表现各向同性，只有单晶体表现各向异性，故B错，A对；晶体一定有确定的熔点，而非晶体无确定的熔点，故C、D均正确．

4．下列说法正确的是（　　）

A．黄金可以切割加工成各种形状，所以是非晶体

B．同一种物质只能形成一种晶体

C．单晶体的所有物理性质都是各向异性的

D．玻璃没有确定的熔点，也没有天然规则的几何形状

答案　D

解析　常见的金属都是多晶体，因而黄金也是多晶体，只是因为多晶体内部小晶粒的排列杂乱无章，才使黄金没有规则的几何形状，故A错；同一种物质可以形成多种晶体，如碳可以形成金刚石和石墨两种晶体，故B错；单晶体只在某些物理性质上表现出各向异性，并不是所有物理性质都表现出各向异性，故C错；玻璃是非晶体，因而没有确定的熔点和规则的几何形状，D对．

5．如图2是两种不同物质的熔化曲线，根据曲线判断下列说法正确的是（　　）

图2

A．a是晶体B．b是晶体

C．a是非晶体D．b是非晶体

答案　AD

解析　晶体在熔化过程中不断吸热，但温度却保持不变（熔点对应的温度），而非晶体没有确定的熔点，加热过程，非晶体先变软，然后熔化，温度却不断上升，因此a对应的是晶体，b对应的是非晶体．

6．如图3所示，ACBD是一厚度均匀的由同一种材料构成的圆板．AB和CD是互相垂直的两条直径，把圆板从图示位置转90°后电流表读数发生了变化（两种情况下都接触良好）．关于圆板，下列说法正确的是（　　）

图3

A．圆板是非晶体

B．圆板是多晶体

C．圆板是单晶体

D．圆板沿各个方向导电性能不同

答案　CD

题组二　晶体和非晶体的微观结构

7．关于晶体和非晶体，下列说法正确的是（　　）

A．人造晶体在现代技术中应用广泛，但没有固定的熔点

B．晶体内部的物质微粒按一定规则排列且不停振动，非晶体内部的物质微粒在不停地运动着

C．晶体内部的微粒是静止的，而非晶体内部的物质微粒却在不停地运动着

D．晶体管的制造材料是晶体

答案　BD

解析　有确定熔点是晶体的属性，A错误；组成物质的微粒永远在做热运动，不管是晶体还是非晶体，B正确，C错误；晶体管是由晶体材料制成的，D正确．

8．有关晶体的微观结构，下列说法中正确的有（　　）

A．同种元素的原子按不同结构排列有相同的物理性质

B．同种元素的原子按不同结构排列有不同的物理性质

C．同种元素形成晶体只能有一种排列规律

D．同种元素形成晶体可能有不同的排列规律

答案　BD

解析　同种元素的原子可以按不同结构排列，形成不同的物质，不同物质的物理性质不同，如同是由碳元素组成的石墨和金刚石的密度、机械强度、导热性能、导电性能和光学性质等都有很大差别，所以B、D正确，A、C错误．

9．纳米晶体材料在现代科技和国防中具有重要的应用．下列关于晶体的说法正确的是（　　）

A．晶体内的微观粒子在永不停息地做无规则热运动

B．晶体内的微观粒子间的相互作用很强，使各粒子紧紧地靠在一起

C．晶体的微观粒子在不同方向上排列情况不同

D．晶体的微观粒子在空间排列上没有顺序，无法预测

答案　C

解析　

10．下列说法错误的是（　　）

A．晶体具有天然规则的几何形状，是因为物质微粒是规则排列的

B．有的物质能够生成种类不同的几种晶体，因为它们的物质微粒能够形成不同的空间结构

C．凡各向同性的物质一定是非晶体

D．晶体的各向异性是由晶体内部结构决定的

答案　C

解析　晶体的外形、物理性质都是由晶体的微观结构决定的，A、B、D正确；各向同性的物质不一定是非晶体，多晶体也具有这样的性质，C错误．

11．下列关于探索晶体结构的几个结论中正确的是（　　）

A．1912年，德国物理学家劳厄用X射线来探测固体内部的原子排列，才证实了晶体内部的物质微粒的确是按一定的规律整齐地排列起来的

B．组成晶体的物质微粒，没有一定的规则，在空间杂乱无章地排列着，并且晶体的微观结构没有周期性特点

C．晶体内部各微粒之间还存在着很强的相互作用力，这些作用力就像可以伸缩的弹簧一样，将微粒约束在一定的平衡位置上

D．热运动时，晶体内部的微粒可以像气体分子那样在任意空间里做剧烈运动

答案　AC

解析　劳厄在1912年用X射线证实了晶体内部结构的规律性．而晶体内部微粒都只能在各自的平衡位置附近振动，是因为微粒间存在着相互作用力的结果．

12．利用扫描隧道显微镜（STM）可以得到物质表面原子排列的图象，从而可以研究物质的构成规律．如图4所示的照片是一些晶体材料表面的STM图象，通过观察、比较，可以看到这些材料都是由原子在空间排列而构成的，具有一定的结构特征．则构成这些材料的原子在物质表面排列的共同特点是：

图4

（1）________________________________________________________________________；

（2）________________________________________________________________________．

答案　

（1）在确定方向上原子有规律地排列；在不同方向上原子的排列规律一般不同　

（2）原子排列具有一定的对称性

解析　从题图中可以看出，这几种材料的原子排列均有一定的规则，因此是晶体物质，具有晶体的特点．