2019-2020學年高中物理 第十六章 動量守恒定律 2 動量和動量定理課件 新人教版選修3-5.ppt

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2動量和動量定理 一 動量及動量的變化1 動量 1 定義 物體的質量和速度的乘積 2 公式 p mv 3 單位 千克 米 秒 符號 kg m s 4 矢量性 方向與速度的方向相同 運算遵守平行四邊形法則 2 動量的變化量 1 定義 物體在某段時間內末動量與初動量的矢量差 也是矢量 p p p 矢量式 2 動量始終保持在一條直線上時的動量運算 選定一個正方向 動量 動量的變化量用帶正 負號的數(shù)值表示 從而將矢量運算簡化為代數(shù)運算 此時的正 負號僅代表方向 不代表大小 二 沖量1 定義 力與力的作用時間的乘積 2 公式 I F t t 3 單位 牛 秒 符號是N s 4 矢量性 方向與力的方向相同 5 物理意義 反映力的作用對時間的積累效應 三 動量定理1 內容 物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量 2 表達式 mv mv F t t 或p p I 自我檢測1 思考辨析 1 動量相同的物體運動方向不一定相同 解析 動量相同指動量的大小和方向均相同 而動量的方向就是物體運動的方向 故動量相同的物體運動方向一定相同 答案 2 動量定理不僅適用于恒力 也適用于變力 解析 如果物體受到變力的作用則不能直接用F t t 求變力的沖量 這時可以求出該力作用下物體動量的變化量 p 等效代換變力的沖量I 答案 3 沖量是矢量 恒力的沖量方向與恒力的方向相同 答案 4 力越大 力對物體的沖量越大 解析 決定沖量大小的量還有時間 若時間極短 沖量也可能很小 答案 5 若物體在一段時間內 其動量發(fā)生了變化 則物體在這段時間內的合外力一定不為零 答案 讀一讀 思一思 辨一辨 議一議 2 探究討論 1 沖量與功的區(qū)別是什么 答案 沖量表示作用力在時間上的累積效果 功表示作用力在空間上的累積效果 2 動量始終保持在一條直線上時如何運算 答案 選定一個正方向 動量 動量的變化量 用帶正 負號的數(shù)值表示 從而將矢量運算簡化為代數(shù)運算 此時的正 負號僅表示方向 不表示大小 3 運輸易碎物品時包裝箱內為什么放置碎紙 泡沫塑料等柔軟填充物 答案 物體的動量變化量一定時 力的作用時間越短 力就越大 反之就越小 運輸易碎物品包裝箱內放置碎紙 泡沫塑料等柔軟填充物是為了增大作用時間以減小物品受到的作用力 探究一 探究二 探究三 對動量的理解問題探究工人師傅在鍛打刀具的時候 一人用較小的錘子擊打 一人用較大的錘子擊打 兩個人每次擊打后的效果是不同的 大錘子擊打時能看到金屬模具有較大的形狀變化 這說明運動物體產生的效果不僅與速度有關 而且與質量有關 1 什么是動量 動量的方向如何確定 做勻速圓周運動的物體動量是否變化 2 什么是動量的變化量 動量變化量的方向如何確定 探究一 探究二 探究三 要點提示 1 運動物體的質量和速度的乘積是動量 動量的方向與速度的方向相同 物體做勻速圓周運動時 速度大小不變 方向時刻改變 故動量發(fā)生變化 2 如果物體在一條直線上運動 首先規(guī)定正方向 將矢量運算轉化為代數(shù)運算 動量變化量 p p p m v v m v為矢量式 其方向與 v的方向相同 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 動量 1 動量是狀態(tài)量 進行動量運算時 要明確是哪一物體在哪一狀態(tài) 時刻 的動量 p mv中的速度v是瞬時速度 2 動量的相對性 物體的動量與參考系的選擇有關 選不同的參考系時 同一物體的動量可能不同 通常在不說明參考系的情況下 物體的動量是指物體相對地面的動量 探究一 探究二 探究三 2 1 動量的變化量 p p p是矢量式 p p p間遵循平行四邊形定則 如圖所示 2 p的計算 當p p在同一直線上時 可規(guī)定正方向 將矢量運算轉化為代數(shù)運算 當p p不在同一直線上時 應依據(jù)平行四邊形定則運算 探究一 探究二 探究三 3 動量和動能的比較 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題1 一質量m 0 2kg的皮球從高H 0 8m處自由落下 與地面相碰后反彈的最大高度h 0 45m 試求 球與地面相互作用前 后時刻的動量以及球與地面相互作用過程中的動量變化 解析 以向下的方向為正 則由得與地面接觸時的速度v1 4m s此時的動量大小p1 mv1 0 8kg m s 方向向下 為正 球剛離開地面時的速度v2 3m s此時的動量大小p2 mv2 0 6kg m s 方向向上 為負 所以 p p2 p1 0 6kg m s 0 8kg m s 1 4kg m s 負號表示方向向上 答案 p1 0 8kg m s 方向向下p2 0 6kg m s 方向向上 p 1 4kg m s 方向向上 探究一 探究二 探究三 歸納總結動量變化量的求解方法1 若初 末動量在同一直線上 則在選定正方向的前提下 可化矢量運算為代數(shù)運算 2 若初 末動量不在同一直線上 運算時應遵循平行四邊形定則 探究一 探究二 探究三 變式訓練1如圖所示 PQS是固定于豎直平面內的光滑的圓周軌道 圓心O在S的正上方 在O和P兩點各有一質量為m的小物塊a和b 從同一時刻開始 a自由下落 b沿圓弧下滑 以下說法正確的是 A a比b先到達S 它們在S點的動量不相同B a與b同時到達S 它們在S點的動量不相同C a比b先到達S 它們在S點的動量相同D b比a先到達S 它們在S點的動量相同 探究一 探究二 探究三 解析 在物體下落的過程中 只有重力對物體做功 故機械能守恒 小相同 即速率相同 由于a的路程小于b的路程 故ta tb 即a比b先到達S 又到達S點時a的速度豎直向下 而b的速度水平向左 故兩物體的動量不相等 A正確 答案 A 探究一 探究二 探究三 對沖量的理解問題探究1 工人師傅在安裝地板磚時 用橡膠錘子輕輕敲擊地板磚把地板磚安放好 工人師傅為什么用橡膠錘子而不用鐵錘子 為什么要輕輕敲擊地板磚而不是用力敲擊 要點提示 用橡膠錘子敲擊地板磚 可以經(jīng)過較長的時間使速度減小到0 在動量變化相同的情況下 地板磚受到的沖擊力減小 從而保護地板磚不被敲破 輕輕敲擊地板磚 錘子的動量變化量小 對地板磚的作用力小 用力敲擊地板磚 錘子的動量變化量大 對地板磚的作用力大 很容易敲碎地板磚 探究一 探究二 探究三 2 做一做 將紙條的一端壓在鋼筆帽下 如圖a 用手慢慢拉動紙條 會看到什么現(xiàn)象 如圖b 拉緊紙條 用手向下快速擊打紙條 會看到什么現(xiàn)象 并解釋原因 要點提示 圖a 用手慢慢拉動紙條 可以看到鋼筆帽跟著紙帶移動起來 圖b 拉緊紙條 用手向下快速擊打紙條 紙條從鋼筆帽下抽出 鋼筆帽靜止不動 物體動量的改變取決于外力的沖量大小 鋼筆帽在水平方向受到紙條的摩擦力 第一次作用時間長 動量變化大 鋼筆帽動 第二次作用時間短 沖量小 動量變化小 鋼筆帽不動 探究一 探究二 探究三 知識歸納1 對沖量的理解 1 沖量是過程量 沖量描述的是作用在物體上的力對一段時間的積累效應 與某一過程相對應 2 沖量的矢量性 沖量是矢量 在作用時間內力的方向不變時 沖量的方向與力的方向相同 如果力的方向是變化的 則沖量的方向與相應時間內物體動量變化量的方向相同 探究一 探究二 探究三 2 沖量的計算 1 若物體受到恒力的作用 力的沖量的數(shù)值等于力與作用時間的乘積 沖量的方向與恒力方向一致 若力為同一方向均勻變化的力 該力的沖量可以用平均力計算 若力為一般變力 則不能直接計算沖量 2 若知F t圖象 圖線與時間軸圍成的面積就是力的沖量 如圖所示 3 沖量的計算公式I Ft既適用于計算某個恒力的沖量 又可以計算合力的沖量 如果計算分力的沖量 必須明確是哪個分力的沖量 若計算合力的沖量 一個物體的動量變化 p與合力的沖量具有等效代換關系 探究一 探究二 探究三 求各力的沖量或者合力的沖量 首先判斷是否是恒力 若是恒力 可直接用力與作用時間的乘積 若是變力 要根據(jù)力的特點求解 或者利用動量定理求解 特別提醒 1 計算沖量時 一定要明確是計算分力的沖量還是合力的沖量 如果是計算分力的沖量 還必須明確是哪個分力的沖量 2 作用力和反作用力的沖量大小相等 方向相反 即I I 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題2 如圖所示 在傾角 37 的斜面上 有一質量為5kg的物體沿斜面滑下 物體與斜面間的動摩擦因數(shù) 0 2 求物體下滑2s的時間內 物體所受各力的沖量 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 思考問題 物體受幾個力的作用 各力的方向如何 提示 物體受重力 方向豎直向下 支持力 方向垂直于斜面向上 摩擦力 方向沿斜面向上 探究一 探究二 探究三 解析 重力的沖量 IG G t mg t 5 10 2N s 100N s 方向豎直向下 支持力的沖量 IF F t mgcos t 5 10 0 8 2N s 80N s 方向垂直斜面向上 摩擦力的沖量 IFf Ff t mgcos t 0 2 5 10 0 8 2N s 16N s 方向沿斜面向上 答案 見解析歸納總結計算恒力的沖量必須明確力的方向 如果有多個力 則分別計算 單獨注明 探究一 探究二 探究三 變式訓練2如圖所示 一質量m 3kg的物體靜止在光滑水平面上 受到與水平方向成60 角的力作用 F的大小為9N 經(jīng)2s時間 求 g取10m s2 1 物體重力沖量大小 2 物體受到的支持力沖量大小 3 力F的沖量大小 4 合外力的沖量大小 探究一 探究二 探究三 解析 對物體受力分析如圖所示 則 1 重力的沖量IG mgt 3 10 2N s 60N s 2 支持力的沖量IFN FNt mg Fsin60 t 3 力F的沖量IF Ft 9 2N s 18N s 4 合外力的沖量I合 Fcos60 t 9 0 5 2N s 9N s 答案 1 60N s 2 44 4N s 3 18N s 4 9N s 探究一 探究二 探究三 對動量定理的理解及應用問題探究如圖所示 跳高比賽時 在運動員落地處為什么要放很厚的海綿墊子 要點提示 人落到海綿墊子上時 可經(jīng)過較長的時間使速度減小為零 在動量變化相同的情況下 人受到的沖擊力減小 從而對運動員起到保護作用 探究一 探究二 探究三 2 如圖所示 光滑水平面上的一個質量為m的物體受到水平恒力F 在力F作用下 經(jīng)過時間t 速度從v變?yōu)関 試應用牛頓第二定律和運動學公式推導物體的動量變化量 p與恒力F及作用時間t的關系 探究一 探究二 探究三 知識歸納動量定理的理解和應用1 動量定理的理解 1 動量定理的表達式mv mv F t是矢量式 等號包含了大小相等 方向相同兩方面的含義 2 動量定理反映了合外力的沖量是動量變化的原因 3 公式中的F是物體所受的合外力 若合外力是變力 則F應是合外力在作用時間內的平均值 4 適用對象 動量定理的研究對象通常為單個物體或者可以看做整體的物體系統(tǒng) 5 適用范圍 動量定理不僅適用于宏觀物體的低速運動 也適用于微觀物體的高速運動 不論是變力還是恒力 不論物體的運動軌跡是直線還是曲線 動量定理都適用 探究一 探究二 探究三 6 因果關系 合外力的沖量是原因 物體動量的變化量是結果 沖量反映了力對時間的積累效應 與物體的初 末動量以及某一時刻的動量無必然聯(lián)系 物體動量變化的方向與合力的沖量的方向相同 物體在某一時刻的動量方向與合力的沖量的方向無必然聯(lián)系 探究一 探究二 探究三 2 動量定理的應用 1 定性分析有關現(xiàn)象 物體的動量變化量一定時 力的作用時間越短 力就越大 力的作用時間越長 力就越小 作用力一定時 力的作用時間越長 動量變化量越大 力的作用時間越短 動量變化量越小 2 定量計算 應用動量定理可以計算某力或合力的沖量 也可用于計算變力的沖量 應用動量定理可以計算某一過程中的平均作用力 通常多用于計算持續(xù)作用的變力的平均大小 應用動量定理可以計算物體的初 末動量 尤其方便處理物體受瞬間沖量的問題 探究一 探究二 探究三 3 應用動量定理定量計算的一般步驟 選定研究對象 明確運動過程 進行受力分析和運動的初 末狀態(tài)分析 選定正方向 根據(jù)動量定理列方程求解 應用動量定理解題時首先對物體受力分析 明確各個分力和合力是正確應用動量定理的前提 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題3 在撐竿跳高場地落地點鋪有厚厚墊子的目的是減少運動員受傷 理由是 A 減小沖量 起到安全作用B 減小動量變化量 起到安全作用C 墊子的反彈作用使人安全D 減小動量變化率 起到安全作用提示 沙坑或海綿墊子具有緩沖作用 可以延長運動員與地面的接觸時間 探究一 探究二 探究三 解析 跳高運動員在落地的過程中 動量變化一定 由動量定理可知 運動員受到的沖量I一定 跳高運動員在跳高時跳到沙坑里或跳到海綿墊上可以延長著地過程的作用時間t 由I Ft可知 延長時間t可以減小運動員所受到的平均沖力F 即減小動量變化率 起到安全作用 故D正確 ABC錯誤 答案 D 探究一 探究二 探究三 歸納總結應用動量定理的四點注意事項 1 明確物體受到?jīng)_量作用的結果是導致物體動量的變化 沖量和動量都是矢量 它們的加 減運算都遵循平行四邊形定則 2 列方程前首先要選取正方向 與規(guī)定的正方向一致的力或動量取正值 反之取負值 而不能只關注力或動量數(shù)值的大小 3 分析速度時一定要選取同一個參考系 未加說明時一般是選地面為參考系 同一道題目中一般不要選取不同的參考系 4 公式中的沖量應是合外力的沖量 求動量的變化量時要嚴格按公式 且要注意是末動量減去初動量 探究一 探究二 探究三 變式訓練3質量m 70kg的撐竿跳高運動員從h 5 0m高處落到海綿墊上 經(jīng) t1 1s后停止 則該運動員身體受到的平均沖力約為多少 如果是落到普通沙坑中 經(jīng) t2 0 1s停下 則沙坑對運動員的平均沖力約為多少 g取10m s2 解析 以全過程為研究對象 初 末動量的數(shù)值都是0 所以運動員的動量變化量為零 根據(jù)動量定理 合力的沖量為零 根據(jù)自由落體運動的知識 物體下落到地面上所需要的時間是t 1s從開始下落到落到海綿墊上停止時 mg t t1 F t1 0代入數(shù)據(jù) 解得F 1400N下落到沙坑中時 mg t t2 F t2 0代入數(shù)據(jù) 解得F 7700N 答案 1400N7700N 探究一 探究二 探究三 變式訓練4高空作業(yè)須系安全帶 如果質量為m的高空作業(yè)人員不慎跌落 從開始跌落到安全帶對人剛產生作用力前人下落的距離為h 可視為自由落體運動 此后經(jīng)歷時間t安全帶達到最大伸長 若在此過程中該作用力始終豎直向上 則該段時間安全帶對人的平均作用力大小為 解析 設作業(yè)人員下落h時的速度為v 根據(jù)自由落體運動規(guī)律可得v2 2gh 對于安全帶伸長到最長過程 設豎直向上為正方向 根據(jù)動量定理得Ft mgt 0 mv 解以上兩式可得 mg 選項A正確 答案 A 1 2 3 4 1 多選 若一個物體的動量發(fā)生了變化 則物體運動的 A 速度大小一定改變了B 速度方向一定改變了C 速度一定變化了D 加速度一定不為零解析 動量是矢量 動量發(fā)生變化 對于同一物體 質量不變 一定是速度發(fā)生變化 可能是速度的大小發(fā)生變化 也可能是速度的方向發(fā)生變化 也可能是速度的大小和方向都發(fā)生變化 由牛頓第二定律可知加速度一定不為零 選CD 答案 CD 5 1 2 3 4 2 多選 古時有 守株待兔 的寓言 設兔子的頭部受到大小等于自身重力的打擊力時即可致死 若兔子與樹樁發(fā)生碰撞 作用時間為0 2s 則被撞死的兔子的奔跑速度可能是 g取10m s2 A 1m sB 1 5m sC 2m sD 2 5m s解析 根據(jù)題意建立模型 設兔子與樹樁的撞擊力為F 兔子撞擊后速度為零 根據(jù)動量定理有Ft mv 所以 gt 10 0 2m s 2m s 即兔子奔跑的速度至少為2m s 答案 CD 5 1 2 3 4 3 質量為1kg的物體做直線運動 其速度圖象如圖所示 則物體在前10s內和后10s內所受合力的沖量分別是 A 10N s 10N sB 10N s 10N sC 0 10N sD 0 10N s解析 根據(jù)動量定理 物體所受合力的沖量等于其動量的變化量 故0 10s內 v1 5m s v2 5m s 則 p1 0 所以I1 0 10 20s內 v1 5m s v2 5m s 故 p2 mv2 mv1 1 5 1 5 kg m s 10kg m s 10N s 選項D正確 答案 D 5 1 2 3 4 5 4 2018全國 高空墜物極易對行人造成傷害 若一個50g的雞蛋從一居民樓的25層墜下 與地面的碰撞時間約為2ms 則該雞蛋對地面產生的沖擊力約為 A 10NB 102NC 103ND 104N 層樓高約3m 則h 24 3m 72m 設豎直向上為正方向 對雞蛋沖擊地面過程 根據(jù)動量定理 有Ft mgt 0 mv 由于沖擊時間很短 所以忽略雞蛋重力的沖量 解得F 1 103N 即雞蛋對地面的沖擊力約為103N 選項C正確 答案 C 1 2 3 4 5 5 動量變化量的計算 3顆均為0 05kg的子彈以600m s的水平速度擊中豎直擋板 由于擋板不同位置材質不同 子彈擊中擋板后的運動情況不同 A水平穿過擋板 穿過后的速度是200m s B被擋板反向彈回 彈回時速度大小為200m s C進入擋板后停在擋板之內 求3顆子彈動量的變化量 規(guī)定向右的方向為正方向 1 2 3 4 解析 A的初動量pA mv1 0 05kg 600m s 30kg m s 末動量pA mv1 0 05kg 200m s 10kg m sA子彈動量的變化量 pA pA pA 10kg m s 30kg m s 20kg m s pA 0 動量變化量的方向向左 B的初動量pB mv2 0 05kg 600m s 30kg m s 末動量pB mv2 0 05kg 200m s 10kg m s B子彈動量的變化量 pB pB pB 10kg m s 30kg m s 40kg m s pB 0 動量變化量的方向向左 C的初動量pC mv3 0 05kg 600m s 30kg m s 末動量為0 C子彈動量的變化量 pC pC pC 0 30kg m s 30kg m s pC 0 動量變化量的方向向左 答案 見解析 5