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3_5.ppt

第1章,1.1探究动量变化与冲量的关系,学习目标1.理解冲量和动量的定义、公式、单位及矢量性.2.理解动量定理及其表达式.3.能够利用动量定理解释有关现象，解决有关实际问题,内容索引,知识探究,题型探究,达标检测,知识探究,一、动量和冲量,在激烈的橄榄球赛场上，一个较瘦弱的运动员携球奔跑时迎面碰上高大结实的对方运动员，自己被碰的人仰马翻，而对方却几乎不受影响.这说明运动物体产生的效果不仅与速度有关，而且与质量有关(1)若质量为60kg的运动员(包括球)以5m/s的速度向东奔跑，他的动量是多大？方向如何？若他以大小不变的速率做曲线运动，他的动量是否变化？,答案动量是300kgm/s，方向向东；做曲线运动时他的动量变化了，因为方向变了,答案,(2)若这名运动员与对方运动员相撞后速度变为零，他的动量的变化量多大？动量的变化量方向如何？,答案300kgm/s，方向向西,答案,动量和动量的变化量1.动量(1)定义：物体的_和_的乘积_.(2)公式：p_.单位：_.(3)动量的矢量性：动量是_(填“矢”或“标”)量，方向与_相同.(4)动量是状态量：进行运算时必须明确是哪个物体在哪一状态(时刻)的动量.(5)动量具有相对性：由于速度与参考系的选择有关，一般以_为参考系.,质量m,速度v,mv,kgm/s,矢,mv,速度的方向,地球,2.冲量(1)冲量的定义式：I_.(2)冲量是_(填“过程”或“状态”)量，反映的是力在一段_内的积累效应，求冲量时一定要明确是哪一个力在哪一段时间内的冲量.(3)冲量是_(填“矢”或“标”)量，若是恒力的冲量，则冲量的方向与_相同.,Ft,过程,矢,时间,力F的方向,判断下列说法的正误.(1)质量大的物体的动量一定大.()(2)动量相同的物体，运动方向一定相同.()(3)质量和速率都相同的物体的动量一定相同.()(4)冲量是矢量，其方向与合外力的方向相同.()(5)力越大，力对物体的冲量越大.()(6)不管物体做什么运动，在相同的时间内重力的冲量相同.(),二、动量定理,1.在日常生活中，有不少这样的事例：跳远时要跳在沙坑里；跳高时在下落处要放海绵垫子；从高处往下跳，落地后双腿往往要弯曲；轮船边缘及轮渡的码头上都装有橡胶轮胎这样做的目的是为了什么？,答案为了缓冲以减小作用力.,答案,2.如图1所示，假定一个质量为m的物体在碰撞时受到另一个物体对它的力是恒力F，在F的作用下，经过时间t，物体的速度从v变为v，应用牛顿第二定律和运动学公式推导物体的动量改变量p与恒力F及作用时间t的关系.,答案该物体在碰撞过程中的加速度a根据牛顿第二定律Fma由得Fm整理得：Ftm(vv)mvmv即Ftp.,图1,答案,1.内容：物体所受_等于物体的动量变化.2.公式：_.其中F为物体受到的_.,合力的冲量,合外力,IFtp,判断下列说法的正误.(1)若物体在一段时间内，其动量发生了变化，则物体在这段时间内的合外力一定不为零.()(2)物体受到的合力的冲量越大，它的动量变化量一定越大.()(3)动量变化量为正，说明它的方向与初始时动量的方向相同.(),题型探究,一、动量的理解,1.动量pmv,描述物体运动状态的物理量.是矢量，方向与速度的方向相同.2.动量pmv与动能Ekmv2的区别(1)动量是矢量，而动能是标量.(2)当速度发生变化时，物体的动量发生变化，而动能不一定发生变化.,例1羽毛球是速度较快的球类运动之一，运动员扣杀羽毛球的速度可达到100m/s，假设球飞来的速度为50m/s，运动员将球以100m/s的速度反向击回.设羽毛球的质量为10g，试求：(1)运动员击球过程中羽毛球的动量变化量；,答案1.5kgm/s，方向与羽毛球飞来的方向相反,解析,答案,解析以羽毛球飞来的方向为正方向，则p1mv11010350kgm/s0.5kgm/s.p2mv210103100kgm/s1kgm/s所以动量的变化量pp2p11kgm/s0.5kgm/s1.5kgm/s.即羽毛球的动量变化量大小为1.5kgm/s，方向与羽毛球飞来的方向相反.,(2)运动员击球过程中羽毛球的动能变化量.,答案37.5J,解析羽毛球的初动能：Ek12.5J，羽毛球的末动能：Ek50J.所以EkEkEk37.5J.,解析,答案,动量与动能的区别与联系(1)区别：动量是矢量，动能是标量，质量相同的两个物体，动量相同时动能一定相同，但动能相同时，动量不一定相同.(2)联系：动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，大小关系为,1.求冲量大小时，一定要注意是哪一个力在哪一段时间内的冲量，只要力不为零，一段时间内的冲量就不为零.2.公式IFt只适合于计算恒力的冲量，若是变力的冲量，可考虑用以下方法求解：(1)用动量定理Imvmv求冲量.(2)若力随时间均匀变化，则可用平均力求冲量.,二、冲量及冲量的计算,(3)若给出了力F随时间t变化的图像，可用Ft图像与t轴所围成的面积求冲量.如图2所示，力F在1s内的冲量I1F1t1201Ns20Ns力F在6s内的冲量I(201105)Ns30Ns,图2,例2在倾角为37、足够长的斜面上，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，sin370.6，cos370.8),答案见解析,解析物体沿斜面下滑的过程中，受重力、支持力和摩擦力的作用.冲量IFt，是矢量.重力的冲量IGGtmgt102Ns100Ns，方向竖直向下.支持力的冲量INNtmgcost5100.82Ns80Ns，方向垂直于斜面向上.摩擦力的冲量Ifftmgcost0.25100.82Ns16Ns，方向沿斜面向上.,解析,答案,1.在求力的冲量时，首先明确是求哪个力的冲量，是恒力还是变力，如果是恒力，可用IFt进行计算，如果是变力，可考虑根据动量定理求冲量.2.注意不要忘记说明冲量的方向.,三、动量定理的理解和应用,1.对动量定理的理解(1)动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因.(2)动量定理的表达式是矢量式，运用动量定理解题时，要注意规定正方向.(3)公式中的F是物体所受的合外力，若合外力是变力，则F应是合外力在作用时间内的平均值.,2.应用动量定理定量计算的一般步骤,例3如图3所示，用0.5kg的铁锤把钉子钉进木头里，打击时铁锤的速度为4.0m/s，如果打击后铁锤的速度变为0，打击的作用时间是0.01s，那么：,图3,(1)不计铁锤受到的重力，铁锤钉钉子时，钉子受到的平均作用力是多大？,答案200N，方向竖直向下,解析,答案,解析以铁锤为研究对象，不计重力时，铁锤只受到钉子的平均作用力，方向竖直向上，设为F1，取竖直向上为正，由动量定理可得F1t0mv所以F1N200N，方向竖直向上.由牛顿第三定律知，铁锤钉钉子时，钉子受到的平均作用力为200N，方向竖直向下.,(2)考虑铁锤受的重力，铁锤钉钉子时，钉子受到的平均作用力又是多大？(g取10m/s2),答案205N，方向竖直向下,解析若考虑重力，设此时铁锤受钉子的平均作用力为F2，对铁锤应用动量定理，取竖直向上为正则(F2mg)t0mvF2N+0.510N=205N，方向竖直向上由牛顿第三定律知，此时铁锤钉钉子时钉子受到的平均作用力为205N，方向竖直向下,解析,答案,(3)比较(1)和(2)，讨论是否要忽略铁锤的重力,答案见解析,解析比较F1与F2，其相对误差为100%2.5%，可见本题中铁锤的重力可忽略,解析,答案,用动量定理进行定量计算时应注意：(1)列方程前首先选取正方向；(2)分析速度时一定要选取同一参考系，一般选地面为参考系；(3)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，且要注意动量的变化量是末动量减去初动量.,例4(多选)对下列几种物理现象的解释，正确的是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,答案,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Ftp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，与内部作用力无关，所以D项正确.,针对训练从高处跳到低处时，为了安全，一般都是让脚尖先着地，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,解析,答案,解析脚尖先着地，接着逐渐到整个脚着地，延缓了人落地时动量变化所用的时间，由动量定理可知，人落地时的动量变化量为定值，这样就减小了地面对人的冲力，故C项正确.,利用动量定理解释现象的问题主要有三类：(1)p一定，t短则F大，t长则F小.(2)F一定，t短则p小，t长则p大.(3)t一定，F大则p大，F小则p小.,达标检测,1.(多选)恒力F作用在质量为m的物体上，如图4所示，由于地面对物体的摩擦力较大，没有被拉动，则经过时间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对物体的冲量大小是FtcosD.合力对物体的冲量大小为零,1,2,图4,答案,2.篮球运动员通常要伸出两