人教版高一物理选修3-5第十六章 16.2动量和动量定理(共37张ppt)

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名称 人教版高一物理选修3-5第十六章 16.2动量和动量定理(共37张ppt)
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资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-05-14 17:12:42

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(共37张PPT)
16.2动量和动量定理
1. 概念:
2. 定义式:
p = mv
3. 单位:
千克米每秒,符号是 kg?m/s
4. 对动量的理解
(2)状态量:
(1) 矢量:
运算遵循平行四边形定则
(3) 相对性:
物体的质量m 和速度 v 的乘积叫做动量
一、动量
方向与速度的方向相同
V应为瞬时速度
由于速度与参考系的选择有关,故动量与参考系的选择有关,通常以地球(即地面)为参考系
动量,描述物体在某一时刻 或某一位置运动状态的物理量
试讨论以下几种运动的动量变化情况
物体做匀速直线运动
物体做自由落体运动
物体做平抛运动
物体做匀速圆周运动
动量大小、方向均不变
动量方向不变,大小随时间推移而增大
动量方向时刻改变,大小随时间推移而增大
动量方向时刻改变,大小不变
动量变化的三种情况:
大小变化、方向改变或大小和方向都改变。
p=mv
5. 动量的变化量( Δ p)
定义:物体在某段时间内的末动量与初动量之矢量差
(2) 表达式: Δ p = P ? - P= mv ? - mv
(3)同一直线上动量变化量的运算:
△p= P ? - P = 10kg.m/s
△p= P ? - P =-10kg.m/s
m=1kg
=mΔv
例1. 一个质量是 0.1 kg 的钢球,以 6 m/s 的速度水平向右运动,碰到一个坚硬物后被弹回,沿着同一直线以 6 m/s 的速度水平向左运动(如图),
(1)碰撞前钢球的动量是多少?
(2)碰撞后钢球的动量是多少?
(3)碰撞前后钢球的动量变化了多少?
负号表示Δ p方向与正方向方向相反,方向水平向左。
解:取水平向右为正方向。
Δ p = P ? - P= mv ? - mv=mΔv
为矢量式
在一条直线上运动的动量变化量运算,先选定正方向,方向与正方向相同的动量为正值,方向与正方向相反的动量为负值,然后代入Δ p = P ? - P运算。
Δ p方向与△v的方向相同
D
Δ p = P ? - P=[(-9)-5] kg.m/s=-14 kg.m/s
2、质量为m=1kg的钢球自高处落下,以速率v1=10m/s碰地,竖直向上弹回,与水平地面碰撞时间极短,离地时速率为v2=8m/s,在碰撞过程中,钢球动量变化为多少?
Δ p = P ? - P=[(-8)-10 ]kg.m/s
= -18 kg.m/s
负号表示Δ p方向与正方向方向相反,
方向竖直向上
Δ p = P ? - P=[8-(-10) ]kg.m/s
= 18 kg.m/s
若速度变化,
Ek不一定变化
kg·m2/s2
(J)
标量
Ek= mv2/2
动能
若速度变化,
则p一定变化
kg·m/s
矢量
p=mv
动量
动量与动能有什么区别?
动量与动能关系:
(1)由于动量是矢量,动能是标量,
物体的动量变化时,动能不一定变化;
物体的动能变化时,其动量一定变化。
(2)大小关系
AC
1. 解答以下三个小题,思考动量与动能的区别。
(1) 质量为 2 kg 的物体,速度由 3 m/s 增大为 6 m/s,它的动量和动能各增大为原来的几倍?


(2) 质量为 2 kg 的物体,速度由向东的 3 m/s 变为向西的 3 m/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?


(3) A物体质量是2 kg,速度是3 m/s,方向向东;B物体质量是3 kg,速度是4 m/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?
p=mv
Ek= mv2/2
Δ p = P ? - P= -12 kg.m/s
Δ Ek=0
p = P A + P B = -6kg.m/s
Ek= Ek A + Ek B =33J
定义:物体受到的力与力的作用时间的乘积,叫做力的冲量。
公式:I = Ft
(2) 冲量是矢量,其方向与力的方向相同。
(3) 冲量是过程量,是力对时间的积累效果。
(1) I = Ft 只能求恒力的冲量。
二.冲量I
3. 单位 : 牛·秒,符号是 N·s
4. 对冲量的理解
(4) 冲量的计算要明确求哪个力在哪段时间内的冲量,还是物体的合外力的 冲量。
I = F (t ’-t)
I = F Δ t
例1. 平抛一质量 m = 2 kg的物体,经 t = 5 s,求重力的冲量。
I = mgt = 100 N·s
例2. 一质量 m = 2 kg的物体处于静止,经 t = 5 s,求
(1)重力的冲量,
(2)支持力的冲量,
(3)合外力的冲量。
合力的冲量计算
(1)先算出各个力的冲量后,再求各冲量矢量和,
(2)先算合力再用I 合=F合·Δt,求合力的冲量。
(各个力的作用时间相同)
方向竖直向下
冲量的大小与物体的运动状态无关
IG=mgt= 10 0N·s
方向竖直向下
IN=Nt= 10 0N·s
方向竖直向上
I合=0
如图所示质量为m的物块沿倾角为θ的斜面由底端向上滑去,经过时间t1速度为零后下滑,又经过时间t2回到斜面底端,在整个运动过程中,重力对物块的总冲量为 (  )
A.0
B.mgsin θ(t1+t2)
C.mgsin θ(t1-t2)
D.mg(t1+t2)
D 
某个力在一段时间内,做的功可以为零,但冲量不一定为零。
f=u(mg -Fsin θ)
AD
=Fcos θ
4. 如图,物体原先静止,用恒力 F1、F2 分别作用在物体上 t1、t2 时间,求物体受 F1、F2 的合冲量。
I合 = F1t1 + F2t2
5.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
在F-t图像中可以用面积表示
力对位移的积累, 对应一段位移
在F-x图像中可以用面积表示
正负表示与正方向相同或相反
正负表示动力做功或阻力做功
改变物体的动量
改变物体的动能
5.质量为m=2kg的物体,自倾角为?=370的光滑斜面的顶端由静止滑下,已知斜面的长度为s=12m,g=10m/s2,物体由斜面的顶端下滑到底端的过程中.求:
(1)重力做的功和重力的冲量
(2)支持力做的功和支持力的冲量
(3)合力做的功和合力的冲量
W G = mg ssin?
=144J
IG=mgt= 40N.S
方向竖直向下
(2) W N= 0
IN=Nt= 32 N·s
方向垂直斜面向上
(3)W合=144J
I合= mgsin ? t = 24N.S
方向沿斜面向下
a= g sin?=6m/s2

s=at2/2
t=2s
联立可得:

由于 所以 (1)
(1)式表示:物体动量的变化率等于它所受的力。
(2)
(2)式告诉我们:力越大、作用时间越长,物体的动量增加得越多。看来,F(t?-t)这个量反映了力的作用对时间的积累效应。
t
2.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合力的冲量。这个关系叫做动量定理。
(2)表达式:I=Δp
I=p?-p
F合t=mvt-mv0

动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因,它也是牛顿第二定律的另一种表达形式
物体动量的变化率等于它所受的力,动量变化的快说明受的合力大
动量定理与牛顿第二定律的比较
(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分过程使用.
应用牛顿第二定律和运动学公式解题时必须分过程逐一求出连接前后两过程的中间量—速度,求解过程较复杂;而应用动量定理,可以不必关心中间量,直接进行全过程分析,使问题求解变得简捷。
3.对动量定理的说明:
(1)冲量的效果是改变受力物体的动量,因此动量定理是一个关于过程的规律。冲量的大小总等于动量变化量的大小;冲量的方向总跟动量变化量的方向一致。
(2)当几个力同时作用于物体时,表达式中的冲量理解为各个力的合冲量,也是合力的冲量。它表明物体所受合外力是物体动量变化的原因,物体动量的变化是由它受到的合外力经过一段时间积累的结果。
(3)动量定理是一个矢量式,运算应遵循平行四边形定则。若动量定理公式中各量均在一条直线上,可规定某一方向为正,根据已知各量的方向确定它们的正负,从而把矢量运算简化为代数运算。各个矢量必须选同一个正方向
(4)动量定理既适用于恒力作用过程,也适用于变力作用过程。对于变力作用的情况,理解为变力在作用时间内的平均值。通常叫做平均作用力。
(5)动量定理与牛顿第二定律实质相同,只是动量定理不涉及加速度和位移,涉及时间和速度。在涉及时间和速度时应用起来更方便。
(6)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).
启示:要使物体的动量发生一定的变化,可以用较大的力作用较短的时间,也可以用较小的力作用较长的时间。
从同样的高度落到地面,两种情况下动量的变化量是一样的,地面对鸡蛋的力的冲量也应一样。但是柔软的地毯对杯子的作用时间较长,因此作用力会小些,鸡蛋不易破碎。易碎物品运输时要用柔软材料包装,船舷和码头常常悬挂旧轮胎,都是为了延长作用时间以减小作用力。
都是为了延长作用时间以减小作用力。
△P一定,t短则F大,t长则F小;
练习:体操述动员在落地时总要屈腿,这是为什么?
解:
由Ft=mV2-mv1可知,换算得:F= ,运动员的质量在整个过程中不变,速度变化相同(从接触地面瞬间的最大速度减小到0),由此可知,当运动员在速度变化为0的过程越长即时间越长,运动员脚部所受到的力越小,能保护腳部不被扭伤。
变式. (多选)把重物G压在纸上,用一水平力缓慢拉动纸带,重物跟着一起运动,若迅速拉动纸带,纸带将会从重物下抽出,解释现象的正确说法是( )
A.在缓慢拉动纸带时,纸带给重物的摩擦力大
B.在迅速拉动纸带时,纸带给重物的摩擦力小
C.在缓慢拉动纸带时,纸带给重物的冲量大
D.在迅速拉动纸带时,纸带给重物的冲量小
CD
F一定,t长则△P大,t短则△P小。
F合t=mvt-mv0=ΔP
练习1. (多选)杂技演员做高空表演时,为了安全常在下面挂一张很大的安全网,演员不小心从高处掉下落在网上,跟落在相同高度的地面上相比较,下列说法正确的是(  )
A.下落的人与安全网接触时间较长,动量变化较慢
B.下落的人与安全网接触时间较长,网对人的作用力比落在地上的作用力较小
C.下落的人与安全网接触时间较长,人落在网上时动量变化较小
D.下落的人与安全网接触时间较长,人落在网上时动量变化较大
AB
题后小结:F=Δp/Δt
F就是动量的变化快慢
练习2、玻璃杯从同一高度落下,掉在水泥地上比掉在草地上容易碎,这是由于在玻璃杯与水泥地撞击过程( )
A.玻璃杯的动量较大
B.玻璃杯受到的冲量较大
C.玻璃杯的动量变化较大
D.玻璃杯的动量变化较快
D
例1、一个质量m=10kg的物体,以=10m/s的速度做直线运动,受到一个反方向的作用力F,经过4s,速度变为反向2m/s。这个力是多大?
①以小球为研究对象,取初速度为正方向。
②初位置P=mv=10×10=100kgm/s
最后速度为v′=-2m/s,
p′=m v′=10×(-2)=-20kgm/s,(注意负号)
③带入公式P'-P=I
解:
而I=F(t'-t)
得:F×4=(-20)-100
解得:F=-30N
负号表示力F的方向与初速度方向相反,力的大小为30N
应用动量定理的解题步骤:
2、对物体进行受力分析:分析各力在研究过程中的合冲量;
3、抓住过程的初末状态,选择好参考方向,对初末状态的动量大小、方向进行描述;
4、根据动量定理,列出过程的动量定理数学表达式;
5、求解方程,并分析作答。
三:动量定理的应用
1、审题,确立研究对象:对谁、对哪一过程,确定初末位置
例2: 一个质量 m = 0.18 kg 的垒球,以?0 = 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 = 0.01 s,求球棒对垒球的平均作用力。
分析:球棒对全球的作用力是变力,力的作用时间很短。在这个短时间内,力先是急剧地増大,然后又急剧地减小为0。在冲击、碰撞这类问题中,相互作用的时间很短,力的变化都具有这个特点。
①以小球为研究对象,取碰撞前为正方向。
②碰撞前P=mv=0.18×0.25=4.5kgm/s
碰撞后速度为v′=-0.18m/s,
p′=m v′=0.18×(-45)=-8.1kgm/s,(注意负号)
③带入公式P'-P=I
解:
而I=F(t'-t)
得:
垒球所受的平均力的大小为1260N,负号表示力的方向与坐标轴的方向相反,即力方向与垒球飞来的方向相反。
注意规定正方向,明确选定过程的初末位置,注意动量定理的矢量
例3、质量是40kg的铁锤从5m高处落下,打在水泥桩上,与水泥植撞击的时间是0.055。撞击时,铁锤对柱的平均冲击力有多大?
①以小球为研究对象,取碰撞前(向下)为正方向。
②碰撞前P=mv=40×10=400kgm/s
碰撞后速度为v′=0m/s,
p′=m v′=0kgm/s,(注意负号)
③带入公式P'-P=I
解:
而I=F(t'-t)
得:F×0.055=-400
解得:F=-8400N
负号表示力F的方向与初速度方向相反,力的大小为8400N
铁锤撞击前做自由落体运动,V2=2gh
得铁锤碰前的速度为v=10m/s