高中物理 第16章 第2节 动量与动量定理课件 新人教版选修35.ppt

第十六章动量守恒定律 第2节动量和动量定理 栏目链接 学习目标 1 了解物理学中动量概念的建立过程 2 理解动量和动量的变化及其矢量性 会正确计算做一维运动的物体的动量变化 3 理解冲量概念 了解动量定理及其表达式 4 能够利用动量定理解释有关现象和解决实际问题 5 理解动量与动能 动量定理与动能定理的区别 栏目链接 1 动量与速度 它们都是描述物体运动状态的物理量 但有重要区别 速度是一个运动学量 它只能描述物体运动的快慢 动量是一个动力学量 它描述物体在一个运动状态下运动量的大小 速度相同的足球和铅球 它们的运动快慢相同 但运动员敢用头去顶足球 却不敢用头去顶铅球 这说明速度相同的足球和铅球其运动量不同 产生的机械效果不同 动量就是描述这种不同 引入动量概念就能够反映物体受到外力冲量后 其机械运动的变化情况 栏目链接 其重要区别是 动量是矢量 动能是标量 对确定物体来说 其动量变化 动量的大小或 和 方向发生变化 时 动能不一定变化 动量大小不变时 动能不变化 动能变化 速度大小改变 时 动量一定变化 动能的变化与力的功相联系 动量的变化与力的冲量相联系 栏目链接 3 动量的变化量 1 动量是矢量 它的大小p mv 方向与速度的方向相同 因此 速度发生变化时 物体的动量也发生变化 速度的大小或方向发生变化时 速度就发生变化 物体具有的动量的大小或方向也相应发生变化 我们就说物体的动量发生了变化 设物体的初动量p1 mv1 末动量p2 mv2 则物体动量的变化 p p2 p1 mv2 mv1 由于动量是矢量 因此 上式一般意义上是矢量式 动量改变有三种情况 动量的大小和方向都发生变化 对同一物体而言p mv 则物体的速度的大小和方向都发生变化 动量的方向改变而大小不变 对同一物体来讲 物体的速度方向发生改变而速度大小没有变化 如匀速圆周运动的情况 动量的方向没有发生变化 仅动量的大小发生变化 对同一物体来说 就是速度的方向没有发生变化 仅速度的大小改变 2 动量的变化量 p是用末动量减去初动量 3 动量的变化量 p是矢量 其方向与速度的改变量 v的方向相同 尝试应用1 羽毛球是速度最快的球类运动之一 林丹扣杀羽毛球的速度可达到342km h 假设球飞来的速度为90km h 林丹将球以342km h的速度反向击回 设羽毛球质量为5g 试求 1 林丹击球过程中羽毛球的动量变化量 2 在林丹的这次扣杀中 羽毛球的速度变化 动能变化各是多少 解析 羽毛球的初速度 v 25m s 羽毛球的末速度 v 95m s 1 以羽毛球飞来的方向为正方向 则 p1 mv1 5 25 kg m s 0 125kg m s p2 mv2 5 95 kg m s 0 475kg m s 所以动量的变化量 p p2 p1 0 475kg m s 0 125kg m s 0 6kg m s 即羽毛球的动量变化大小为0 6kg m s 方向与羽毛球飞来的方向相反 栏目链接 1 冲量 1 定义 力与力的作用时间的乘积叫力的冲量 用i表示 注 冲量是描述力对时间积累效果的物理量 所以说冲量是一个过程量 2 表达式 i ft 注 上式中的f一般是指恒力 即恒力的冲量可以用i ft来求 但在计算时要明确哪一个力在哪一段时间内的冲量 3 冲量的矢量性 冲量是矢量 它的方向由力的方向决定 栏目链接 4 冲量的单位 冲量的单位由力的单位和时间的单位共同决定 在国际单位制中 冲量的单位是 牛 秒 符号 n s 注 如果力的方向是恒定的 则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 冲量的运算服从平行四边形定则 如果物体所受的每一个外力的冲量都在同一条直线上 那么选定正方向后 每一个力的冲量的方向可以用正 负号表示 此时冲量的运算就可简化为代数运算 栏目链接 2 动量定理 1 内容 物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量 这个关系叫作动量定理 2 表达式 i p或ft mv mv 3 对动量定理的理解 动量定理反映了冲量是动量变化的原因 动量定理的表达式是矢量式 它说明合外力的冲量跟物体动量变化量不仅大小相等 而且方向相同 注 运用动量定理解题时 要注意正方向的规定 动量的变化率和动量的变化量 栏目链接 而由动量定理i p知动量的变化量取决于合外力的冲量 它不仅与物体的受力有关 还与力的作用时间有关 4 用动量定理解释的现象一般可分为两类 物体的动量变化 p一定 由动量定理ft p可知 若力的作用时间t越短 则作用力f越大 因此在需要增大作用力时 可尽量缩短作用时间 如打击 碰撞等过程 栏目链接 若力的作用时间越长 则作用力f就越小 因此在需要减小作用力时 可设法延长力的作用时间 如利用软垫 弹簧的缓冲作用来延长作用的时间 作用力f一定 由动量定理ft p可知 力的作用时间越长 动量的变化就越大 力的作用时间越短 动量的变化就越小 尝试应用 栏目链接 2 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 栏目链接 质量为0 1kg的小球从1 25m高处自由落下 与地面碰撞后反弹回0 8m高处 取竖直向下为正方向 且g 10m s2 求 1 小球与地面碰前瞬间的动量 2 球与地面碰撞过程中动量的变化 审题指导 1 小球自由下落时 加速度为g 由速度位移关系公式求出小球碰地前瞬间的速度 再求出动量 2 由速度位移关系求出小球碰地后瞬间的速率 取竖直向下方向为正方向 分别表示出碰地前后小球的动量 小球动量的变化量等于末动量与初动量的差 栏目链接 解析 1 设小球从1 25m高处自由落下碰地前瞬间的速率为v1 则有v21 2gh1 所以小球与地面碰前瞬间的动量p1 mv1 0 1 5kg m s 0 5kg m s 2 设小球碰地后瞬间的速率为v2 取竖直向下方向为正方向 则有v22 2gh2 栏目链接 答案 1 小球与地面碰前瞬间的动量为0 5kg m s 2 球与地面碰撞过程中动量的变化大小是0 9kg m s 方向竖直向上点评 此题中动量是矢量 要规定正方向 用带正负号的数值表示动量 动量变化也是矢量 同样要注意方向 变式训练1 如图所示甲 乙两种情况中 人用相同大小的恒定拉力拉绳子 使人和船a均向右运动 经过相同的时间t 图甲中船a没有到岸 图乙中船a没有与船b相碰 则经过时间t c 栏目链接 a 图甲中人对绳子拉力的冲量比图乙中人对绳子拉力的冲量小b 图甲中人对绳子拉力的冲量比图乙中人对绳子拉力的冲量大c 图甲中人对绳子拉力的冲量与图乙中人对绳子拉力的冲量一样大d 以上三种情况都有可能 解析 甲 乙两种情况下人对绳子的拉力相等 由冲量的定义式p ft可知 两冲量相等 只有选项c是正确的 从高处跳到低处时 为了安全 一般都是让脚尖着地 这样做是为了 a 减小冲量b 减小动量的变化量c 增大与地面的冲击时间 从而减小冲力d 增大人对地面的压强 起到安全作用 审题指导 1 人落下时速度的变化量相同 所以动量的变化量相等 先让脚尖着地 可以增大人与地面的接触时间 栏目链接 解析 脚尖先着地 接着逐渐到整只脚着地 延缓了人落地时动量变化所用的时间 由动量定理可知 人落地动量变化一定 这样就减小了地面对人的冲力 故c正确 答案 c点评 本题考查对动量定理的理解及定性应用 解决本题的关键是要理解物体动量变化的原因 即外力产生冲量 而冲量产生需要时间 搞清楚动量变化与外力 时间的关系即能解决这类问题 变式训练2 多选 对下列几种物理现象的解释 正确的是 cd 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 是因为合外力冲量为零 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不正确 据动量定理f t p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 与内部作用无关 所以d项正确 质量为1 0kg的小球从20m高处自由下落到软垫上 反弹后上升的最大高度为5 0m 小球与软垫接触时间为1 0s 在接触时间内小球受到的合力的冲量大小为 空气阻力不计 g取 a 10n sb 20n sc 30n sd 40n s 审题指导 1 由动能定理求出小球落地时与从软垫上反弹时的速度 然后由动量定理分析答题 2 在应用动量定理时要注意动量的矢量性 解析 小球从开始下落到落到软垫上过程中 由动能定理可得 mgh1 m 0 代入数据解得 v1 20m s 方向 竖直向下 小球从反弹到到达最高点过程中 mgh2 0 m 代入数据解得 v2 10m s 方向竖直向上 以竖直向上为正方向 由动量定理得 i mv2 mv1 1kg 10m s 1kg 20m s 30n s 方向竖直向上 答案 c 点评 对于动量定理的应用 要注意其中各量的方向性 正确设定正方向 确定各量的正负 变式训练3 一艘宇宙飞船以v 1 0 m s的速度进入密度为 2 0 的微陨石流中 如果飞船在垂直于运动方向上的最大截面积s