高中物理选修3-5第一讲、冲量和动量ppt课件

第二节 第一讲 冲量和动量 本节课的学习目标 1 知道力的冲量 冲量的单位 方向 2 理解动量的概念 动量的单位 方向 3 知道冲量和动量的单位之间的关系 能区别冲量和动量的方向 4 会判断物体动量是否变化 5 知道动量的运算服从矢量运算法则 如果动量矢量在同一直线上 可将动量的运算简化为代数运算 观察并思考 鸡蛋从一米多高的地方落到地板上 肯定会被打破 现在 在地板上放一块泡沫塑料垫 让鸡蛋落到泡沫塑料上 会看到什么现象 你能解释这种现象吗 对于一个原来静止的物体 只要作用力F和力的作用时间t的乘积Ft相同 这个物体就获得相同的速度 也就是说 对一定质量的物体 力所产生的改变物体速度的效果 是由Ft这个物理量决定的 问题 一个质量为m的静止物体 在力F的作用下开始运动 经过时间t将获得多大的速度 解 物体在力F作用下得到的加速度为 经时间t 据v at得物体获得的速度 拓展分析 整理可得Ft mv 由此我们得到 对于一个原来静止的物体 v0 0 m一定 要使它获得某一速度 你可采用哪些方法 答 可以用较大的力作用较短的时间 可以用较小的力作用较长的时间 1 定义 力F和力的作用时间t的乘积Ft叫做力的冲量 2 表达式 通常用符号I来表示冲量 I Ft 冲量是表示物体在力的作用下经历一段时间的积累的物理量 因此 力对物体有冲量作用必须具备力和该力作用下的时间两个条件 一 冲量 换句话说 只要有力并且作用一段时间 那么该力对物体就有冲量作用 4 是矢量 方向 与恒力的方向相同 5 是过程量 3 国际单位 牛 秒 N s 6 物理意义 力对时间的积累效应 当力的方向变化时 只能根据 P的方向 巩固训练1 如图 一个质量为m的物块在水平恒力F作用下 经过时间t物体仍静止 求F在t时间内的冲量 2 一质量为m的物块在t1 t2 t3三段时间内所受外力分别为F1 F2 F3 方向均水平向右 求合力F在时间t1 t2 t3内的冲量 3 如果力F在t秒内水平向右 t秒后F大小不变 方向变为竖直向下 作用时间为2t秒 则力F在3t秒内的冲量如何计算 解 I Ft 解 I F1t1 F2t2 F3t3 注意矢量计算满足平行四边形定则 强化训练 质量为m的物体从高为S处自由下落 与地面碰撞时间为t 地面对小球平均作用力为F 不计空气阻力 取向上为正方向 则在碰撞过程中 重力 地面对小球的作用力 和合力对物体的冲量分别为多大 注意 1 计算冲量时 要明确是哪个力在哪一段时间内的冲量 此力的冲量与其它力无关 2 冲量由力和力的作用时间决定 与物体是否运动和运动状态无关 3 要区别某个力的冲量和物体所受的冲量 二 动量 1 针对前边得到的公式Ft mv 讨论得到 原来静止的质量m不同的物体 在相同的冲量作用下 虽然得到的速度v不同 但它们的质量和速度的乘积mv却是相同的 都等于它们受到的冲量 在物理学中我们把物体的质量和速度的乘积叫做动量 2 回答下列思考题 动量用什么符号来表示 动量是一个过程量还是状态量 动量是矢量还是标量 动量的单位是什么 二 动量 1 定义 运动物体的质量和速度的乘积叫做动量 2 表达式 用符号p表示 p mv3 单位 千克 米 秒 kg m s 4 是状态量动量是描述物体处于某一运动状态时的物理量 当运动状态一定时 物体的动量也就确定了 5 是矢量动量的方向和瞬时速度方向相同 巩固训练 试证明冲量的单位N s与动量的单位kg m s是相同的 我们说物体的动量在变化 包括几种情况 举例说明 答案 动量与冲量的单位是相同的 即 1牛 秒 1千克 米 秒 由于动量是矢量 所以只要物体的速度大小或方向发生变化 动量就一定发生变化 例如做匀速直线运动的物体其动量是恒量 而做匀速圆周运动的物体 由于速度方向不断在改变 即使其动量大小不变 但因其方向不断改变 所以其动量是一变量 过渡 如果一个物体的动量发生了变化 那么动量的变化量如何求解呢 三 动量的变化 1 所谓动量的变化就是在某过程中的末动量 包括大小和方向 减去初动量 包括大小和方向 即 p p p 2 应用例1 一个质量是0 2kg的钢球 以2m s的速度水平向右运动 碰到一块坚硬的大理石后被弹回 沿着同一直线以2m s的速度水平向左运动 碰撞前后钢球的动量有没有变化 变化了多少 思考下列问题 动量是矢量 其运算遵循什么规律 例1 解 取水平向右的方向为正方向 碰撞前钢球的速度v 2m s 碰撞前钢球的动量为 p mv kg m s 0 4kg m s 碰撞后钢球的速度v 2m s 碰撞后钢球的动量为 p mv kg m s 0 4kg m s 碰撞前后钢球动量的变化为 p p p 0 4kg m s 0 4kg m s 0 8kg m s动量变化的方向向左 例2 如图 钢球质量为1kg 按如图方向与地面碰撞前后速度的大小都为1m s 求碰撞过程动量的变化量 动量变化量 P是矢量 即要求出大小也要求出方向 例3 质量为10kg的物体 当其速率由3m s变为4m s时 它的动量变化量的大小不可能是 A 10kg m sB 50kg m sC 70kg m sD 90kg m s ABC 例4 质量为m的钢球自高处落下 以速率v1碰地 竖直向上弹回 与水平地面碰撞时间极短 离地时速率为v2 在碰撞过程中 钢球动量变化的大小为多少 解 选竖直向下为正方向 则碰前钢球的动量 碰后钢球的动量 碰撞过程中钢球动量变化 负号表示方向与选定的正方向相反 即竖直向上 所以钢球动量变化大小是 归纳 某一过程物体末动量P2与初动量P1之差 称为动量的变化量 P 注 动量的变化量 P也是矢量 但它是过程量 四 巩固练习 1 对于力的冲量的说法 正确的是 A 力越大 力的冲量就越大 B 作用在物体上的力大 力的冲量也不一定大 C F1与其作用时间t1的乘积F1t1的大小 等于F2与其作用时间t2的乘积F2t2的大小 则这两个冲量相同 D 静置于水平地面上的桌子受到水平推力F的作用 经时间t始终处于静止状态 则此推力的冲量为零 2 质量m为3kg的小球 以2m s的速率绕其圆心O做匀速圆周运动 小球从A转到B过程中动量的变化为多少 从A转到C的过程中 动量变化又为多少 3 如图所示的水平面上有两个物体A和B 质量分别为mA和mB A以角速度 沿半径为R的圆周做匀速圆周运动 当A经过P点时物体B在恒力F作用下开始运动 当力F满足什么条件时 两物体在运动过程中某时刻的动量可以相同 P V F 课堂小结 1 在物理学中 冲量是反映力的时间积累效果的物理量 力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量 冲量是矢量 2 物体的质量和速度的乘积叫动量 动量是一个状态量 动量是矢量 动量的运动服从矢量运算规则 平行四边形定则 如果物体的运动在同一条直线上 在选定一个正方向后 动量的运算就可以简化为代数运算 3 关于动量变化量的运算 p也是一个矢量 它的方向可以跟初动量的方向相同 也可以跟初动量的方向相反 也可能跟初动量的方向成一角度 六 练习 1 重100N的物体A 静止在水平面B上 已知A B间的动摩擦因数为0 5 以g 10m s 现用水平推力F 30N作用在物体A上 在2s内推力F的冲量和摩擦力的冲量大小分别为 A 60N s 100N sB 60N s 60N sC 60N s 40N sD 0 0 2 下列情况下 物体的动量不变的是 A 在平直路面上匀速前进的汽车 B 汽车在转弯的过程中 速度的大小不变 C 水平飞来的球撞到竖直墙面后又沿原路返回 D 匀速直线运动的洒水车正在洒水 3 下列几种说法中 错误的是 A 某一物体的动量发生了变化 一定是物体的速度大小发生了变化 B 某一物体的动量发生了变化 一定是物体速度的方向发生了变化 C 物体的运动速度发生了变化 其动量一定发生了变化 D 物体的运动状态发生了变化 其动量一定发生了变化 4 一个物体的质量是2kg 此物体竖直落下 以10m s的速度碰到水泥地上 随后又以8m s速度反弹 若取竖直向上为正 则小球与地面相碰前的动量为kg m s 随后碰后的动量是kg m s 小球的动量改变是kg m s 5 一质量是2kg的物体 用一个10N的水平拉力拉它向右做加速度为3m s2的匀加速直线运动 那么在10s内拉力的冲量大小应为 方向 摩擦力的冲量大小为 方向 6 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 动量是描述物体运动状态的物理量 C 冲量是物体动量变化的原因 D 冲量是描述物体状态的物理量 7 一个质量为2kg的物体 以初速度10m s水平抛出 则抛出时动量的大小为多少 1s末物体的动量大小为多少 这1s内动量的变化为多少 方向如何 这1s内重力的冲量大小为多少 方向如何 g 10m s2 参考答案 一 1 B2 A3 AB4 20kg m s 16kg m s 36kg m s 5 100N s 向右 40N s 向左6 ABC 七 素质能力训练一 填空题 1 质量为0 1kg的小球 以 rad s的角速度做匀速圆周运动 半径为0 2m 则每1秒小球动能变化的大小等于J 动量变化的大小等于kg m s 2 距地面为15m高处 以10m s的初速度竖直向上抛出小球A 向下抛出小球B 若A B质量相同 运动中空气阻力不计 经过1s 质量对A B二球的冲量比等于 从抛出到到达地面 重力对A B二球的冲量比等于 3 重为10牛的物体在倾角为37 的斜面上下滑 通过A点后再经2s到达斜面底 若物体与斜面间的动摩擦因数为0 2 则从A点到斜面底的过程中 重力的冲量大小为N s 方向 弹力的冲量大小为N s 方向 摩擦力的冲量大小为N s 方向 合外力的冲量大小为N s 方向 4 如图所示 重为100N的物体 在与水平方向成60 角的等于10N的拉力F作用下 以2m s的速度匀速运动 在10s内 拉力F的冲量大小等于N s 摩擦力的冲量大小等于N s 二 选择题 1 关于冲量下述说法正确的是 A 作用力越大 冲量越大B 力的作用时间越长 冲量越大 C 恒力的作用时间长 则冲量大D 上述说法均不正确 2 从A点以某一速度竖直向上抛出小球 球从抛出点A上升到最高点O 又从O返回A点的过程中空气阻力的大小不变 则上升与下降过程中 关于冲量的下述说法 中正确的是 A 上升与下降过程摩擦力的冲量相同 B 上升过程重力的冲量小于下降过程 C 上升过程合外力的冲量数值较大 D 上升与下降过程合外力的冲量相同 3 将10N的物体放于光滑的水平桌面上 以0 5m s的速度匀速运动 经A点后2s通过B点 则A到B的过程中 关于作功与冲量的下述说法中正确的是 A 重力做功为0B 重力做功10J C 重力冲量为0D 重力冲量为20N s 4 下列说法中正确的是 A 运动物体的动量的方向总是与它的运动方向相同 B 作用于物体上的合外力的冲量不为0 则物体的动量一定发生变化 C 作用于物体上的合外力的冲量不为0 则物体的动能一定发生变化 D 物体所受合外力的冲量方向总是与物体的动量方向相同 5 质量为0 5kg的物体 它做直线运动的位移方程为s 4t 6t2 m 则其动量的变化量对时间的变化率为 A 6NB 1 5NC 2 2t ND 0 6 一质量为m的物体从高为h的光滑斜面的上端由静止开始下滑 当滑至一半长度时物体的动量为p1 动能为Ek1 当滑至斜面底时物体的动量为p2 动能为Ek2 则 A B C D 7 自由下落的物体 在下落过程的任何相等的时间间隔内相等的物理量是 A 物体受到的冲量B 物体的位移 C 物体速度的增量D 物体的平均速度 8 两个具有相等动量的物体 质量分别为m1和m2 且m1 m2 则 A m2动能较大B m1的动能较大C 动能相等D 无法判断 三 计算题 1 质量为m千克的物体自离地面高H米处做自由落体运动 取地面为参考平面 求物体下落n秒后的动量变化和受到的冲量 2 将质量为m的一物体从离地h高处以初速度v水平抛出 试求出物体从抛出到落地过程动量的变化和所受重力的冲量 参考答案 一 1 B2 A3 AB4 20kg m s 16kg m s 36kg m s 5 100N s 向右 40N s 向左6 ABC 参考答案 二 一 1 0 0 04 2 1 3 20 竖直向下 16 垂直斜面向上 3 2 平行斜面向上 8 8 平行斜面向下 4 100 50 二 1 C2 BC3 AD4 AB5 A6 A7 AC8 A 三 解 物体下落n秒后 速度由v 0变为v ng 动量变化为 p mv mv mgn kg m s 方向竖直向下 物体在n秒内受到重力mg的作用 作用时间为n秒 物