高中物理 16.2 动量和动量定理课件 新人教版选修35.ppt

2动量和动量定理 1 理解动量的概念 知道动量和动量变化量均为矢量 会计算一维情况下的动量变化量 2 知道冲量的概念 知道冲量是矢量 3 理解动量定理的确切含义 掌握其表达式 4 会用动量定理解释碰撞 缓冲等生活中的现象 重点 1 动量概念的理解 2 动量变化量的理解与计算 3 动量定理的理解和应用 难点 1 动量 动量变化量 冲量 动量定理的矢量性 2 应用动量定理解决实际问题 基础知识是形成学科能力的源头 本栏目根据课标要求 精准梳理 清晰呈现主要知识及内在关系 关键处合理挖空 易错处及时提醒 多策并举 夯实基础 请以此为载体 安排学生课前预习 以便打造高效课堂 一 动量定义 运动物体的 和 的乘积公式 单位 符号是 矢量性 方向与 的方向相同 运算遵守 定则 质量 速度 p mv 千克米每秒 kg m s 速度 平行四边形 判一判 1 物体的质量越大 动量一定越大 2 物体的速度大小不变 动量可能不变 3 物体动量大小相同 动能一定相同 提示 1 物体的动量p mv 显然动量的大小不仅与物体的质量大小有关 还与物体的速度大小有关 故物体的质量越大 动量不一定越大 1 错 2 动量是矢量 既有大小 又有方向 其方向与速度的方向相同 物体的速度大小不变 方向可能不变 也可能变化 故动量可能不变 也可能变化 2 正确 3 由动量p mv和动能ek mv2可得故物体的动量大小相同 质量不一定相同 动能不一定相同 3 错 二 动量定理1 动量的变化量 1 定义 物体在某段时间内 与 的矢量差 也是矢量 p 矢量式 2 动量始终保持在一条直线上时的动量运算 选定一个正方向 动量 动量的变化量用带正 负号的数值表示 从而将矢量运算简化为 运算 此时的正 负号仅表示方向 不表示大小 末动量 初动量 p p 代数 2 冲量定义 力与力的作用 的乘积公式 i f t t 单位 符号是 矢量性 方向与 的方向相同物理意义 反映力的作用对 的积累效应3 动量定理 1 内容 物体在一个过程始末的 等于它在这个过程中所受力的冲量 2 表达式 或 冲量 时间 牛顿秒 n s 力 时间 动量变化量 mv mv f t t p p i 想一想 如图所示 在跳高比赛时 在运动员落地处为什么要放很厚的海绵垫子 提示 越过横杆后 可认为人做自由落体运动 落地时速度较大 人落到海绵垫子上时 可经过较长的时间使速度减小为零 在动量变化相同的情况下 人受到的冲击力减小 从而对运动员起到保护作用 核心要点是提升学科素养的关键 本栏目突破核心要点 讲练结合 提醒认知误区 点拨规律技巧 循序渐进 培养主动思考意识 提升自主探究能力 请根据授课情况有选择地讲解 帮助学生理解突破本讲重难点 正确理解动量及动量的变化量 探究导引 如图所示 足球运动员将飞来的足球用头原速率反向顶回 思考以下问题 1 足球被顶回前后 动量相同吗 2 如何计算足球的动量变化量 要点整合 1 动量的瞬时性 通常说物体的动量是物体在某一时刻或某一位置的动量 动量的大小可用p mv表示 2 动量的矢量性 动量的方向与物体的瞬时速度的方向相同 有关动量的运算 如果物体在一条直线上运动 则选定一个正方向后 动量的矢量运算就可以转化为代数运算 3 动量的相对性 物体的动量与参考系的选择有关 选择不同的参考系时 同一物体的动量可能不同 通常在不说明参考系的情况下 物体的动量是指物体相对地面的动量 4 动量的变化量 是矢量 其表达式 p p2 p1为矢量式 运算遵循平行四边形定则 当p2 p1在同一直线上时 可规定正方向 将矢量运算转化为代数运算 特别提醒 1 动量和速度都是描述物体运动状态的物理量 但它们描述的角度不同 动量是从动力学角度描述物体运动状态的 它描述了运动物体能够产生的效果 速度是从运动学角度描述物体运动状态的 2 动量和动能都是描述物体运动状态的物理量 动量是矢量 动能是标量 它们之间的数值关系是 典例1 2012 湛江高二检测 下列说法中正确的是 a 动能变化的物体 动量一定变化b 动能不变的物体 动量一定不变c 动量变化的物体 动能一定变化d 动量不变的物体 动能一定不变 思路点拨 解答本题应注意以下两点 关键点 1 动量与动能的大小满足 2 动量是矢量 动能是标量 速度大小保持不变 方向变化 动量一定变化 动能则保持不变 规范解答 选a d 动量是矢量 p mv 动能是标量 ek mv2 所以动能变化 则动量的大小一定变化 a正确 当动量的大小不变 只是方向变化时 物体的动能不变 b c错误 动量不变的物体 速度一定不变 则动能一定不变 d正确 总结提升 动量的决定因素及与动能的区别 1 动量的大小等于m与v的乘积 不能单纯地通过m或者v判断动量的大小 2 动量是矢量 其方向就是对应时刻瞬时速度的方向 是瞬时量 3 动量与动能有本质的区别 动量是矢量 动能是标量 动量的大小与动能的大小满足关系式 变式训练 下列关于动量的说法中 正确的是 a 物体的动量改变 其速度大小一定改变b 物体的动量改变 其速度方向一定改变c 物体运动速度的大小不变 其动量一定不变d 物体的运动状态改变 其动量一定改变 解析 选d 动量是矢量 有大小也有方向 动量改变是指动量大小或方向的改变 而动量的大小与质量和速度两个因素有关 其方向与速度的方向相同 质量一定的物体 当速度的大小或方向有一个因素发生变化时 动量就发生变化 故a b c错 物体运动状态改变是指速度大小或方向的改变 故d正确 对冲量的理解 探究导引 如图所示 小孩玩滑梯 如果站在滑梯上面的小孩与沿滑梯下滑的小孩质量相同 请思考以下问题 1 经过一段时间 站在滑梯上面的小孩重力的冲量为零吗 某个力的冲量与小孩的运动状态有关吗 2 在相同的时间内 两个小孩所受支持力的冲量大小相同吗 两个小孩所受合力的冲量呢 要点整合 1 冲量的理解 1 冲量是过程量 它描述的是力的作用对时间的累积效应 取决于力和时间这两个因素 所以求冲量时一定要明确所求的是哪一个力在哪一段时间内的冲量 2 冲量是矢量 在作用时间内力的方向不变时 冲量的方向与力的方向相同 如果力的方向是变化的 则冲量的方向与相应时间内物体动量变化量的方向相同 3 冲量的单位 在国际单位制中 力f的单位是n 时间t的单位是s 所以冲量的单位是n s 动量与冲量的单位关系是 1n s 1kg m s 但要区别使用 2 冲量的计算 1 某个力的冲量 仅由该力和力的作用时间共同决定 与其他力是否存在及物体的运动状态无关 例如 一个物体受几个恒力作用处于静止或匀速直线运动状态 其中每一个力的冲量均不为零 2 求合冲量 如果是一维情形 可以化为代数和 如果不在一条直线上 求合冲量遵循平行四边形定则 两种方法 可分别求每一个力的冲量 再求各冲量的矢量和 另外 如果各个力的作用时间相同 也可以先求合力 再用公式i合 f合 t求解 3 变力的冲量要用动量定理列式求解 特别提醒 1 冲量是矢量 求冲量的大小时一定要注意是力与其对应的时间的乘积 2 判断两个力的冲量是否相同 必须满足冲量的大小和方向都相同 缺一不可 典例2 2012 无锡高二检测 恒力f作用在质量为m的物体上 如图所示 由于地面对物体的摩擦力较大 物体没有被拉动 则经时间t 下列说法正确的是 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ftc 拉力f对物体的冲量大小为ftcos d 合力对物体的冲量大小为零 思路点拨 力的冲量是力与时间的乘积 其大小与物体的运动状态无关 一个力的冲量与另一个力的冲量无关 规范解答 选b d 对冲量的计算一定要分清求的是哪个力的冲量 拉力f的冲量为ft a c错误 b正确 物体处于静止状态 合力为零 合力的冲量为零 d正确 总结提升 冲量和功的三点比较 1 冲量和功都是过程量 冲量表示力在时间上的积累效果 功表示力在空间上的积累效果 2 功是标量 其正 负表示是动力对物体做功还是物体克服阻力做功 冲量是矢量 其正 负号表示方向 计算冲量时要先规定正方向 3 做功的多少由力的大小 位移的大小及力和位移的夹角三个因素决定 冲量的大小只由力的大小和时间两个因素决定 力作用在物体上一段时间 力的冲量不为零 但力对物体做的功可能为零 变式训练 如图所示 质量为m的物体在与水平方向成 角的力f作用下 以速度v匀速前进时间t 则物体在这段时间内受到力f的冲量与合外力的冲量各为 a ft ftcos b ftsin ftcos c ft ftsin d ft 0 解析 选d 力f的冲量就是力f与作用时间的乘积if ft 物体以速度v匀速前进 所受合力为零 合力的冲量也为零 故选项d正确 动量定理的理解和应用 探究导引 如图所示 运动员接住篮球以后 总要往后退一下 思考以下问题 1 运动员接球过程无论后退与否 球的动量变化量相同吗 2 运动员接球后退一下 延缓了接球时间 为什么要这样做呢 要点整合 1 对动量定理的理解 1 适用对象 在中学物理中 动量定理的研究对象通常为单个物体 2 适用范围 动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动 也适用于微观物体的高速运动 不论是变力还是恒力 不论几个力作用时间是同时还是不同时 不论物体的运动轨迹是直线还是曲线 动量定理都适用 3 因果关系 动量定理反映了合外力的冲量与动量的变化量之间的因果关系 即合外力的冲量是原因 物体动量的变化量是结果 反映了力对时间的累积效应 与物体的初 末动量以及某一时刻的动量无必然联系 物体动量变化的方向与合力的冲量的方向相同 物体在某一时刻的动量方向与合力的冲量的方向无必然联系 2 动量定理的应用 1 定性分析有关现象 物体的动量变化量一定时 力的作用时间越短 力就越大 反之力就越小 例如 易碎物品包装箱内为防碎而放置的碎纸 刨花 塑料泡沫等填充物 作用力一定时 力的作用时间越长 动量变化量越大 反之动量变化量就越小 例如 杂耍中 用铁锤猛击 气功师 身上的石板令其碎裂 作用时间很短 铁锤对石板的冲量很小 石板的动量几乎不变 气功师 才不会受伤害 2 应用动量定理定量计算的一般步骤 选定研究对象 明确运动过程 进行受力分析 确定初 末状态 选取正方向 列动量定理方程求解 特别提醒 1 应用动量定理解题时 一定要对物体进行受力分析 明确各个力和合力是正确应用动量定理的前提 2 列方程时一定要先选定正方向 将矢量运算转化为代数运算 3 变力的冲量一般通过求动量的变化量来求解 典例3 质量为0 5kg的弹性小球 从1 25m高处自由下落 与地板碰撞后回跳高度为0 8m 设碰撞时间为0 1s g取10m s2 求小球对地板的平均冲力 解题流程 解答本题时可按以下思路分析 由动能定理求落地时和反弹时小球的速度 由动量定理求地板对小球的平均冲力 由牛顿第三定律求小球对地板的平均冲力 规范解答 解法一 分段法 取小球为研究对象 根据小球做自由落体和竖直上抛运动 可知碰撞前的速度 方向向下 碰撞后的速度 方向向上 碰撞时小球受力情况如图所示 取竖直向上为正方向 根据动量定理 fn mg t mv2 mv1则 0 5 10n 50n由牛顿第三定律可知 小球对地板的平均冲力大小为50n 方向竖直向下 解法二 全程法 设支持力为fn 球下落 触地 上升时间分别为 t1 t2 t3小球下落时间小球与地板接触时间 t2 0 1s小球上升时间全程应用动量定理 fn t2 mg t1 t2 t3 0解得fn 50n由牛顿第三定律得 小球对地板的平均冲力大小为50n 方向竖直向下 答案 50n 方向竖直向下 总结提升 应用动量定理的四点注意事项 1 明确物体受到冲量作用的结果是导致物体动量的变化 冲量和动量都是矢量 它们的加 减运算都遵循平行四边形定则 2 列方程前首先要选取正方向 与规定的正方向一致的力或动量取正值 反之取负值 而不能只关注力或动量数值的大小 3 分析速度时一定要选取同一个参考系 未加说明时一般是选地面为参考系 同一道题目中一般不要选取不同的参考系 4 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 且要注意是末动量减去初动量 变式训练 2012 天津高考 质量为0 2kg的小球竖直向下以6m s的速度落至水平地面 再以4m s的速度反向弹回 取竖直向上为正方向 则小球与地面碰撞前后的动量变化为 kg m s 若小球与地面的作用时间为0 2s 则小球受到地面的平均作用力大小为 n 取g 10m s2 解析 小球与地面碰撞前的动量为 p1 m v1 0 2 6 kg m s 1 2kg m s小球与地面碰撞后的动量为 p2 mv2 0 2 4kg m s 0 8kg m s小球与地面碰撞前后动量的变化量为 p p2 p1 2kg m s由动量定理得 f mg t p 所以 0 2 10n 12n答案 212 变式备选 质量为m的篮球自由落下 以大小为v1的速度碰地 竖直向上弹回 碰撞时间极短 离地速度大小为v2 在碰撞过程中 地面对篮球的冲量的方向和大小为 a 向上 m v1 v2 b 向上 m v1 v2 c 向下 m v1 v2 d 向下 m v1 v2 解析 选b 篮球与地面作用时受重力和地面的弹力 由于碰撞时间极短 重力的冲量可以忽略不计 选竖直向上为正方向 则if mv2 m v1 m v1 v2 冲量的方向与规定的正方向相同 竖直向上 故b正确 a c d错误 温馨提示 动量变化量是考纲要求的必考内容 掌握动量变化量的简单计算尤为重要 但对于结合能量的较为综合的相关计算也不容忽视 典例 一质量为m 0 2kg的皮球 从高h 0 8m处自由落下 与地面相碰后反弹的最大高度为h 0 45m 则球与地面接触这段时间内动量的变化量为多少 g取10m s2 思路点拨 本题考查动量的变化量 解题的关键是弄清初 末状态及其动量的大小和方向 分析动量的大小时可以用运动学公式 动能定理或机械能守恒定律 规范解答 取向下的方向为正 则由h处下落到与地面接触前的瞬间 机械能守恒 mgh mv12故初状态速度v1 4m s碰撞前动量 p1 mv1 0 8kg m s同理皮球与地面相碰后反