1.2动量定理 课件-2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册(共26张PPT)

(共26张PPT)
动量定理
问题一：观察下列图片，说出他们的作用
跳远场地的沙子
背越式跳高的软垫
汽车驾驶位置的安全气囊
轮船边缘的轮胎
可以起到缓冲作用
实验二：鸡蛋落地的不同效果
1、两个鸡蛋在接触地面前的动量相等吗？
2、两个鸡蛋在与地面碰撞的过程中动量变化量相等吗？
3、两个鸡蛋在与地面碰撞的过程中受到的力大小相等吗？
一
冲量 动量定理
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理论探究
假设一个质量为m的物体在恒定的合外力F作用下，做匀变速直线运动，初速度为 v0，经过一段时间Δt后，速度变为v′，试探究合外力F的表达式。
由牛顿第二定律：
加速度表达式：
或
合力
末动量
初动量
冲量
１、定义：作用在物体上的力和作用时间的乘积，叫做该力对这个物体的冲量I，用公式表示为 I=FΔt
2、单位：在国际单位制中，冲量的单位是牛·秒，符号是N·s
3、冲量是矢量：方向由力的方向决定
(1)若F为恒定方向的力，则冲量的方向跟这力的方向相同
(2)若F的方向改变：冲量方向由Δp方向（或平均作用力方向）决定
4、特点：冲量是过程量，反应了力对时间的累积效应
冲量
冲量 功
表达式
物理意义 描述力对时间的积累 描述力对空间的积累
矢量性 矢量 标量
联系 均为过程量，有力就有冲量，而有力不一定做功。求解时要明确是哪个力在哪段时间（位移）内的冲量（功）
5、冲量与功的比较
温馨提示：冲量的计算要明确是某个力的冲量，还是物体的合外力
的冲量。I = Ft 只能直接求恒力的冲量。
6、冲量的计算
（1）若力F是恒力，则直接利用公式I=FΔt求冲量
t0
F0
F
t
O
I = F0t
若F为变力，该如何求其冲量？
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将该段时间
无限分割
F
t/s
4
3
2
1
0
2
4
6
10
8
t/s
4
3
2
1
0
2
4
6
10
8
F
t/s
4
3
2
1
0
2
4
6
10
8
F
一段时间内的变力
近似认为物体在每一时段以受到某一恒力
一段时间内的变力的冲量
微分求和
微元法
由图可知F-t图线与时间轴之间所围的“面积”的大小表示对应时间t0内，力F0的冲量的大小。
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1、关于冲量的概念，以下说法正确的是（ ）
A.作用在两个物体上的合力大小不同，但两个物体所受的冲量大小可能相同
B.作用在物体上的力的作用时间很短，物体所受的冲量一定很小
C.作用在物体上的力很大，物体所受的冲量一定也很大
D.只要力的作用时间和力的大小的乘积相同，物体所受的冲量一定相同
A
1、内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化，这就是动量定理。
2、表达式：Ft = p′ - p或
动量定理
说明：
①动量定理中“力的冲量”指的是合力的冲量，或者是各个力的冲量的矢量和.
②动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因
③动量定理是矢量式，解题之前先设定正方向；合外力冲量的方向与物体动量变化量的方向相同
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3、动量定理与牛顿第二定律的比较
动量定理 牛顿第二定律
外力作 用特点 合外力对时间的积累效应 合外力的瞬时效应
作用效果 改变了物体的动量 使物体产生加速度
使用范围 普遍适用 低速、宏观运动
联系 由Ft＝mv2－mv1可以推导F＝ma，反映了外力作用与运动状态变化的关系
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，下面叙述中正确的是（ ）
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
二
动量定理的应用
橡皮轮胎可以增大船与码头之间相互作用的时间，由F合t=Δp可知， Δp一定时，t越大F越小，起到了缓冲作用。
有些轮船和码头常悬挂一些老旧轮胎，主要的用途是什么？请说出其中的道理。
体操运动员在落地时总要曲腿，这是为什么？
体操运动员在着地时，动量变化量是一定的，通过屈腿，可以延长作用时间，由动量定理F合t=Δp可知，地面对运动员的作用力会减小，从而使运动员避免受伤.
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1、动量定理I=FΔt=Δp的定性分析
①物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大，反之力就越小。
②作用力一定时，力的作用时间越长，动量变化量越大，反之动量变化量就越小。
生活中的应用——缓冲作用
汽车的安全气囊
带气垫的运动鞋
包装用的泡沫材料
2、动量定理的应用步骤
1、确定研究对象，选定正方向。
3、明确研究对象的初末状态及相应的动量；
2、明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量；
4、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。
典例、一个质量为0.18Kg的垒球以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒击打后以45m/s的速度反向水平飞回。若球棒与垒球的作用时间t为0.002s.求球棒对垒球的平均作用力多大？
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例1、(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.用手接篮球时，手往往向后缩一下，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，是因为车(包括人)所受合外力的冲量为零
CD
例2、足球运动员练习用头颠球，某一次足球由静止下落到头顶的速度大小v1＝3 m/s，被重新竖直向上顶起离开头顶的速度大小v2＝4 m/s。已知足球与头部的作用时间为0.1 s，足球的质量为0.6 kg，空气阻力不计，重力加速度g取10 m/s2，在足球与头顶相互作用的过程中，求：
(1)足球的动量变化量的大小；
答案　4.2 kg·m/s　
设竖直向上为正方向，足球的动量变化量为
Δp＝mv2－(－mv1)＝0.6×4 kg·m/s－0.6×(－3) kg·m/s＝4.2 kg·m/s
(2)头顶受到足球的平均作用力。
答案　48 N，方向竖直向下
设竖直向上为正方向，根据动量定理可知
(F－mg)t＝Δp
解得足球受到头顶的平均作用力大小为F＝48 N，方向竖直向上
由牛顿第三定律可知，头顶受到足球的平均作用力的大小F′＝F＝48 N，方向竖直向下。
例3、用0.5 kg的铁锤钉钉子。打击前铁锤的速度为4 m/s，打击后铁锤的速度变为0，设打击时间为0.01 s，g取10 m/s2。
(1)不计铁锤所受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？
答案　200 N
打击时，铁锤受到重力和钉子对铁锤竖直向上的弹力，打击后铁锤的速度为0，设竖直向下为正方向。
若不计铁锤所受的重力，根据动量定理有－FΔt＝0－mv，解得F＝200 N。
(2)考虑铁锤所受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？
答案　205 N
若考虑铁锤所受的重力，则有(G－F)Δt＝0－mv，解得F＝205 N。
(3)请你分析一下，在计算铁锤钉钉子的平均作用力时，在什么情况下可以不计铁锤所受的重力。
答案　当打击时间很短时，可以不计铁锤所受的重力
从前两问的解答可以看出，当打击时间很短时，铁锤所受的重力可以忽略不计。
动量定理
表达式：
冲量
动量定理
内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化量
定义：作用在物体上的力和作用时间的乘积
表达式：
课堂小结