2018_2019版高中物理第1章碰撞与动量守恒1.1探究动量变化与冲量的关系课件沪科版.pptx

1.1 探究动量变化与冲量的关系 第1章 碰撞与动量守恒 学习目标 1.理解冲量和动量的定义、公式、单位及矢量性. 2.理解动量定理及其表达式. 3.能够利用动量定理解释有关现象，解决有关实际问题. 内容索引 知识探究 新知探究 点点落实 题型探究 重点难点 各个击破 达标检测 当堂检测 巩固反馈 知识探究 一、动量和冲量 导学探究 在激烈的橄榄球赛场上，一个较瘦弱的运动员携球奔跑时迎 面碰上了高大结实的对方运动员，自己被碰倒在地，而对方却几乎不受影 响，这说明运动物体产生的效果不仅与速度有关，而且与质量有关. (1)若质量为60 kg的运动员(包括球)以5 m/s的速度向东奔跑，他的动量是 多大？方向如何？若他以大小不变的速率做曲线运动，他的动量是否变化？ 答案 动量是300 kgm/s，方向向东；做曲线运动时他的动量变化了，因 为方向变了. 答案 (2)若这名运动员与对方运动员相撞后速度变为零，他的动量的变化量多 大？动量的变化量方向如何？ 答案 300 kgm/s，方向向西. 答案 知识梳理 动量和动量的变化量 1.动量 (1)定义：物体的 和 的乘积_. (2)公式：p . 单位： . (3)动量的矢量性：动量是 (填“矢”或“标”)量，方向与 相同. (4)动量是状态量：进行运算时必须明确是哪个物体在哪一状态(时刻)的动量. (5)动量具有相对性：由于速度与参考系的选择有关，一般以 为参考系. 质量m速度v mv kgm/s 矢速度的方向 mv 地球 2.冲量 (1)冲量的定义式：I . (2)冲量是 (填“过程”或“状态”)量，反映的是力在一段 内的积 累效应，求冲量时一定要明确是哪一个力在哪一段时间内的冲量. (3)冲量是 (填“矢”或“标”)量，若是恒力的冲量，则冲量的方向与_ 相同. Ft 过程时间 矢力F 的方向 即学即用 判断下列说法的正误. (1)动量相同的物体，运动方向一定相同.( ) (2)一个物体(质量不变)的动量改变，它的动能一定改变.( ) (3)一个物体(质量不变)的动能改变，它的动量一定改变.( ) (4)冲量是矢量，其方向与合外力的方向相反.( ) (5)力越大，力对物体的冲量越大.( ) (6)不管物体做什么运动，在相同的时间内重力的冲量相同.( ) 答案 导学探究 1.如图1所示，假定一个质量为m的物体在碰撞时受到另一个物体对它的 力是恒力F，在F的作用下，经过时间t，物体的速度从v变为v，应用牛 顿第二定律和运动学公式推导物体的动量改变量p与恒力F及作用时间t 的关系. 二、动量定理 答案 图1 根据牛顿第二定律Fma 整理得：Ftm(vv)mvmv 即Ftp. 2.在日常生活中，有不少这样的事例： 跳远时要跳在沙坑里； 跳高时在下落处要放海绵垫子； 从高处往下跳，落地后双腿往往要弯曲； 轮船边缘及轮渡的码头上都装有橡胶轮胎 这样做的目的是为了什么？ 答案 答案 为了缓冲以减小作用力. 知识梳理 1.内容：物体所受 等于物体的动量变化. 2.公式： .其中F为物体受到的 . 合力的冲量 IFtp合外力 即学即用 判断下列说法的正误. (1)若物体在一段时间内，其动量发生了变化，则物体在这段时间内受 到的合外力一定不为零.( ) (2)物体受到的合力的冲量越大，它的动量变化量一定越大.( ) (3)动量变化量为正，说明它的方向与初始时动量的方向相同.( ) 答案 题型探究 一、对动量及其变化量的理解 1.动量pmv, 描述物体运动状态的物理量.是矢量，方向与速度的方向相同. 2.动量的变化量 (1)动量变化的三种情况：大小变化、方向变化、大小和方向同时变化 (2)关于动量变化量的求解 若初、末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运 算为代数运算. 若初、末动量不在同一直线上，运算时应遵循平行四边形定则. 例1 羽毛球是速度较快的球类运动之一，运动员扣杀羽毛球的速度可达 到100 m/s，假设球飞来的速度为50 m/s，运动员将球以100 m/s的速度反 向击回.设羽毛球的质量为10 g，试求： (1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量； 答案解析 答案 1.5 kgm/s，方向与羽毛球飞来的方向相反 解析 以羽毛球飞来的方向为正方向，则 p1mv11010350 kgm/s0.5 kgm/s. p2mv210103100 kgm/s1 kgm/s 所以动量的变化量pp2p11 kgm/s0.5 kgm/s1.5 kgm/s. 即羽毛球的动量变化量大小为1.5 kgm/s，方向与羽毛球飞来的方向相 反. (2)运动员击球过程中羽毛球的动能变化量. 答案解析 答案 37.5 J 所以EkEkEk37.5 J. 动量与动能的区别与联系 1.区别：动量是矢量，动能是标量，质量相同的两个物体，动量相同时动 能一定相同，但动能相同时，动量不一定相同. 总结提升 1.求冲量大小时，一定要注意是哪一个力在哪一段时间内的冲量. 2.公式IFt只适合于计算恒力的冲量，若是变力的冲量，可考虑用以下 方法求解： (1)用动量定理Imvmv求冲量. (2)若力随时间均匀变化，则可用平均力求冲量. 二、冲量及冲量的计算 (3)若给出了力F随时间t变化的图像，可用Ft图像与t轴所围成的面积求 冲量. 如图2所示，力F在1 s内的冲量I1F1t1201 Ns20 Ns 力F在6 s内的冲量I(201105) Ns30 Ns 图2 例2 在倾角为37的足够长的斜面上，有一质量为5 kg的物体沿斜面滑下 ，物体与斜面间的动摩擦因数0.2，求物体下滑2 s的时间内，物体所 受各力的冲量.(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8) 答案解析 答案 见解析 解析 物体沿斜面下滑的过程中，受重力、支持力和摩擦力的作用. 冲量IFt，是矢量. 重力的冲量IGGtmgt5102 Ns100 Ns，方向竖直向下. 支持力的冲量INNtmgcos 37t5100.82 Ns80 Ns，方向垂 直于斜面向上. 摩擦力的冲量Ifftmgcos 37t0.25100.82 Ns16 Ns，方 向沿斜面向上. 1.在求力的冲量时，首先明确是求哪个力的冲量，是恒力还是变力，如果 是恒力，可用IFt进行计算，如果是变力，可考虑根据动量定理求冲量. 2.注意不要忘记说明冲量的方向.力为恒力时，冲量的方向与力的方向相同. 方法总结 1.对动量定理的理解 (1)动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因. (2)动量定理的表达式是矢量式，运用动量定理解题时，要注意规定正方向. (3)公式中的F是物体所受的合外力，若合外力是变力，则F应是合外力在 作用时间内的平均值. 2.应用动量定理定量计算的一般步骤 三、动量定理的理解和应用 例3 如图3所示，用0.5 kg的铁锤把钉子钉进木头里，打击时铁锤的速度 为4.0 m/s，如果打击后铁锤的速度变为0，打击的作用时间是0.01 s，那么： 答案解析 (1)不计铁锤受到的重力，铁锤钉钉子时，钉子受到的平均作用力是多大 ？答案 200 N，方向竖直向下 图3 解析 以铁锤为研究对象，不计重力时，铁锤只受到钉子的平均作用力 ，方向竖直向上， 设为F1，取竖直向上为正，由动量定理可得F1t0mv 由牛顿第三定律知，铁锤钉钉子时，钉子受到的平均作用力为200 N，方 向竖直向下. (2)考虑铁锤受的重力，铁锤钉钉子时，钉子受到的平均作用力又是多大 ？(g取10 m/s2) 答案解析 答案 205 N，方向竖直向下 解析 若考虑重力，设此时铁锤受钉子的平均作用力为F2，对铁锤应用 动量定理，取竖直向上为正. 则(F2mg)t0mv 由牛顿第三定律知，此时铁锤钉钉子时钉子受到的平均作用力为205 N ，方向竖直向下. 用动量定理进行定量计算时应注意： (1)列方程前首先选取正方向； (2)分析速度时一定要选取同一参考系，一般选地面为参考系； (3)公式中的冲量应是合外力的冲量，求动量的变化量时要严格按公式， 且要注意动量的变化量是末动量减去初动量. 总结提升 例4 (多选)对下列几种物理现象的解释，正确的是 A.击钉时，不用橡皮锤仅仅是因为橡皮锤太轻 B.跳远时，在沙坑里填沙，是为了减小冲量 C.易碎品运输时，要用柔软材料包装，船舷常常悬挂旧轮胎，都是为了 延长作用时间以减小作用力 D.在车内推车推不动，是因为车与人组成的系统所受合外力的冲量为零 答案解析 解析 击钉时，不用橡皮锤是因为橡皮锤与钉子的作用时间长；跳远时 ，在沙坑里填沙，是为了延长人与地的接触时间，所以A、B错误； 据动量定理Ftp知，当p相同时，t越长，作用力越小，故C项正确； 车能否移动或运动状态能否改变取决于外力的作用，与内部作用力无关 ，所以D项正确. 针对训练 从高处跳到低处时，为了安全，一般都是让脚尖先着地，这 样做是为了 A.减小冲量 B.减小动量的变化量 C.延长与地面的冲击时间，从而减小冲力 D.增大人对地面的压强，起到安全作用 答案解析 解析 脚尖先着地，接着逐渐到整个脚着地，延缓了人落地时动量变化 所用的时间，由动量定理可知，人落地时的动量变化量为定值，这样就 减小了地面对人的冲力，故C项正确. 利用动量定理解释现象的问题主要有三类： (1)p一定，t短则F大，t长则F小. (2)F一定，t短则p小，t长则p大. (3)t一定，F大则p大，F小则p小. 方法总结 达标检测 1.(对动量定理的理解)(多选)下面关于物体动量和冲量的说法，正确的是 A.物体所受合外力冲量越大，它的动量也越大 B.物体动量发生变化，则物体所受合外力冲量不为零 C.物体动量增量的方向，就是它所受合外力的冲量方向 D.物体所受合外力冲量越大，它的动量变化量就越大 答案 1234 2.(对冲量的理解和计算)(多选)恒力F作用在质量为m的物体上，如图4所 示，由于地面对物体的摩擦力较大，没有被拉动，则经过时间t，下列说 法正确的是 答案 1234 图4 A.拉力F对物体的冲量大小为零B.拉力F对物体的冲量大小为Ft C.拉力F对物体的冲量大小是Ftcos D.合力对物体的冲量大小为零 3.(动量定理的分析应用)篮球运动员通常要伸出两臂迎接传来的篮球， 两臂随球迅速收缩至胸前，这样做可以 A.减小球对手的冲量 B.减小球对人的冲击力 C.减小球的动量变化量 D.减小球的动能变化量 1234 解析 篮球运动员接球的过程中，手对球的冲量等于球的动量的变化量 ，大小等于球入手时的动量，接球时，两臂随球迅速收缩至胸前，并没 有减小球对手的冲量，也没有减小球的动量变化量，更没有减小球的动 能变化量，而是延长了手与球的作用时间，从而减小了球对人的冲击力 ，B正确. 答案解析 4.(动量定理的计算)0.2 kg的小球竖直向下以6 m /s的速度落至水平地面， 再以4 m/s的速度反向弹回，取竖直向上为正方向，g10 m/s2