陕西省安康市石泉县高中物理 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 沪科版选修35.ppt

第一章碰撞与动量守恒 第 节探究动量变化与冲量的关系 1 理解冲量概念 理解动量定理及其表达式 2 理解动量和动量的变化及其矢量性 会正确计算一维动量变化 3 能够利用动量定理进行定量计算与定性分析有关现象 问题1 思考鸡蛋会不会破呢 设置物理情景 质量为m的鸡蛋 它从某一高度下落 到达海绵垫或塑料盘中时 速度为v0 在合力f的作用下经过一段时间t后 速度变为vt 0 由牛顿第二定律知 而加速度定义有 变形可得 f ma 联立可得 解析 g n 鸡蛋受撞击时的受力示意图 什么物理意义呢 问题2 你能分析论证鸡蛋不会破的物理原理吗 定义 力和力的作用时间的乘积ft叫做冲量 用i用表示 公式表示为i ft 2 单位 在国际单位制中 冲量的单位是牛 秒 符号是n s 3 冲量是矢量 方向由力的方向决定 若为恒定方向的力 则冲量的方向跟这力的方向相同 4 冲量是过程量 反映了力对时间的积累效应 问题3 你对冲量 impulse 有哪些认识呢 如图所示 在倾角 37 的斜面上 有一质量为5kg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2s的时间内 物体所受各力的冲量 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 解析 mg fn ff 重力的冲量 ig g t mg t 5 10 2n s 100n s 方向竖直向下 支持力的冲量 in fn t mgcos t 5 10 0 8 2n s 80n s 方向垂直斜面向上 摩擦力的冲量 if ff t mgcos t 0 2 5 10 0 8 2n s 16n s 方向沿斜面向上 恒力的冲量直接用力与作用时间的乘积求解 问题4 对冲量 impulse 理解与计算 定义 物体的质量m和速度v的乘积mv叫做动量 用p表示 公式表示为p mv 2 单位 在国际单位制中 动量的单位是 千克 米 秒 符号kg m s 3 动量是矢量 动量的方向与物体的速度方向相同 4 动量是描述物体运动状态的物理量 是状态量 5 动量是相对的 与参考系的选择有关 通常指相对地面的动量 注意 物体的动量 总是指物体在某一时刻的动量 即具有瞬时性 故在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度 问题5 你对动量 momentum 有哪些认识呢 一个质量是0 1kg的钢球 以6m s的速度水平向右运动 碰到一个坚硬物后被弹回 沿着同一直线以6m s的速度水平向左运动 碰撞前后钢球的动量各是多少 碰撞前后钢球的动量变化了多少 解析 m m 碰撞前钢球速度v1 6m s p1 mv1 0 1 6kg m s 0 6kg m s 碰撞后钢球动量 p2 mv2 0 1 6 kg m s 0 6kg m s 碰撞前后钢球的动量变化了 p p2 p1 0 6kg m s 6kg m s 1 2kg m s 取水平向右为正 碰撞前钢球动量 碰撞后钢球速度v2 6m s 正方向 p1 p2 p 问题6 如何正确求解动量的变化量 如图所示 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 速度仍为2m s 请你用作图的方法求出钢球动量变化的大小和方向 解析 v v p mv 0 2 2 0 4kg m s p mv 0 2 2 0 4kg m s p 问题7 思考 如果初 末动量不在一条直线上如何求动量的变化 某段运动过程 或时间间隔 末状态的动量p 跟初状态的动量p的矢量差 称为动量的变化 或动量的增量 即 p p p 问题7 如何正确求解动量的变化量 p p p p p p p p p 若速度变化 ek可能为零 kg m2 s2 j 标量 ek mv2 2 动能 若速度变化 则 p一定不为零 kg m s n s 矢量 p mv 动量 动量与动能有什么区别 动量与动能间量值关系 1 质量为2kg的物体 速度由3m s增大到6m s 它的动量和动能各增大为原来的几倍 2 质量为2kg的物体 速度由向东的3m s变为向西的3m s 它的动量和动能是否变化了 如果变化了 变化量各是多少 3 a物体质量为2kg 速度是3m s 方向向东 b物体的质量是3kg 速度是4m s 方向向西 它们的动量的矢量和是多少 它们的动能之和是多少 2倍 倍 动量变化 动能不变 12kg m s 6kg m s 33j 问题8 解答以下三个小题 思考动量与动能的区别 以后的学习中还会学到动量与动能的区别 请及时总结 1 内容 物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化 这就是动量定理 2 表达式 或 3 加深理解 1 物理研究方法 过程量可通过状态量的变化来反映 2 表明合外力的冲量是动量变化的原因 3 动量定理是矢量式 合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同 合外力冲量的方向与合外力的方向或速度变化量的方向一致 但与初动量方向可相同 也可相反 甚至还可成角度 问题9 动量定理 theoremofmomentum 动量定理的适用范围 1 动量定理不但适用于恒力 也适用于随时间变化的变力 对于变力 动量定理中的f应理解为变力在作用时间内的平均值 2 动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题 还可以解决曲线运动中的有关问题 将较难的计算问题转化为较易的计算问题 3 动量定理不仅适用于宏观低速物体 也适用于微观现象和变速运动问题 动量定理的优点 不考虑中间过程 只考虑初末状态 问题9 动量定理 theoremofmomentum 质量为10kg的铁锤 从某一高度处落下后与立在地面上的木桩相碰 碰前速度大小为10m s 碰后静止在木桩上 若铁锤与木桩的作用时间为0 1s 求 铁锤受到的平均冲力 问题10 如何利用动量定理解题 动量定理的应用步骤 1 确定研究对象 一般为单个物体 4 选定正方向 确定在物理过程中研究对象的动量的变化 5 根据动量定理列方程 统一单位后代入数据求解 2 明确物理过程 受力分析 求出合外力的冲量 3 明确研究对象的初末状态及相应的动量 i ft 恒力f的冲量 冲量的大小数值上等于蓝色矩形的面积 f 变力的冲量 f 为变力f在t时间内的平均值 落在塑料盘上 落在海绵垫上 鸡蛋所受的合力随时间的变化 问题11 你对变力的冲量掌握有多少 1 在足球场上 你常看到运动员用头去顶球的现象 试设想如果迎面飞来的不是足球而是一块大石头 他们会用头去顶吗 2 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 问题12 阅读教材 动量定理的应用 你能举出一些生活中的例子吗 3 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 这又是为什么 4 建筑工人或蹦极运动员身上绑的安全带是有弹性的橡皮绳还是不易伸长的麻绳 小实验 非弹性绳断 橡皮绳不断 问题12 你能举出一些生活中的例子吗 包装用的泡沫材料 问题12 你能举出一些生活中的例子吗 船靠岸时边缘上的废旧轮胎 摩托车头盔里的衬垫 问题12 你能举出一些生活中的例子吗 一个质量为0 18kg的垒球 以25m s的水平速度飞向球棒 被球棒打击后反向水平飞回 速度大小变为45m s 设球棒与垒球的作用时间为0 01s 球棒对垒球的平均作用力是多大 解析 沿垒球飞向球棒时的方向建立坐标轴 垒球的初动量为 p mv 0 18 25kg m s 4 5kg m s 垒球的末动量为 p mv 0 18 25kg m s 8 1kg m s 由动量定理知垒球所受的平均作用力为 垒球所受的平均作用力的大小为1260n 负号表示力的方向与垒球飞来的方向相反 巩固练习 2 关于冲量和动量 下列说法中正确的是 a 冲量是反映力的作用时间积累效果的物理量b