沪教版高中物理选修3-5 1.1探究动量变化与冲量的关系_学案2

恒口高中2013-2014高二物理学案 乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海


探究动量变化与冲量的关系

学习目标 1．理解动量的概念，知道动量的定义，知道动量是矢量。2．理解冲量的概念，知道冲量的定义，知道冲量是矢量。3．知道动量的变化也是矢量，知道动量的运算服从矢量运算的规则。4．理解和掌握动量定理的内容以及动量定理的实际应用。
学习重点 动量、冲量的概念，动量定理的应用。
学习难点 动量、冲量的矢量性；动量定理的应用。
学习过程
自主学习 一、动量和冲量 动量定理1．牛顿第二定律表达式F合= ，加速度定义式a = 。2．冲量的定义： ，冲量的公式I= ，冲量的单位： 。（1）冲量是 量，它的方向由 决定（不能说和力的方向相同）。（2）冲量是描述力的 效应的物理量，是过程量，它与时间段相对应。3．动量的定义： ，动量的公式P= ，动量的单位： 。（1）动量是 量，它的方向与物体的 方向相同。（2）动量是状态量，是指物体在 的动量，故在计算时相应的速度应取这一时刻的 速度。（3）动量的相对性，与参考系的选择有关。在中学阶段，动量表达式中的速度一般是以 为参照物的。4．动量的变化ΔP： ， 即ΔP＝ 。由于动量为矢量，因此，动量的变化量也是 ，则求解动量的变化时，其运算遵循 。若初末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可简化为 运算。5．动量定理（1）内容： ，（2）表达式： 。（3）动量定理反映了物体所受合力的冲量与动量变化量两个矢量间的关系，式子中的“＝”包括大小 和方向 。二、动量定理的应用6．应用动量定理定性分析：（1）物体的动量的变化一定，如若力的作用时间越 ，力就越大；力的作用时间越长，力就越 。（2）作用力一定，力的作用时间越长，动量变化就越 ；力的作用时间越 ，动量变化就越小。
合作探究 推导：设一个物体质量为m，在恒力F作用下，在时刻t物体的速度为v，经过一段时间，在时刻t’物体的速度设为v’，尝试由F=ma和运动学知识推导出力和动量变化的关系？ 探究点一：动量定理1．冲量：定义：______与______________的乘积叫冲量。公式：I=_________。单位：_________ 说明：①冲量是过程量，求冲量一定要明确哪一个力在哪一段时间内的冲量。 ②冲量是矢量，冲量的方向不一定是力的方向，只有恒力冲量的方向才与力的方向相同。 ③上式只能用来计算恒力的冲量。 ④力作用一段时间便有了冲量，与物体的运动状态无关。 思考：用力去推一个物体，一段时间后仍没能推动。这个力的冲量为零吗？为什么？这个力对物体做功了吗？又为什么？ 2．动量定理：物体在一个过程始末的____________等于它在这个过程中所受力的______。表达式为F合t=_________或___________=I合 说明：动量定理不仅适用于恒力，也适用于变力。但是不论是恒力还是变力，式中的F都指物体所受到的合力。 例1 一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度大小为45m/s。若球棒与垒球的作用时间为0.01s，球棒对球的平均作用力多大？ 思考1：从动量定理的表达式和上述例子可以知道：要使物体的动量发生一定的变化，可以有哪些办法呢？ 思考2：你可以解释玻璃杯掉到水泥地面和掉到海绵上为什么会出现不同的现象吗？生活生产中还有类似的应用吗？ 探究点二：动量的变化3．动量的变化ΔP： ， 即ΔP＝ 。由于动量为矢量，因此，动量的变化量也是 ，则求解动量的变化时，其运算遵循 。若初末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可简化为 运算。例如：一个质量是0.2kg的钢球，以2m/s的速度水平向右运动，碰到一块坚硬的大理石后被弹回，沿着同一直线以2m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？ 探究点三：动量和动能有何区别？ 反馈题：解答以下三个小题，你将知道动量和动能的区别了： 质量为2kg的物体，速度由3m/s增大为6m/s，它的动量和动能各增大为原来的几倍？ 质量为2kg的物体，速度由向东的3m/s变为向西的3m/s，它的动量和动能是否变化了？如果变化了，变化量各是多少？ A物体质量是2kg，速度是3m/s，方向向东；B物体质量是3kg，速度是4m/s，方向向西。它们的动量的矢量和是多少？它们的动能之和是多少？探究点四：动量定理 利用动量定理解题，可以按照以下几个步骤进行：（1）明确研究对象和研究过程。研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的质点组。（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。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。
达标检测 1．甲、乙两个质量相同的物体，同时以相同的初速度分别在粗糙程度不同的水平面上运动，乙先停下来，甲后停下来，下面叙述中正确的是（ ）A．甲物体受到的冲量大于乙物体受到的冲量 B．两个物体受到的冲量大小相等C．乙物体受到的冲量大于甲物体受到的冲量 D．无法判断2．在下列各种运动中，任何相等的时间内物体动量的增量总是相同的有（ ）A．匀加速直线运动 B．平抛运动 C．匀减速直线运动 D．匀速圆周运动3．质量为5 kg的小球以5 m/s的速度竖直落到地板上，随后以3 m/s的速度反弹，取竖直向下的方向为正方向，则小球动量的变化为多少？若小球和地面之间的作用时间为0.1 s，求钢球所受地面的平均作用力。(g取10 N/kg) 4．蹦床运动是奥运会的比赛项目。在北京奥运会上，中国选手何雯娜首次夺得奥运会蹦床金牌。假设何雯娜的质量为50 kg，从离水平网面3.2 m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回离水平网面5m的高处。已知她与网接触的时间为1.2 s。求这段时间内网对何雯娜的平均作用力的大小(g取10 m/s2)。


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