物理人教版2019选择性必修第一册1.2 动量定理(共40张ppt)

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名称 物理人教版2019选择性必修第一册1.2 动量定理(共40张ppt)
格式 zip
文件大小 2.4MB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2022-07-28 05:09:01

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文档简介

(共40张PPT)
§2 动量定理
高二物理(人教版2019)
选择性必修 第一册
第一章 动量守恒定律
新课引入
生活中的场景
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
这些场景中的垫子、沙坑、轮胎有什么共同的作用?
共同的作用都是为了缓冲
新课引入
生活中的场景
锤子钉钉子
棒球比赛
高尔夫球比赛
在这些场景中,我们还希望缓冲吗?
新课引入
思考与讨论:
(1)在以上两类场景中,为什么目的会不同呢?
(2)在以上两类场景中,每一种情景中人或物体的受力与各自的动量变化有怎样的关系呢?
动量定理
01
动量定理的应用
02
相关标题文字
学习目标
本节课学习内容
1.推导:
由牛顿第二定律F = ma,则有:
加速度:
整理得: F t = p – p
假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用,做匀变速直线运动,初始时刻物体的速度为v,经过一段时间 t,它的速度为v'.
新课讲授
F 作用了时间 t
F

F


一、动量定理
新课讲授
类比复习:
F 作用了位移 x
F

F


高一物理我们曾经学过类似的知识,假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用,做匀变速直线运动,初始时刻物体的速度为v,经过一段位移 x,它的速度为v'.
当时,我们经过推导得到的是:
我们把F x认为是力在位移上的累积,称为力的功。
那么我们是不是可以把F t 认为是力对时间的累积呢?
(1)定义:在物理学中,把力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量。
(2)公式:I = F t 单位,在国际单位制中时牛·秒(N·s)
①冲量是矢量,作用力的方向不变时其方向与力的方向相同。
②冲量是过程量,是力对时间的积累效应。
③冲量和功不同,恒力在一段时间内可能不做功,但一定有冲量。
④冲量的计算要明确求哪个力的冲量,还是物体的合外力的冲量。
I = F t 只能求恒力的冲量。
2.冲量
新课讲授
⑤用F-t图像求力的冲量:图线与t轴所围的面积表示F在t内的冲量,即可求恒力的冲量。
F
t
F
△t
新课讲授
思考:如果力是变力,是否可以用I = F t 来求冲量呢?如果不行,那又应该怎么办呢?
F
0
t/s
F
0
t/s
新课讲授
如果力是变力,我们可以借助 F-t 图像做如下处理:
总结:①如果力是恒力,即可以用I = F t 来求冲量,也可以用F-t 图像面积来求冲量。
②如果力是变力,可以用F-t 图像面积来求冲量。
新课讲授
高一物理时,我们把力在一个过程中对物体做的功,等于物体在这个过程中动能的变化这样一个结论叫作动能定理。
即:
经过推导,我们发现力在一个过程中对所受力的冲量,等于物体在这个过程中始末动量变化量,这个结论我们把它叫作什么呢?
即: F t = p – p
类比一下我们是否发现有惊人的相似性呢?
(1)内容:物体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。
F t =Δp=p'-p
3.动量定理
(2)公式:
(3)注意:
①公式中的F为物体所受的合外力。
②动量定理的优点:不考虑中间过程,只考虑初末状态。
③适用范围 : 动量定理不但适用于恒力,也适用于随时间变化的变力。
新课讲授
④动量的变化率:F= P/ t ,即等于物体所受合外力。当动量变化较快时,物体所受合力较大,反之较小;当动量均匀变化时,物体所受合力为恒力。
3.动量定理
新课讲授
(4)p-t图像
②图像的斜率表示物体所受合外力,
斜率为正,合外力方向与正方向一致;
斜率为负,合外力方向与正方向相反;
斜率为零,合外力为零;
斜率恒定,合外力恒定;
斜率变化,合外力变化;
①图线在t轴上方,说明动量p的方向与正方向一致;
图线在t轴下方,说明动量p的方向与正方向相反;
3.动量定理
新课讲授
(5)从力学三大观点认识合外力F合
力学观点 能量观点 动量观点
牛顿第二定律 动能定理 动量定理
想一想:
新课讲授
跳高比赛
跳远比赛
悬挂轮胎的游船准备靠岸
这些场景中的垫子、沙坑、轮胎的缓冲为什么可以保护好人和船不受到太大力的作用?
二、动量定理的应用
想一想:
新课讲授
这些场景中为什么物体可以获得更大的作用力呢?
锤子钉钉子
棒球比赛
高尔夫球比赛
二、动量定理的应用
想一想:
新课讲授
我们生活中是不是还会用到这些物品,主要作用是什么?它的原理是什么?
手机壳
鸡蛋托
泡沫网
二、动量定理的应用
做一做:
新课讲授
鸡蛋掉地上和海绵垫子上会有什么现象?为什么?
二、动量定理的应用
【例1】 一个质量 m = 0.18 kg 的垒球,以 = 25 m/s 的水平速度飞向球棒,被球棒打击后,反向水平飞回,速度的大小变为 ' = 45 m/s。设球棒与垒球的作用时间 t = 0.002 s,球棒对垒球的平均作用力是多大?
二、动量定理的应用
新课讲授
解:沿垒球飞向球棒的方向建立坐标轴,
垒球所受的平均所用力大小为6300N,负号表示力的方向与坐标轴的方向相反,即力的方向与垒球飞来的方向相反。
垒球的初动量为:
垒球的末动量为:
由动量定理知垒球所受的平均作用力为:
运用动量定理解题的一般步骤
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。
新课讲授
二、动量定理的应用
【例2】中国CNCAP(汽车碰撞实验)是检验汽车安全性能的重要标准,其中一项称为40%ODB正面碰撞检验:汽车速度为64km/h,迎面碰到可溃障碍物上并停下来。某次测试中,驾驶座假人甲系着安全带,副驾驶座假人乙没有系安全带,但其前方固定着一竖直挡板,假人质量均为50kg,碰撞时间为0.05s,假人与安全带的作用时间为0.2s,碰撞过程中甲、乙所受水平方向平均作用力之比为(  )
A.1:4
B.4:1
C.2:5
D.5:2
新课讲授
二、动量定理的应用
A
新课讲授
【答案】A
【详解】取假人为研究对象,取车速方向为正,
由动量定理可得 , 解得:
碰撞过程中甲、乙所受水平方向平均作用力之比为
故选A。
新课讲授
请同学们,认真阅读以下课本P9页的STSE《汽车碰撞试验》,明确汽车碰撞试验的重要性、汽车安全驾驶的重要性以及物理与日常生活的紧密结合性。
【例3】一个水龙头以垂直于墙面10m/s的速度喷出水柱,水柱的横截面积为3×10-4m2,水柱垂直冲击竖直墙壁后变为速度为零的无数小水滴,水的密度为1×103kg/m3,则水柱对墙壁的冲击力为(  )
A.30N
B.3N
C.15N
D.1.5N
新课讲授
二、动量定理的应用
A
【答案】A
【详解】时间t内的水柱质量m=svtρ水柱受力为F,
由动量定理Ft=0﹣mv得
带入数据,可得F=﹣30N由牛顿第三定律可知水柱对墙壁的力为30N。故选A。
新课讲授
新课讲授
小结:流体柱状模型分析步骤
流体及其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”,质量具有连续性,通常已知密度ρ
分析 步骤 1 建立“柱状模型”,沿流速v的方向选取一段柱形流体,其横截面积为S
2 微元研究,作用时间Δt内的一段柱形流体的长度为Δl,对应的质量为Δm=ρSvΔt
3 建立方程,应用动量定理研究这段柱状流体
课堂小结
动量定理
①公式:F t =Δp=p'-p
①公式:I = Ft
冲量
②方向:与F同向
③F-t图像
②合外力:
即等于动量变化率
1.如图所示,质量为m的物体在一个与水平方向成θ角的拉力F作用下,一直沿水平面向右匀速运动,则下列关于物体在时间t内所受力的冲量,正确的是(  )
A.拉力F的冲量大小为Ftcosθ
B.摩擦力的冲量大小为Ftsinθ
C.重力的冲量大小为mgt
D.物体所受支持力的冲量大小为mgt
C
课堂练习
【答案】C
【详解】A.拉力F的冲量大小为IF=Ft故A错误;
B.物体做匀速直线运动,可知摩擦力f=Fcosθ则摩擦力的冲量大小为ft=Ftcosθ,故B错误;
C.重力的冲量大小为IG=mgt,故C正确;
D.支持力的大小为N=mg-Fsinθ则支持力的冲量大小为IN=(mg-Fsinθ)t,故D错误。故选C。
课堂练习
2.一物体受到方向不变的力F作用,其中力的大小随时间变化的规律如图所示,则力F在6s内的冲量大小为(  )
A.9N·s
B.13.5N·s
C.15.5N·s
D.18N·s
B
课堂练习
课堂练习
【答案】B
【详解】由公式 可知在F-t图像中,图线与坐标轴的面积为冲量的大小,所以
故B正确,ACD错误。故选B。
3.随着手机逐渐走进每个人的生活,有些人喜欢躺着看手机,偶尔会出现手机滑落砸到脸的情况。若某手机(可视为质点)的质量为200 g,从距人脸上方约20 cm的高度无初速掉落,砸到脸后经0.1 s手机停止运动。忽略空气阻力,重力加速度g=10 m/s2,下列分析正确的是(  )
A.脸受到的平均撞击力大小约为10 N
B.脸受到的平均撞击力大小约为3 N
C.全过程手机重力的冲量大小约为0.2 N·s
D.全过程手机重力的冲量大小约为0.6 N·s
D
课堂练习
【答案】D
【详解】AB.20cm=0.20m;200g=0.2kg根据自由落体速度
手机与脸作用后手机的速度变成0,选取向上为正方向,所以手机与脸作用过程中动量变化为 ,手机与脸接触的过程中受到的重力与脸的作用力,根据动量定理可知 代入数据解得,手机对脸的作用力大小约为6N,故A、B错误
CD.手机下落时间 ,全过程中重力的冲量 ,故C错误,D正确。故选D。
课堂练习
4.质量为1kg的物体做直线运动,其速度图像如图所示。则物体在10s前内和后10s内所受外力的冲量分别是(  )
A.10N·s, 10N·s
B.10N·s, -10N·s
C.0.10N·s
D.0,-10N·s
D
课堂练习
【答案】D
【详解】在前10s内,物体的初速度为5m/s,末速度为5m/s,
根据动量定理得 知,合外力的冲量为0。
在后10s内,物体的初速度为5m/s,末速度为-5m/s,
根据动量定理得
故选D。
课堂练习
5.甲、乙两物体分别在恒定的合外力F1和F2的作用下沿同一直线运动,它们的动量随时间的变化关系如图所示,设甲在t1时间内所受的冲量为I1,乙在t2时间内所受的冲量为I2,则下列F、I的关系正确的是(  )
A.
B.
C.
D.
C
课堂练习
【答案】C
【详解】
由图象可知,甲乙两物体动量变化量的大小相等,根据动量定理知,冲量的大小相等,即I1=I2根据I=Ft知,冲量的大小相等,作用时间长的力较小,可知F1>F2故C正确,ABD错误。故选C。
课堂练习
6.如图所示,一个钢珠自空中自由下落,然后陷入沙坑中,不计空气阻力,把在空中下落的过程为过程I,进入沙坑直到停止的过程为过程II,则( )
A.过程II中钢珠动量的改变量等于零
B.过程II中阻力冲量的大小等于过程I中重力冲量的大小
C.整个过程中合外力的总冲量等于零
D.过程I中钢珠动量的改变量等于重力的冲量
CD
课堂练习
【答案】CD
【详解】A.过程II中钢珠的速度变化量不为零,所以钢珠的动量改变量不等于零,所以A错误;
BC.过程II中钢珠受到阻力和重力,在整个过程中根据动量定理总冲量为零,即过程II阻力的冲量等于过程I重力冲量和过程II重力冲量之和,所以过程II阻力冲量的大小大于过程I中重力冲量的大小,所以B错误,C正确;
D.根据动量定理可知D正确。故选CD。
本节课结束
谢谢聆听