鲁科版（2019）高中物理 选择性必修第一册 第1章 第1节　动量和动量定理课件

课标要求
1.理解冲量和动量的概念。
2.通过理论推导和实验，理解动量定理和动量守恒定律，能用其解释生产生活中的有关现象。
3.知道动量守恒定律的普适性。
4.能够设计实验验证动量守恒定律。
5.通过实验，了解弹性碰撞和非弹性碰撞的特点。定量分析一维碰撞问题并能解释生产生活中的弹性碰撞和非弹性碰撞现象。
6.体会用守恒定律分析物理问题的方法，体会自然界的和谐与统一。
第1节　动量和动量定理
核心素养
物理观念
科学思维
科学态度与责任
1.知道动量的概念，以及动量和动量变化量的矢量性，会计算一维情况下动量的变化量。
2.知道冲量的概念，以及冲量的矢量性。
3.理解动量定理的确切含义并掌握其表达式。
1.通过实验理解引入动量这一物理概念的意义。
2.应用牛顿第二定律推导动量定理的表达式。
会用动量定理解释碰撞、缓冲等生活中的现象。
知识点一　动量
[观图助学]
(1)打台球时，我们除了考虑球速度的大小之外，是否还要考虑两球撞击的角度？
(2)两车相撞后的运动情况与撞前车的质量、速度大小有关，是否还与撞前速度的方向有关？动能是标量，只与物体的质量和速度大小有关，我们是否有必要定义一个与质量、速度大小和速度方向都有关系的物理量？
1.动量
(1)定义：物理学中，把物体______与______的乘积称为物体的动量，通常用符号p表示。
(2)公式：p＝______。
(3)单位：在国际单位制中，动量的单位是kg·m/s。
(4)方向：动量是矢量，其方向与物体______的方向相同。
2.动量的变化量
物体动量的变化量Δp等于物体的末动量p2与初动量p1的矢量差，即Δp＝____________。
质量
速度
mv
速度
p2－p1
[思考判断]
(1)某物体的速度大小不变，动量一定不变。( )
(2)物体的质量越大，动量一定越大。( )
(3)物体的动量相同，其动能一定也相同。( )
×
×
×
知识点二　动量定理
[观图助学]
用一条细线悬挂着一个重物，把重物拿到悬挂点附近，然后释放，重物可以把细线拉断。如果在细线上端拴一段橡皮筋，再把重物拿到悬挂点附近释放，细线就不会被拉断了，你知道这是什么道理吗？
1.冲量
(1)概念：把力和力的__________的乘积称为这个力的冲量。
(2)公式：I＝______。
(3)单位：冲量的单位是________。
(4)方向：冲量是矢量，其方向和____的方向相同。
2.动量定理
(1)内容：物体在一过程中所受__________的冲量等于该物体在此过程中动量的变化量。
(2)公式：I＝________________。
作用时间
Ft
N·s
力
合外力
mv2－mv1
3.碰撞与缓冲的实例分析
(1)利用：要利用碰撞时产生的冲击力，就要设法增大动量或______作用力的作用时间，如冲床、粒子加速器。
(2)防止：要防止冲击力带来的危害，就要减小动量或______作用力的作用时间，如安全气囊、安全带。
动量的变化率
减少
延长
[思考判断]
(1)物体动量的变化量越大，物体受到的作用力越大。( )
(3)物体动量变化量一定时，力的大小与作用时间无关。( )
(4)在发生交通事故时，系上安全带起缓冲作用，可以减轻对车内人员的伤害。( )
×
√
×
√
[观察探究]
物体在细线的约束下，在水平面内做匀速圆周运动，运动过程中，其动能是否变化，动量是否变化？若物体的质量为m，线速度大小为v，AB是轨迹圆的直径，则由A到B的过程中，物体动量的变化量的大小为多少？
答案　因为动能是标量，动量是矢量，所以在匀速圆周运动过程中，物体的动能不变，动量发生变化。由A到B的过程中，物体动量的变化量的大小为2mv。
核心要点
动量及动量变化的理解
[探究归纳]
1.动量的三个特性
(1)动量的瞬时性：通常说物体的动量是物体在某一时刻或某一位置的动量，因此它是一个状态量。
(2)动量的矢量性：动量的方向与物体瞬时速度的方向相同，如果物体的动量为负值，表示其动量与规定的正方向相反。
(3)动量的相对性：物体的动量与参考系的选择有关，这是因为速度与参考系的选择有关，通常情况下是指物体相对于地面的动量。
2.怎么理解动量变化
(1)动量发生变化需要一个过程，对应于一段时间，它描述了物体在运动过程中动量变化了多少。
(2)动量变化量的计算：若初、末动量p1、p2在同一直线上，计算时可规定正方向，用正负号表示其方向，将矢量运算转化为代数运算；若p1、p2不在同一直线上，应根据平行四边形定则求其矢量差。
3.动量和动能的比较
[试题案例]
[例1] 关于物体的动量，下列说法中正确的是(　　)
A.运动物体在任一时刻的动量方向，一定是该时刻的速度方向
B.物体的动能不变，其动量一定不变
C.物体的动量越大，其惯性一定越大
D.物体的动能发生变化时，其动量不一定发生变化
解析　动量具有瞬时性，任一时刻物体动量的方向，即为该时刻物体的速度方向，A正确；动能不变，若速度方向变化时，动量也发生了变化，B错误；惯性由物体质量决定，物体的动量越大，其质量并不一定越大，惯性也不一定越大，故C错误；物体的动能发生变化时，物体的速度大小一定发生变化，故其动量也一定发生变化，D错误。
答案　A
规律总结　对动量和动量变化量的两个提醒
(1)动量是矢量，比较两个物体的动量时，不能仅比较大小，还要比较方向，只有大小相等、方向相同的两个动量才能相等。
(2)计算动量变化量时，应利用矢量运算法则进行计算。对于在同一直线上的矢量运算，要注意选取正方向。
[针对训练1] 质量为0.5 kg的物体，运动速度为3 m/s，它在一个变力作用下速度大小变为7 m/s，方向和原来方向相反，则这段时间内动量的变化量为(　　)
A.5 kg·m/s，方向与原运动方向相反
B.5 kg·m/s，方向与原运动方向相同
C.2 kg·m/s，方向与原运动方向相反
D.2 kg·m/s，方向与原运动方向相同
解析　以原来的方向为正方向，由定义式Δp＝mv′－mv得Δp＝[0.5×(－7)－0.5×3] kg·m/s＝－5 kg·m/s，负号表示Δp的方向与原运动方向相反。
答案　A
[问题探究]
如图所示，质量为m的小滑块沿倾角为θ的粗糙斜面从底端向上滑动，经过时间t1速度减为零，然后又沿斜面下滑，又经过时间t2回到斜面底端，则在整个运动过程中，重力的冲量和重力做的功各是多少？
核心要点
冲量的理解与计算
答案　由冲量的定义得在整个运动过程中重力的冲量大小为I＝mg(t1＋t2)，重力做的功为零。
[探究归纳]
1.冲量的理解
(1)冲量是过程量，它描述的是力作用在物体上的时间累积效应，取决于力和时间这两个因素，所以求冲量时一定要明确所求的是哪一个力在哪一段时间内的冲量。
(2)冲量是矢量，在作用时间内力的方向不变时，冲量的方向与力的方向相同。如果力的方向是变化的，则冲量的方向与相应时间内物体动量的变化量的方向相同。
(3)冲量的单位：在国际单位制中，冲量的单位是N·s，而1 N＝1 kg·m/s2，所以冲量与动量的单位关系是1 N·s＝1 kg·m/s，但要区别使用。
2.冲量的计算
(1)求某个恒力的冲量：等于该力和力的作用时间的乘积。
(2)求合冲量的两种方法
可分别求每一个力的冲量，再求各冲量的矢量和；另外，如果各个力的作用时间相同，也可以先求合力，再用公式I合＝F合Δt求解。
(3)求变力的冲量
②若给出了力随时间变化的图像如图所示，可用面积法求变力的冲量，即F－t图线与时间轴围成图形的面积在数值上等于力在该段时间内的冲量。
③利用动量定理求解。
[试题案例]
[例2] 如图所示，质量为2 kg的物体沿倾角为30°、高为5 m的光滑斜面由静止从顶端下滑到底端的过程中，g取10 m/s2，求：
(1)重力的冲量；
(2)支持力的冲量；
(3)合力的冲量。
重力的冲量为IG＝mgt＝2×10×2 N·s＝40 N·s，方向竖直向下。
合力的冲量为I合＝F合t＝mgsin θ·t＝20 N·s，方向沿斜面向下。
[针对训练2] (多选)恒力F作用在质量为m的物体上，如图所示，由于地面对物体的摩擦力较大，物体没有被拉动，则经时间t，下列说法正确的是(　　)
A.拉力F对物体的冲量大小为零
B.拉力F对物体的冲量大小为Ft
C.拉力F对物体的冲量大小是Ftcos θ
D.合力对物体的冲量大小为零
解析　拉力F对物体的冲量大小为Ft，选项A、C错误，B正确；合力对物体的冲量等于物体动量的变化，即等于零，选项D正确。
答案　BD
古时有“守株待兔”的寓言，假设兔子的头部受到大小等于自身体重的打击力时即可致死。若兔子与树桩发生碰撞时作用时间为0.2 s，则被撞死的兔子的奔跑的速度至少为多少？
[观察探究]
核心要点
动量定理的理解及应用
[探究归纳]
1.动量定理的理解
(1)动量定理的表达式Ft＝mv2－mv1是矢量式，等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义。
(2)动量定理反映了合外力的冲量是动量变化的原因。
(3)公式中的F是物体所受的合外力，若合外力是变力，则F应是合外力在作用时间内的平均值。
2.动量定理的应用
(1)定性分析有关现象
①物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大；力的作用时间越长，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；力的作用时间越短，动量变化量越小。
(2)应用动量定理定量计算的一般步骤
①选定研究对象，明确运动过程。
②进行受力分析和运动的初、末状态分析。
③选定正方向，根据动量定理列方程求解。
[试题案例]
[例3] 质量m＝70 kg的撑竿跳高运动员从h＝5.0 m高处落到海绵垫上，经Δt1＝1 s后停止，则该运动员身体受到的平均作用力约为多少？如果是落到普通沙坑中，经Δt2＝0.1 s停下，则沙坑对运动员的平均作用力约为多少？(g取10 m/s2)
从开始下落到落到海绵垫上停止时mg(t＋Δt1)－FΔt1＝0
代入数据，解得F＝1 400 N
下落到沙坑中时mg(t＋Δt2)－F′Δt2＝0
代入数据，解得F′＝7 700 N。
答案　1 400 N　7 700 N
方法总结　应用动量定理的四点注意
(1)明确物体受到冲量作用的结果是导致物体动量发生变化。冲量和动量都是矢量，它们的加、减运算都遵循平行四边形定则。
(2)列方程前首先要选取正方向，与规定的正方向一致的力或动量取正值，反之取负值，而不能只考虑力或动量数值的大小。
(3)分析速度时一定要选取同一个参考系，未加说明时一般是选地面为参考系，同一道题目中一般不选取不同的参考系。
(4)公式中的冲量应是合外力的冲量，求动量的变化量时要严格按照公式，且要注意是末动量减去初动量。
[针对训练3] 一粒钢珠从静止状态开始自由下落，然后陷入泥潭中。若把在空中下落的过程称为过程Ⅰ，进入泥潭直到停止的过程称为过程Ⅱ(不计空气阻力)，则以下说法正确的是(　　)
A.过程Ⅰ中钢珠的动量的改变量等于重力的冲量
B.过程Ⅱ中阻力的冲量的大小等于过程Ⅰ中重力的冲量的大小
C.Ⅰ、Ⅱ过程中合外力的总冲量不等于零
D.过程Ⅱ中钢珠的动量改变量的大小大于过程Ⅰ中重力的冲量大小
解析　过程Ⅰ中钢珠只受重力，故只有重力的冲量，由动量定理得，A正确；整个过程的动量改变量为零，故过程Ⅱ中合力的冲量的大小等于过程Ⅰ中重力的冲量的大小，B、C、D错误。
答案　A