用动量概念表示牛顿的第二定律.ppt

高中物理新人教版 选修- 5系列课件,16.6用动量概念表示 牛顿的第二定律,教学目标,（一）知识与技能 1理解动量定理的确切含义和表达式，知道动量定理适用于变力。 2会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题。 （二）过程与方法 运用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理表达式。 （三）情感、态度与价值观 通过运用所学知识推导新的规律，培养学生学习的兴趣。激发学生探索新知识的欲望。,教学重点 理解动量定理的确切含义和表达式 教学难点 会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题 教学方法 教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具： 生鸡蛋、铺有较厚的海绵垫的白铁桶、细线、金属小球、橡皮筋、铁架台等，投影片，多媒体辅助教学设备 课时安排 1 课时,观察并思考,鸡蛋从一米多高的地方落到地板上，肯定会被打破，现在，在地板上放一块泡沫塑料垫，让鸡蛋落到泡沫塑料上，会看到什么现象？你能解释这种现象吗？,生活中的这些现象都是什么原理呢？,v =v0,F 作用了时间 t,质量为M 的物体在水平恒力F 的作用下，经过时间t，速度由v0 变为 vt，,分析：,由牛顿第二定律知： F = m a,而加速度：,整理得：,1、冲量（I）：在物理学中，物体受到的力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量。I=F t，单位牛秒（N s） 它是矢量，方向与力的方向相同。,2、动量（P）：运动物体的质量与它的速度的乘积叫做物体的动量。P=mv 单位千克米每秒（kg ms-1），它是矢量，方向与速度的方向相同。 /,因此，上式可以表述为：物体所受的合外力的冲量等于物体动量的变化。 即I=P 这个结论叫做动量定理,你能够再举一些应用动量定理的例子吗？,应用举例 1、用锤子使劲压钉子，就很难把钉子压入木块中去，如果用锤子以一定的速度敲钉子，钉子就很容易钻入木块，这是为什么？ 分析：压铁钉与敲铁钉区别在于：压铁钉时锤子是静止在铁钉上，敲铁钉时，铁锤以较大的速度与铁钉碰撞；压铁钉时作用时间长，而敲铁钉作用时间短，致使铁钉受到的作用力不同,2、杂技表演时，常可看见有人用铁锤猛击放在“大力士”身上的大石块，石裂而人不伤，这是什么道理？请加以分析 分析：大石块意味它的质量很大：“猛击”表示作用力很大，且作用时间极短；“人未受伤”说明大石块对人身体的压强不大 /,用铁锤猛击放在“大力上”身上的大石块，大石块受到很大的打击力而破裂，但是，根据动量定理得 对大石块来说，虽然受到的作用力F很大，但力作用时间极短，而大石块的质量又很大，因而引起的速度变化就很小，即大石块几乎没有向下运动，而且石块与人的身体接触面积又较大，据 ，所以人身体受的压强并不很大，故此人不会受伤（当然，这还和表演者技术本领有关）,惊呼后的断想 据报载：1962年，一架“子爵号”客机，在美国的伊利奥特市上空与一只天鹅相撞，客机坠毁，飞行员弹射逃生。 /,【解析】设鸟的质量m=1.0kg，鸟的身长L=15cm（除去毛），鸟与飞机相撞面积S=0.01m2，相撞前鸟的速度约为0（因远小于飞机速度），相撞后其速度与飞机相同.飞机飞行速度v=600m/s（现代超音速飞机的飞行速度是声速的二到三倍），因飞机质量M m,故相撞过程中飞机速度不变，因此，撞击时间t=L/v=0.15/600s=2.510-4s.,取鸟为研究对象，因撞击时间极短，因此可认为撞击时间内，鸟受到飞机对它的撞击力为F.根据动量定理可得： Ft=mv1-mv0 F=(mv1-mv0)/t=1.0600/2.510-4N=2.4106N. 这里所求出的撞击力F，实际上只是撞击时间内的平均值，可近似认为撞击力的峰值Fm=2F=4.8106N. /ysj/hljdxb,根据牛顿第三定律可知，鸟与飞机相撞时，飞机所受的最大撞击力亦为4.8106N，这样巨大的撞击力对撞击表面产生的压强P=F/S=4.8106/0.01=4.8108Pa，这样巨大的压强造成机毁鸟亡的结果是不稀奇的.,南瓜炮弹击穿汽车 来自美国印第安纳州埃利茨维尔的布里斯托发明了一中“南瓜炮”。“南瓜炮”重约两吨，发射重10磅（约4.54公斤）的“南瓜炮弹”所需的推力高达11300磅（约5130公斤），“南瓜炮弹”离开炮口的时速达900英里（约1448公里）。布里斯托准备带着他的发明参加首届南瓜推力比赛。在日前的测试中，这枚“南瓜炮”发射的“南瓜炮弹”击穿了一辆1978年的旧车后部。根据这些数据，你能利用所学估算出炮弹对汽车的冲力大小吗？,3、动量的变化,1、定义：动量变化就是在某过程中的末动量与初动量的矢量差。,2、表示式P=Pt-P0,3、动量的变化的求解:动量是矢量，求解P时应用平行四边形定则(P ，P0 - 邻边，Pt - 对角线）， 在一维情况下可首先规定一个正方向，这时求动量的变化就可以简化为代数运算了。,例一：一个质量是0.2kg的钢球，以2m/s的速度水平向右运动，碰到一块竖硬的大理石后被弹回，沿着同一直线以2m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？,例1解：取水平向右的方向为正方向，碰撞前钢球的速度v=2m/s，碰撞前钢球的动量P=mv=0.22kgm/s=0.4kgm/s。碰撞后钢球的速度为v=0.2m/s，碰撞后钢球的动量为 p=m v=-0.22kgm/s=-0.4kgm/s。 p = p- P = -0.4kgm/s-0.4kgm/s =0.8kgm/s，且动量变化的方向向左。,例二：一个质量是0.2kg的钢球，以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上，入射的角度是45，碰撞后被斜着弹出，弹出的角度也是45，速度大小仍为2m/s，用作图法求出钢球动量变化大小和方向？,例2解：碰撞前后钢球不在同一直线运动，据平行四边形定则，以P和P为邻边做平行四边形，则Pt就等于对解线的长度，对角线的指向就表示Pt的方向.p = p- po 方向竖直向上,大小就等于该邻边的长度。,【注意】 1、动量定理可由牛顿第二定律以及加速度的定义式导出，故它是牛顿第二定律的另一种形式，但是两者仍有很大区别： （1）牛顿第二定律是一个瞬时关系式，它反映某瞬时物体所受合外力与加速度之间关系（仅当合外力为恒定不变时，a为恒量，整个过程与某瞬时是一致的）； （2）而动量定理是研究物体在合外力持续作用下，在一段时间里的累积效应，在这段时间 内，物体的动量获得增加 2、应用动量定理时，应特别注意F t为矢量， 是矢量差，而且F是合外力 3、对于变力的情况，动量定理中的 F 可看成是变力在作用时间内的平均值,典型例题1 甲、乙两个质量相同的物体，以相同的初速度分别在粗糙程度不同的水平面上运动，乙物体先停下来，甲物体又经较长时间停下来，下面叙述中正确的是 A、甲物体受到的冲量大于乙物体受到的冲量 B、两个物体受到的冲量大小相等 C、乙物体受到的冲量大于甲物体受到的冲量 D、无法判断,B,典型例题2 质量为0.1kg的小球，以10ms的速度水平撞击在竖直放置的厚钢板上，而后以7ms的速度被反向弹回，设撞击的时间为0.01s，并取撞击前钢球速度的方向为正方向，则钢球受到的平均作用力为 A30N B30N C170N D170N,D,典型例题3 质量为m的钢球自高处落下，以速率碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短离地的速率为v2，在碰撞过程中，地面对钢球的冲量的方向和大小为 A向下，m(v1-v2) B向下，m(v1+V2) C向上，m(v1-v2) D向上，m(v1+V2),D,典型例题4 一质量为100g的小球从0.8m高处自由下落到一个软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.2s，则这段时间内软垫对小球的冲量为（g取10m/s2，不计空气阻力）,典型例题5 质量为m的物体静止在足够大的水平面上，物体与桌面的动摩擦因数为，有一水平恒力F作用于物体上并使之加速前进，经t1秒后去掉此恒力，求物体运动的总时间,5、运用动量定理解题步骤： （1）确定研究对象； （2）明确研究过程，对研究对象进行受力分析。 （3）找出物体的初末状态并确定相应的动量； （4）选定正方向； （5）根据动量定理列方程求解； （6）对结果进行必要的分析。,习题精选 1、在下列各种运动中，任何相等的时间内物体动量的增量总是相同的有（ ） A、匀加速直线运动 B、平抛运动 C、匀减速直线运动 D、匀速圆周运动,ABC,2、对物体所受的合外力与其动量之间的关系，叙述正确的是： A、物体所受的合外力与物体的初动量成正比； B、物体所受的合外力与物体的末动量成正比； C、物体所受的合外力与物体动量变化量成正比； D、物体所受的合外力与物体动量对时间的变化率成正比,D,3、把重物G压在纸带上，用一水平力缓缓拉动纸带，重物跟着物体一起运动，若迅速拉动纸带，纸带将会从重物下抽出，解释这些现象的正确说法是： A、在缓慢拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力大； B、在迅速拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力小； C、在缓慢拉动纸带时，纸带给重物的冲量大； D、在迅速拉动纸带时，纸带给重物的冲量小,CD,4、从同一高度的平台上，抛出三个完全相同的小球，甲球竖直上抛，乙球竖直下抛，丙球平抛三球落地时的速率相同，若不计空气阻力，则（ ） A、抛出时三球动量不是都相同，甲、乙动量相同，并均不小于丙的动量 B、落地时三球的动量相同 C、从抛出到落地过程，三球受到的冲量都不同 D、从抛出到落地过程，三球受到的冲量不都相同,C,6、跳高运动员在跳高时总是跳到沙坑里或跳到海绵上，这样做是为了（ ） A、减小运动员的动量变化 B、减小运动员所受的冲量 C、延长着地过程的作用时间 D、减小着地时运动员所受的平均冲力,CD,7、质量为0.40kg的小球从高3.20m处自由下落，碰到地面后竖直向上弹起到1.80m高处，碰撞时间为0.040s，g取10m/s2,求碰撞过程中地面对球的平均冲力。,4、小结,动量是描述运动物体力学特征的物理量，是物理学中相当重要的概念。这一概念是单一的质量概念、单一的速度概念无法替代的。 力和时间的乘积，或者说力对时间累积的效果叫冲量。力是改变物体运动状态的原因，冲量是改变物体动量的原因。 冲量、动量都是矢量，动量定理在使用时一定要注意方向。物体只在一维空间中运动，各力也都在同一直线时，动量、冲量的方向可用正、负号表示