高一物理冲量和动量.doc

高一物理高一物理冲量和动量冲量和动量 第二节第二节 动量定理动量定理人教版人教版 同步教育信息同步教育信息 一 本周教学内容 第八章 动量 第一节 冲量和动量 第二节 动量定理 二 知识要点 理解动量概念及其物理意义 理解冲量概念及其物理意义 理解动量定理意义会用动 量定理求平均冲力 三 重点 难点解析 一 冲量 1 定义 力和力的作用时间的乘积叫冲量 定义式FtI 2 冲量是矢量 方向由力的方向决定 若力是恒力则冲量方向与力的方向一致 若力不 是恒力则由平均力确定冲量方向 3 冲量的单位牛 秒 记作sN 4 冲量的物理意义 冲量是力 F 在时间 t 内的积累效果 不是瞬时效果 如汽车启动时 为了达到相同的速度 牵引力要作用一段时间 而牵引力大小不同 作用时间也不同 牵 引力大 加速时间短 牵引力小 加速时间就要长 冲量就是描述力在一段时间内总的 作用 多大和方向如何 5 力和冲量的区别 力 F 和冲量都是描述力的作用效果的物理量都是矢量 力是描Ft 述瞬时作用大小 力大则物体运动状态改变得快 而冲量是力在一段时间内总的效果 不 只与力的大小有关还与作用时间有关 较大的力作用较短的时间 与较小的力作用较长的 时间起的作用是相同的 使物体运动状态改变多少是相同的 冲量是过程量 6 冲量的计算 只适合于恒力计算冲量FtI 其中 F 是几个力的合力 即有几个力同时作用 tFtFtFI 21合 若几个力作用时间不等 nnt FtFtFI 2211 二 动量 1 定义 物体的质量与速度的乘积叫动量 定义式式中取地球作参考系mvP v 2 动量是矢量 方向与瞬时速度方向相同 v 3 动量单位 千克 米 秒记作smkg 4 物理意义 速度是状态量 速度与质量乘积也是状态量 相同动量的物体不管速度大 小 质量大小 克服相同阻力运动的时间相同 即它们具有的做机械运动的本领是相同的 5 动量与速度 动能的区别 速度是描述运动状态的物理量 只能 从它是如何运动 的角度来描述运动 不能反 应物体与外界联系 动量是从物体运动与外界的联系即相互作用角度来描述物体是怎样运动的 除了说明 它现在怎样运动 还说明它将来克服阻力时会怎样 动量与动能也不相同 动能的大小是物体克服阻力 别的形式的能量可增加多少 如 物体克服摩擦力做功 动能转化为内能 动能减少多少 内能就增加多少 而动量减少的 值与内能增加的值不相等 动量的改变是与外力的冲量相对应的 动能的变化与外力功相对应 6 动量变化 动量变化是末动量与初动量之差 公式为它应是矢量之差 用平行四边 12 PPP 形求出 如下图 1 PP 2 PP P2 P1 P 三 动量定理 1 表述 物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化 公式 00 PPmvmvI tt 2 动量定理的意义 1 力对时间的积累效果是物体的动量发生变化的原因 冲量是与作用过程有关的物 理量 作用结果使物体的运动状态改变一定的量 所以力的冲量是动量变化 多少和方向 的原因 2 动量定理是矢量关系 冲量与动量变化不只是大小相等 方向也相同 动量变化 的方向与合外力或合外力的平均力方向相同 运算中要用矢量运算法则 3 动量定理的分量式 利用动量定理的分量可解一个方向上动量变化 由正交分解法可以把动量和冲量都分解到正交的轴方向上 分解为和xy 0 P x P0 y P0 分解为和 分解为和 t P tx P ty PI x I y I xtxx PPI 0 ytyy PPI 0 4 冲力的意义 由动量定理得 叫冲力 t P F F 它是时间 t 内的平均值 实际的作用力是变化幅度很大 而变化的时间很短 F 变化 是很快的 3 动量定理与牛顿第二运动定律的关系 由牛顿第二定律可导出动量定理 两条规律都反映了外力与运动状态改变之间的因果 关系 但它们反映的侧面不同 牛顿第二定律说明了力与运动状态改变的瞬时关系 动量 定理反映了一段时间内力作用效果与状态改变 多少 方向 关系 动量定理是力作用与始末状态关系 可以不管某一时刻力的瞬时值 更适合于变力作 用情况 如冲击 碰撞 反冲运动等 牛顿第二定律只适用于宏观 低速运动 动量定理适用范围要宽得多 4 应用动量定理的解题步骤 应用动量定理解决的两类题 一是已知冲量 冲力 求动量变化 一是已知动量变化 求冲量 冲力 解题步骤是 1 选择恰当的物体或物体系作为研究对象 2 对研究对象进行受力分析 从而确定所研究过程中所受各力的冲量 3 选择正方向 确定初 末态动量 4 根据动量定理列方程 求解 典型例题典型例题 例 1 关于恒力的冲量与功的关系 下列叙述正确的是 A 力做功 必有冲量 不为零 B 力有冲量必做功 C 力不做功 必冲量为零 D 力的冲量为 0 必不做功 解 解 做功是物体在力方向有位移 看物体是否有位移 冲量是力作用一段时间看时间 A D 正确 例 2 做平抛运动物体 第 1 秒内和第 2 秒内冲量比较 A 第 2 秒冲量比第 1 秒大 方向相同 B 第 2 秒冲量与第 1 秒内冲量大小相等 方向不同 C 第 2 秒冲量与第 1 秒内冲量大小相等 方向相同 D 由于平抛运动速度大小 方向随时变化 不能确定 解 解 平抛物体受重力为恒力 第 1 秒 第 2 秒内时间相同 所以第 1 秒内 第 2 秒内 冲量相等 C 正确 例 3 一个质量为的钢球以的速度向右运动碰到一竖直坚硬的障碍物后弹kg1 0sm 0 6 回 沿同一直线以的速度向左运动 碰撞前后钢球的动量有没有变化 变化了多sm 0 6 少 动量变化的方向怎样 v0 vt 解析 解析 如图示 设钢球初速度为碰障碍物后速度为 动量有方向 设末速度 0 v t vmv 末动量 方向为正方向 0 PPP t 0 mvmvt skgm 2 1 6 1 061 0 为正与规定正方向相同smv 6 0 P 方向向左P 例 4 蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳 翻滚 并做各种空中动作 一个质量是 的运动员 从离水平网面高处自由下落 着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面kg60m2 3 高处 已知运动员与网接触时间为若把在这段时间内网对运动员的作用力看作m0 5s2 1 恒力处理 求此力的大小 2 10smg 解析 解析 网对运动员的作用力只发生在运动员与网接触的时间内 作用前后 运动员的 动量是一定的 因此可由动量定理求解 F mg 以运动员为研究对象 取运动员与网作用的这段时间 运动员受两个力 网的支持力 F 和重力 取向上为正 触网前速度为离网时速度为 1 v 2 v 12 mvmvtmgF 11 2ghv 22 2ghv 代入已知数 求得 1 h 2 ht t vvm mgF 12 2 1 810 60 1060 N 3 105 1 例 5 如图所示 水平地面上有两个物块 A 和 B 它们的质量分别为 kgmA2 它们与地面之间的动摩擦因数均为 现物块 A 以某一初速度滑行一段距kgmB1 02 0 离后 与静止的滑块 B 发生正碰 此后各自滑行一段距离后停下来 AB 运动的总时间分别 为 其碰撞时间可忽略不计 试求物块 A 的初速度是多少 stA13 stB15 2 10smg v0 AB 解析 解析 物块 AB 在运动中受力已知 运动时间已知 末状态已知 由动量定理可求出初 状态 取 AB 两个为研究对象 竖直方向合力为零 在水平方向用动量定理 取初速度方向为 正 0 0 vmtftfI ABBAA BBAAA tftfvm 0 gmf AA gmf BB 代入 得 0B A B A t m m tgv sm 1 4 15 2 1 13 1002 0 模拟试题模拟试题 1 一恒力 F 与水平方向成角 作用在质量为的物体上 作用时间为 力 F 的冲量 mt 为 F A B C D FtmgttF costFmg sin 2 关于物体的动量 下列叙述正确的是 A 动量越大 物体的惯性越大 B 同一物体动量越大 其速度越大 C 物体的动量越大 其受到的作用力的冲量越大 D 动量方向一定沿物体的运动方向 3 重 100N 的物体静止在水平面上 物体与地面间的动摩擦因数为 0 4 现用水平推力 作用于物体上 在内 物体受到合力的冲量大小为 NF30 s2 A B C D 0sN 80sN 60sN 20 4 如图示 木块 A 和 B 叠放在水平面上 轻推木块 A B 会与 A 一起运动 猛击 A 时 B 则不能与 A 一起运动 说明 A B A 轻推 A 时 A 对 B 冲量小 B 轻推 A 时 A 对 B 的冲量大 C 猛击 A 时 A 对 B 的冲量大 D 猛击 A 时 A 对 B 的冲量小 5 如图所示 物体 A 和 B 用轻绳相连 挂在弹簧下静止不动 A B 的质量分别为和m 当连接 A B 的轻绳突然断开后 物体 A 上升经某一位置时的速度为 此时物体 BMv 下落速度大小为 那么这段时间里弹簧的弹力冲量大小为 u A B A B C D mvMumv Mumv uvm 6 如图所示 质量为 M 的小车在光滑的水平面上 以速度向左匀速运动 一质量为 0 v 的小球从高为处自由下落 与小车碰撞后 反弹上升的高度也为 设 碰mhhmM 撞时的弹力 球与车之间的动摩擦因数为 小球弹起后的水平速度可能为 mgN v0 h 0 A B C D gh20gh22 0 v 7 质量为的小球在光滑水平面上以的速度运动 用木棒击打后 小球以kg4 0sm 10 的速度向相反方向运动 则小球动量变化大小为 方向为 sm 15smkg 8 物体在水平恒力作用下 沿水平面做直线运动的图象如图所示 比较第内 tv s1 第内 第内三段时间中 内物体受到阻力最大 内合力冲量最大 s2s3ss 内合力冲量最小 s 8 6 4 2 0 123 v ms 1 t s 9 一个质量为的物体竖直向上抛出后 测得物体从开始抛出到落回原点的总时间为 mt 空气阻大小恒为 在时间 内物体受到冲量比 填 大 小 相等 ftmgt 10 质量的撑杆跳运动员从高处落到海绵垫上 经后停止 kgm70 mh0 5 st1 1 则该运动员身体受到的平均冲力大小为 N 如果是落到普通砂坑中 经停下 st1 0 2 砂坑对运动员的平均冲力为 N 2 10smg 11 如图所示 放在光滑水平地面上的物体 AB 之间用一段轻绳连接 绳长 两物体m1 质量分别为 现用大小为的水平恒力拉物体 A 再带动 B 一kgmA4 kgmB16 N8 起运动 末两物体速度为 s4sm B A F 12 如图所示 ABC 是一半径为 R 的圆弧轨道 质量为的物体从 A 端由静止沿光滑 4 1 m 轨道滑下 经时间 到达圆弧底端 速度大小为 求物体圆弧轨道上运动中轨道支持力的tv 冲量是多