物理人教版（2019）选择性必修第一册1.2动量定理（共21张ppt）

(共21张PPT)
第２节　动量定理
1、冲量、冲量与做功
2、动量定理
3、动量定理的应用
4、流体应用
生活中的现象
物体碰撞会受到力的作用，物体动量变化和力有什么关系？
有些船和码头常悬挂一些老旧轮胎，主要的用途是减轻船舶靠岸时码头与船体的撞击。
其中有怎样的道理呢？
动量定理
动量变化率等于它所受到的力
Δp=FΔt
F
V0
V
一、冲量I＝Ft
1.定义：力与力的作用时间的乘积叫力的冲量.
单位：N.s“牛秒”
3.矢量：方向由力的方向决定，若为恒力，跟这力的方向相同。
2.过程量，反映了力对时间的积累效应
4.合力的冲量计算：
I=F合t
I=F1t1＋F2t2＋·····
例1.质量m=2kg的物体，在 =370的光滑斜面的顶端由静止滑下，已知斜面的长为s=12m，g=10m/s2,物体由斜面的顶端下滑到底端的过程中.求:
(1)物体所受各个力各自的冲量 (2)合力的冲量
θ
G
N
IG=mgt= 40N.S
方向竖直向下
IN=Nt= mgcos =32 N·s
方向垂直斜面向上
I合= mgsin t = 24N.S
方向沿斜面向下
①重力的冲量：
②支持力的冲量：
③合外力的冲量：
冲量的大小与物体的运动状态无关
合力冲量：1）I=F1t1＋F2t2＋····· ；2）I 合=F合·Δt
思考1：若斜面粗糙，物体沿斜面匀速下滑，求(1)(2)？
思考2：若斜面粗糙，物体沿斜面减速下/上滑，求(1)(2)？
思考3：求各个力与合力做功，比较冲量与做功关系
冲量
功
区
别
公式
标、矢量
意义
正负
作用效果
1.冲量与功的比较
某个力对物体有冲量,力对物体不一定做功；
某个力对物体做了功,力对物体一定有冲量。
N·S
I=Ft
W=Fxcos θ
矢量
标量
N·m（J）
力对时间的积累, 对应一段时间，F-t图像面积表示
力对位移的积累, 对应一段位移，F-x图像面积表示
表示与正方向相同或相反
表示动力或阻力做功
改变动量
改变动能
F
t
O
F
t
x
F
O
F
x
Ft=mv'-mv
1、说明：
①F合外力，可以是恒力，可以是变力.
②合外力的冲量是动量变化的原因；
③公式是矢量式，先规定正方向.遵循平行四边形定则.
或
合力
末动量
初动量
二、动量定理
2、动量定理的适用范围：
①、适用于恒力，也适用变力（平均值）；
②、可以解决匀变速直线运动，还可以解决曲线运动
③、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。
在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化量.
①变力的冲量通常可利用动量定理 I=Δp求解
3、变力
②可用图象法计算冲量。阴影部分的面积就表示力在时间Δt=t2-t1内的冲量。
③对于方向不变、大小随时间均匀变化的变力,冲量也可用I=F(t'-t)计算,但式中的F应为Δt时间内的平均力,即
微元法
例2：质量为0.5 kg的小球沿光滑水平面以v1＝5 m/s的速度冲向墙壁后又以v2＝4 m/s的速度反向弹回，如图所示，若球跟墙的作用时间为0.05 s，则小球所受到的平均力大小为_______ N.
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动量定理的应用步骤
1、确定研究对象：一般为单个物体；
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；
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。
例3.一个质量为 0.18 kg 的垒球，以 25 m/s的水平速度飞向球棒，被球棒击打后反向水平飞回，速 度的大小为 45 m/s。若球棒与垒球的作用时间为0.002 s，球棒对垒球的平均作用力是多大？
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=0.18×25 kg·m/s=4.5kg·m/s
垒球的末动量为
p'=mv'=(－0.18)×25 kg·m/s= － 8.1kg·m/s
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
1、解释有关现象
透过现象看本质——探究物理规律
越长，
一定，
越短，
则F越小.
则F越大.
一定，
三、动量定理的应用
例4、若一个50 g的鸡蛋从20m坠下，与地面的撞击时间约为0.001s，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为（ ）
A．10 N B．102 N C．103 N D．104 N
C
思考：若地面平铺一层海绵，使得撞击时间变为0.1s，冲击力？
10N
——缓冲作用
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？
3、1980年，一架英国的“鸽式”战斗机在威夫士地区上空与一只秃鹰相撞，飞机坠毁，飞行员弹射逃生……
小小飞禽何以能撞毁飞机这样的庞然大物？
2、解释有关现象
②t一定，F大则△P大，F小则△P小；
③F一定，t长则△P大，t短则△P小。
例5、对于力的冲量，下列说法正确的是 ( )
A. 力越大，力的冲量就越大;
B. 作用在物体上的力大，力的冲量不一定大;
C. 力与位移垂直时，力的冲量为零;
D. 物体在水平推力作用下, 经一段时间t后仍处于静止状态，则此推力的冲量为零。
B
3、科学漫步
1、汽车的碰撞试验
1）汽车的安全气囊的保护作用
2）轿车前面的发动机舱并不是越坚固越好
带气垫的运动鞋
下落时屈膝
四、动量定理在流体中的应用
例6.宇宙飞船进入一个宇宙尘埃区，每前进lm，就有10个平均质量为2×10－7kg的微尘粒与飞船相撞，并附在飞船上。若尘埃微粒原来的速度不计，要保持飞船的速度10 km/s，飞船喷气产生的推力至少应维持多大？
解：设飞船速度为v，飞行时间为Δt，每前进1m附着的尘粒数为n，尘粒的平均质量为m0，则在Δt内飞船增加的质量Δm＝nm0vΔt.
据动量定理FΔt＝Δmv。可知推力：
流体问题的方法归纳：
⑴微元法：取很短Δt
⑵关键：①确定Δm与Δt、液体速度、密度等关系
②确定Δm作用前后速度的变化。
③ Δt趋近零时， Δm很小，所受的重力均不计
四、动量定理在流体中的应用
例7. 某种气体分子束由质量m=5.4×10-26kg速度V＝460m/s的分子组成，各分子都向同一方向运动，垂直地打在某平面上后又以原速率反向弹回，如分子束中每立方米的体积内有n0＝1.5×1020个分子，求被分子束撞击的平面所受到的压强．
解：设在△t时间内射到 S的某平面上的气体的质量为ΔM，则：
取ΔM为研究对象，受到的合外力等于平面作用到气体上的压力F以V方向规定为正方向，由动量定理得:-F.Δt=ΔMV-(-ΔMV),解得
平面受到的压强P为：
用高压水枪清洗汽车的照片如图所示。设水枪喷出水柱截面为圆形，直径为D，水流速度为v，水柱垂直汽车表面，水柱冲击汽车后沿原方向的速度为零。高压水枪的质量为M，手持高压水枪操作，已知水的密度为ρ。下列说法正确的是 ( 　　)
A．水柱对汽车的平均冲力为1/4ρπD2v2
B．高压水枪单位时间喷出的水的质量为1/4ρvπD2
C．高压水枪喷出水柱直径D减半时，水柱对汽车的平均冲力加倍
D．当高压水枪喷口的出水速度变为原来2倍时，压强变为原来的4倍
ABD
流体冲量——柱状模型
(2018全国卷I)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g。求：(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度。
流体冲量——柱状模型
如图在某次蹦极中质量为60kg的运动员在弹性绳绷紧后又经过2s人的速度减为零，假设弹性绳长为45m，g=10m/s2，（忽略空气阻力）下列说法正确的是（　）
A．弹性绳在绷紧后2s内对运动员的平均作用力大小为2000N
B．运动员在弹性绳绷紧后动量的改变量等于弹性绳的作用力的冲量
C．运动员从开始起跳到下落到最低点的整个运动过程中重力冲量与弹性绳作用力的冲量大小相等
D．运动员从开始起跳到下落到最低点的整个运动过程中重力冲量小于弹性绳作用力的冲量
C
分段 全程
例题1：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
ABC
例题2：甲乙两个质量相同的物体，以相同的初速度分别在粗糙程度不同的水平面上运动，乙物体先停下来，甲物体又经较长时间停下来，正确的是（ ）
A、甲物体受到的冲量大
B、乙物体受到的冲量大
C、两个物体受到的冲量大小相等
D、无法判断
C
例题3：如右图一物体在与水平方向成 角拉力F作用下匀速前进了时间t，则（ ）
A. 拉力F对物体的冲量大小为Ft;
B. 拉力F对物体的冲量大小为Ftsin ;
C. 摩擦力对物体的冲量大小为Ftsin ;
D. 合外力对物体的冲量大小为0。
θ
F
AD
例题4：在任何相等的时间内，物体动量变化量相等的运动是（　　）
A．竖直上抛运动 B．匀速圆周运动
C．自由落体运动 D．平抛运动
ACD
例题5：行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞，安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零，下列说法正确的是（　　）
A．增加了司机单位面积的受力大小
B．减少了碰撞前后司机动量的变化量
C．将司机的动能全部转换成汽车的动能
D．延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积
D
例题6：一辆轿车强行超车时，与另一辆迎面驶来的轿车相撞，两车相撞后连为一体，两车车身因相互挤压，皆缩短了0.5 m，据测算两车相撞前的速度均约为30 m/s。
(1)试求车祸中车内质量约为60 kg的人受到的平均冲力是多大。
(2)若此人系有安全带，安全带在车祸过程中与人体的作用时间是1 s，求车祸中人体受到的平均冲力为多大。