2019-2020学年高中物理 第16章 动量守恒定律 2 动量和动量定理课件 新人教版选修3-5(1)

2动量和动量定理,前面一节内容我们利用不同的方案“探究碰撞中的不变量”，具有普遍意义，在各种情景下均守恒的是动量(即mv乘积)这一物理量利用这些装置也可以去探究mv2这个量(对应于动能)的变化情况(1)若采用弓形弹片弹开滑块的方案如图甲所示，弹开后的mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)弹开前mv2的总量，这是因为_.,(2)若采用图乙的方案，碰撞前mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量说明碰撞中，_守恒,(3)若采用图丙的方案，碰撞前mv2的总量_(填“大于”“小于”或“等于”)碰后mv2的总量说明碰撞中，存在_损失解析：(1)当采用甲图方案时，弹开后，弹片的弹性势能转变成了滑块的动能，故mv2的总量变大(2)采用乙图方案时，由机械能守恒定律知，碰撞前后，动能保持不变(3)采用丙图方案时，在碰撞过程中一部分动能转化为内能，mv2的总量将变小答案：(1)大于弹片弹性势能转变成滑块动能(2)等于机械能(3)大于机械能,一、动量及动量变化量1动量(1)动量定义：物体的_和_的乘积(2)动量公式：p_.(3)单位：在国际单位制中，动量单位是_，符号kgm/s.(4)矢量性：动量是_，其方向与_方向相同，动量运算遵循_【答案】(1)质量速度(2)mv(3)千克米每秒(4)矢量速度平行四边形定则,2动量变化量(1)定义：物体在某段时间内_与_的矢量差，p_(矢量式)(2)运算(动量始终保持在一条直线上)：选定一个正方向，初动量、末动量、动量变化量用正负值表示，从而将矢量运算简化为代数运算(正负号仅代表方向，不代表大小)【答案】(1)末动量初动量pp,二、冲量1定义：在物理学中，_和_的乘积叫做力的冲量【答案】力时间2表达式：冲量i_.【答案】ft3单位：在国际单位制中，冲量的单位是_，符号_【答案】牛秒ns,4方向：如果力的方向是恒定的，则冲量i的方向与力的方向相同，如果力的方向是变化的，则冲量的方向应与相应时间内物体_变化量的方向相同【答案】动量5物理意义：在物理学中，冲量的概念是反映力对_的积累效果力越大，作用时间越长，冲量就越_【答案】时间大,6运算法则：冲量的运算服从_，若物体所受每个力冲量都在同一直线上，就可以规定正方向，把冲量的运算简化成_运算【答案】平行四边形定则代数,三、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_【答案】冲量2表达式：i_或者f合tmvmv.【答案】p3适用范围：不仅适用于宏观物体的_运动，而且对微观粒子的_运动同样适用【答案】低速高速,1动量的认识(1)动量是状态量：动量具有瞬时性，pmv中的速度v是瞬时速度，因此动量对应的是某一时刻或某位置的动量(2)动量是矢量：动量pmv是矢量表达式，动量方向与物体瞬时速度方向相同，运算时遵循平行四边形定则计算动量时，如果物体在一条直线上运动，则需选定一正方向后，动量的运算就转化为代数运算了,动量和动量变化量两个物理量理解,(3)动量是相对量：因物体的速度与参考系有关，故物体的动量也与参考系选取有关选择不同的参考系时，同一运动物体的动量可能不同，通常在不说明参考系的情况下，都指物体相对地面的动量，在分析有关问题时要指明相应参考系(中学阶段一般选地面为参考系),特别提醒：(1)动量是矢量，比较两物体的动量时，不仅比大小，还要比方向，只有大小、方向都相同的两个动量才相等(2)一个质量一定的物体的动量相同时，动能一定相同，而当动能相同时，动量却不一定相同,3动量变化及计算动量变化量：即pp2p1，由于动量是矢量，动量变化量也是矢量，在求解动量变化时，其运算遵循平行四边形定则(1)若初、末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算(2)若初、末动量不在同一直线上，运算时应遵循平行四边形定则,1质量为0.1kg的弹性小球从高1.25m处自由下落至一光滑而坚硬的水平板上，碰撞后弹回的最大高度为0.8m求：(1)小球与水平板碰撞前后的动量；(2)小球与水平板碰撞前后的动量变化(g取10m/s2)【答案】(1)0.5kgm/s，方向竖直向下0.4kgm/s，方向竖直向上(2)0.9kgm/s，方向竖直向上,1冲量的理解(1)冲量的绝对性：由于力和时间均与参考系无关，所以力的冲量也与参考系的选择无关(2)冲量是矢量：冲量的运算服从平行四边形定则，合冲量等于各外力的冲量的矢量和，若整个过程中，不同阶段受力不同，则合冲量为各阶段冲量的矢量和(3)冲量是过程量：它是力在一段时间内的积累，它取决于力和时间这两个因素所以求冲量时一定要明确所求的是哪一个力在哪一段时间内的冲量,对冲量的理解与计算,(4)冲量的单位：在国际单位制中，力f的单位是n，时间t的单位是s，所以冲量的单位是ns.动量与冲量的单位关系是：1ns1kgm/s，但要区别使用2冲量的计算(1)恒力的冲量公式ift适用于计算某个恒力的冲量，这时冲量的数值等于力与作用时间的乘积，冲量的方向与恒力方向一致若力方向不变，大小随时间均匀变化，该力的冲量可以用平均力计算，若力为一般变力则不能直接计算冲量,2(2018南充模拟)如图所示，斜面静止在水平地面上，一滑块(视为质点)以某一初速度从斜面底端滑上斜面，上升到某一高度后再返回斜面底端，斜面倾角为，所有接触面均不光滑，整个过程斜面始终保持静止，不计空气阻力，下列说法正确的是(),a滑块与斜面间动摩擦因数大于tanb整个过程重力的冲量为0c上滑过程中摩擦力的冲量小于下滑过程摩擦力的冲量d整个过程中斜面对地面的压力大小不变【答案】c,解析：由题意可知，滑块在斜面上不能静止，则有mgsinmgcos，解得tan，故a错误；根据冲量的定义可知imgt，故重力的冲量不为零，故b错误；根据受力分析可知，上滑时的加速度一定大于下滑时的加速度，由位移公式可知，上滑过程用时小于下滑用时，而摩擦力大小相等，则可知，上滑过程中摩擦力的冲量小于下滑过程摩擦力的冲量，故c正确；对斜面分析可知，滑块上滑时，斜面受摩擦力向下，而滑块下滑时，斜面受摩擦力向上，则可知，两种情况下斜面受到的摩擦力不同，压力也不同，故d错误,1动量定理理解(1)动量定理表明冲量既是使物体动量发生变化的原因，又是物体动量变化的量度这里所说的冲量是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)(2)动量定理的研究对象是一个质点(或可视为一个物体的系统)(3)动量定理是过程定理，解题时必须明确过程及初末状态的动量,动量定理的理解,2应用动量定理解题的步骤(1)明确研究对象和研究过程研究对象是一个物体，而不是一个系统，研究过程既可以是全过程，也可以是全过程中的某一阶段(2)进行受力分析只分析研究对象以外的物体施给研究对象的力，所有外力之和为合外力研究对象内部的相互作用力(内力)会改变系统内某一物体的动量，但不影响系统的总动量，因此不必分析内力如果在所选定的研究过程中的不同阶段中物体的受力情况不同，就要分别计算它们的冲量，然后求它们的矢量和,(3)规定正方向由于力、冲量、速度、动量都是矢量，在一维的情况下，列式前要先规定一个正方向，和这个方向一致的矢量为正，反之为负(4)写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各外力在各个阶段的冲量的矢量和)(5)根据动量定理列式求解,3(2018新课标卷)高空坠物极易对行人造成伤害若一个50g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下，与地面的碰撞时间约为2ms，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为()a10nb102nc103nd104n【答案】c,动量定理与牛顿第二定律的联系与区别,2动量定理与牛顿第二定律的区别(1)牛顿第二定律反映力与加速度之间的瞬时对应关系；而动量定理则反映在力作用一段时间的过程中，合外力冲量与物体初、末状态动量变化间的关系(2)牛顿第二定律只适用于宏观低速运动情况，不适用高速运动及微观粒子；而动量定理却普遍适用,3两者的选用在解决物理问题时，两者的选用应根据物理过程的特点和已知量、未知量来确定(1)在合外力为恒力的情况下，可由牛顿第二定律fma和运动学公式vvat导出动量定理ftmvmv.但动量定理较牛顿第二定律有其独特的优点，因为公式ftmvmv中只涉及两个状态量mv和mv及一个过程量f，至于这两个状态间是怎样的过程，轨迹是怎样的，加速度怎样，位移怎样等全不必考虑，所以解题时应优先选用动量定理,(2)对于多过程问题，动量定理可用于全过程，而牛顿第二定律只能用于分过程应用牛顿第二定律和运动学公式解题，必须分过程逐一求出连接前后两过程的中间状态速度，求解过程较复杂；而应用动量定理，可以不必关心中间状态，进行全过程分析，使问题求解变得简洁,4质量均为m的两个小球a、b，中间用一轻质弹簧相连，通过细线悬挂于o点，如图所示，剪断细线两球从静止开始下落，经过时间t小球a的速度达到v1.试求此时b球的速度v2等于多少？例题：动量定理的应用【答案】2gtv1,【解析】取a、b及弹簧组成的系统为研究对象，在下落过程中系统受到的外力是f合外(mamb)g2mg.系统初始状态的动量p10，末状态的动量p2mv1mv2.由动量定理得2mgtmv1mv2，故此时b球的速度v22gtv1.,例1一质量为m0.2kg的皮球从高h0.8m处自由落下，与地面相碰后反弹的最大高度为h0.45m，则球与地面接触这段时间内动量的变化为多少？,动量及动量的变化,反思领悟：在求物体动量的变化时，正方向的选取是任意的，比如本题，也可以取向上为正方向，则p10.8kgm/s，p20.6kgm/s，则pp2p10.6(0.8)kgm/s1.4kgm/s，动量变化的方向为正，也说明动量的变化方向向上所以说，对于正方向的选取并不影响其实际的结果但需注意，一旦选定正方向后，各矢量的正负就确定了,【答案】b,例2从同样高度落下的玻璃杯，掉在水泥地上容易打碎，而掉在草地上不容易打碎，其原因是()a掉在水泥地上的玻璃杯动量大，而掉在草地上的玻璃杯动量小b掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大，掉在草地上的玻璃杯动量改变小c掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快，掉在草地上的玻璃杯动量改变慢d掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用时间短，而掉在草地上的玻璃杯与地面接触时作用时间长,用动量定理定性解释物理现象,答案：cd反思领悟：利用动量定理解释物理现象的问题主要有两类，一类是物体动量变化相同或相差不大，由于作用时间的长短不同，物体受到的作用力不同，要使物体受到的作用力较小，应延长作用时间，要获得较大的作用力，就要缩短作用时间；另一类是物体所受的合外力相同或相差不大，由于作用时间长短不同，引起物体运动状态的改变不同,2如图所示，一铁块压着一纸条放在水平桌面上，当以速度v抽出纸条后，铁块掉到地面上的p点，若以2v速度抽出纸条，则铁块落地点为()a仍在p点b在p点左侧c在p点右侧原水平位移的1.5倍处d在p点右侧原水平位移的两倍处,【答案】b【解析】以2v速度抽出纸条时，纸条对铁块作用时间减少，而纸条对铁块的作用力相同，故与以速度v抽出相比，对铁块的冲量i减小，平抛的速度减小，水平射程减小，故落在p点的左侧,例3如图所示，pqs是固定于竖直平面内的光滑1/4圆周轨道，圆心o在s的正上方，在o和p两点各有一质量为m的小物块a和b，从同一时刻开始，a自由下落，b沿圆弧下滑下列说法正确的是(),对动量、冲量概念的理解,aa比b先到s，它们在s点的动量不相等ba与b同时到s，它们在s点的动量不相等ca比b先到s，重力对a、b的冲量不相等da与b同时到s，重力对a、b的冲量相等解析：a自由下落加速度较大，路程较短，b沿圆弧下滑至相同高度时加速度较小，路程较长，所以a比b用时短由imgt可知重力对a、b的冲量不相等，由机械能守恒，两球到达s点时速度大小相等，所以动量大小相等，但方向不同，所以动量不相同答案：ac,反思领悟：分析比较动量和冲量问题时，既要由动量pmv和冲量ift的定义比较它们的大小，更应明确各量的方向，方向不同，矢量是不同的,3(2018周口期末)如图所示，pqs是固定于竖直平面内的光滑的圆弧轨道，圆心o在s的正上方，在o和p两点处各有一质量为m的小物块a和b，从同一时刻开始，a自由下落，b由静止开始沿圆弧下滑，以下说法正确的是(),a物块a、b在s点的动量相等b物块a、b在s点的动能相等c物块a、b落至s点过程中重力的冲量相等d物块a、b落至s点的过程中合外力的冲量相等,【答案】b,例4蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并在空中做各种动作的运动项目一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回离水平网面5.0m高处已知运动员与网接触的时间为1.2s若把这段时间内网对运动员的作用力当作恒力处理，求此力的大小(g取10m/s2),动量定理的应用,答案：1.5103n，方向竖直向上反思领悟：解答本题时，容易出现以下错误：(1)未能正确受力分析，漏掉重力，误认为所求平均力就是合外力；(2)未正确理解动量定理的矢量性，误将动量的变化写为mv2mv1.,动量定理应用研究过程和研究对象的灵活选取运用动量定理时，既可以选取单个物体，也可以选取由几个物体组成的系统；既可以选取单一的物理过程，也可以选取全过程(由几个子过程组成)如何选取系统和过程，取决于题目的要求和特点，通常要根据题意来灵活地选取,创新拓展提升,例5(2018江苏卷)如图所示，悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m，运动速度的大小为v，方向向下经过时间t，小球的速度大小为v，方向变为向上忽略空气阻力，重力加速度为g，求该运动过程中，小球所受弹簧弹力冲量的大小解析：以小球为研究对象，取向上为正方向，整个过程中根据动量定理可得imgtmv(mv)解得小球所受弹簧弹力冲量的大小为i2mvmgt.答案：2mvmgt,反思领悟：应用动量定理解题时要选好受力物体和