高二物理上學(xué)期第13周教學(xué)設(shè)計(jì)（碰撞和動(dòng)量）.doc

碰撞和動(dòng)量目標(biāo)定位1.知道什么是碰撞及碰撞的分類(lèi)，掌握彈性碰撞和非彈性碰撞的區(qū)別.2.理解動(dòng)量、沖量的概念，知道動(dòng)量、沖量的方向.3.知道動(dòng)量的改變量，并會(huì)求動(dòng)量的改變量.4.理解動(dòng)量定理的物理意義和表達(dá)式，能用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題環(huán)節(jié)一：學(xué)生自主預(yù)習(xí)一、碰撞1碰撞現(xiàn)象做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)(或幾個(gè))物體相遇而發(fā)生相互作用，在很短的時(shí)間內(nèi)，它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生顯著變化，這一過(guò)程叫做碰撞2碰撞的分類(lèi)(1)彈性碰撞：碰撞前后兩滑塊的總動(dòng)能不變(2)非彈性碰撞：碰撞后兩滑塊的總動(dòng)能減少了(3)完全非彈性碰撞：兩物體碰后粘在一起，以相同的速度運(yùn)動(dòng)，完全非彈性碰撞過(guò)程動(dòng)能損失最大二、動(dòng)量1定義：運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動(dòng)量；公式pmv；單位：千克米/秒，符號(hào)：kgm/s2矢量性：方向與速度的方向相同運(yùn)算遵循平行四邊形定則3動(dòng)量是狀態(tài)量4動(dòng)量的變化量(1)定義：物體在某段時(shí)間內(nèi)末動(dòng)量與初動(dòng)量的矢量差(也是矢量)，ppp(矢量式)(2)動(dòng)量始終保持在一條直線上時(shí)的運(yùn)算：選定一個(gè)正方向，動(dòng)量、動(dòng)量的變化量用帶有正、負(fù)號(hào)的數(shù)值表示，從而將矢量運(yùn)算簡(jiǎn)化為代數(shù)運(yùn)算(此時(shí)的正、負(fù)號(hào)僅代表方向，不代表大小)想一想質(zhì)量和速度大小相同的兩個(gè)物體動(dòng)能相同，它們的動(dòng)量也一定相同嗎？答案不一定動(dòng)量是矢量，有方向性，而動(dòng)能是標(biāo)量，無(wú)方向三、動(dòng)量定理1沖量(1)定義：力與力的作用時(shí)間的乘積，公式：IFt，單位：牛頓秒，符號(hào)Ns.(2)矢量性：方向與力的方向相同2動(dòng)量定理(1)內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于物體的動(dòng)量變化(2)公式：Ftpp或Ip.環(huán)節(jié)二：學(xué)生互助探究及老師典型點(diǎn)拔一、碰撞中的動(dòng)能變化及碰撞分類(lèi)(1)發(fā)生碰撞的兩物體，若兩物體的形變是彈性的，碰后能夠恢復(fù)原狀，兩物體碰撞前后動(dòng)能不變，這樣的碰撞叫彈性碰撞(2)發(fā)生碰撞的兩物體，若兩物體的形變是非彈性的，碰后不能夠完全恢復(fù)原狀，兩物體碰撞后動(dòng)能減少，這樣的碰撞叫非彈性碰撞(3)若兩物體碰后粘在一起，不再分開(kāi)，此過(guò)程兩物體損失的動(dòng)能最大，這樣的碰撞叫完全非彈性碰撞【例1】一個(gè)質(zhì)量為2 kg的小球A以v03 m/s的速度與一個(gè)靜止的、質(zhì)量為1 kg的小球B正碰試根據(jù)以下數(shù)據(jù)，分析碰撞性質(zhì)(1)碰后A、B的速度均為2 m/s.(2)碰后A的速度為1 m/s，B的速度為4 m/s.答案(1)非彈性碰撞(2)彈性碰撞解析碰前系統(tǒng)的動(dòng)能Ek0mAv9 J.(1)當(dāng)碰后A、B速度均為2 m/s時(shí)，碰后系統(tǒng)的動(dòng)能EkmAvmBv(222122)J6 JEk0故碰撞為非彈性碰撞(2)當(dāng)碰后vA1 m/s，vB4 m/s時(shí)，碰后系統(tǒng)的動(dòng)能EkmAvmBv(212142)J9 JEk0故碰撞為彈性碰撞二、動(dòng)量和動(dòng)量的變化1對(duì)動(dòng)量的理解(1)動(dòng)量的矢量性：動(dòng)量是矢量，它的方向與速度v的方向相同，遵循矢量運(yùn)算法則動(dòng)量是狀態(tài)量，進(jìn)行運(yùn)算時(shí)必須明確是哪個(gè)物體在哪一狀態(tài)(時(shí)刻)的動(dòng)量(2)動(dòng)量具有相對(duì)性：由于速度與參考系的選擇有關(guān)，一般以地球?yàn)閰⒖枷?3)動(dòng)量與動(dòng)能的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別：動(dòng)量是矢量，動(dòng)能是標(biāo)量聯(lián)系：動(dòng)量和動(dòng)能都是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，大小關(guān)系為Ek或p.2動(dòng)量的變化(p)(1)ppp為矢量式若p、p不在一條直線上，要用平行四邊形定則求矢量差若p、p在一條直線上，先規(guī)定正方向，再用正、負(fù)表示p、p，則可用pppmvmv進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算(2)動(dòng)量變化的方向：與速度變化的方向相同【例2】質(zhì)量為0.5 kg的物體，運(yùn)動(dòng)速度為3 m/s，它在一個(gè)變力作用下速度變?yōu)? m/s，方向和原來(lái)方向相反，則這段時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量為()A5 kgm/s，方向與原運(yùn)動(dòng)方向相反B5 kgm/s，方向與原運(yùn)動(dòng)方向相同C2 kgm/s，方向與原運(yùn)動(dòng)方向相反D2 kgm/s，方向與原運(yùn)動(dòng)方向相同答案A解析以原來(lái)的方向?yàn)檎较颍啥x式pmvmv得p(70.530.5)kgm/s5 kgm/s，負(fù)號(hào)表示p的方向與原運(yùn)動(dòng)方向相反借題發(fā)揮關(guān)于動(dòng)量變化量的求解1若初、末動(dòng)量在同一直線上，則在選定正方向的前提下，可化矢量運(yùn)算為代數(shù)運(yùn)算2若初、末動(dòng)量不在同一直線上，運(yùn)算時(shí)應(yīng)遵循平行四邊形定則三、對(duì)沖量的理解和計(jì)算1沖量的理解(1)沖量是過(guò)程量，它描述的是力作用在物體上的時(shí)間累積效應(yīng)，求沖量時(shí)一定要明確所求的是哪一個(gè)力在哪一段時(shí)間內(nèi)的沖量(2)沖量是矢量，沖量的方向與力的方向相同2沖量的計(jì)算(1)求某個(gè)恒力的沖量：用該力和力的作用時(shí)間的乘積(2)求合沖量的兩種方法：可分別求每一個(gè)力的沖量，再求各沖量的矢量和；另外，如果各個(gè)力的作用時(shí)間相同，也可以先求合力，再用公式I合F合t求解圖11、21(3)求變力的沖量：若力與時(shí)間成線性關(guān)系變化，則可用平均力求變力的沖量若給出了力隨時(shí)間變化的圖像如圖11、21所示，可用面積法求變力的沖量利用動(dòng)量定理求解【例3】圖11、22如圖11、22所示，在傾角37的斜面上，有一質(zhì)量為5 kg的物體沿斜面滑下，物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)0.2，求物體下滑2 s的時(shí)間內(nèi)，物體所受各力的沖量(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8)答案見(jiàn)解析解析重力的沖量：IGGtmgt5102 Ns100 Ns，方向豎直向下支持力的沖量：IFFtmgcos t5100.82 Ns80 Ns，方向垂直斜面向上摩擦力的沖量：IFfFftmgcos t0.25100.82 Ns16 Ns，方向沿斜面向上借題發(fā)揮求各力的沖量或者合力的沖量，首先判斷是否是恒力，若是恒力，可直接用力與作用時(shí)間的乘積，若是變力，要根據(jù)力的特點(diǎn)求解，或者利用動(dòng)量定理求解四、對(duì)動(dòng)量定理的理解和應(yīng)用1動(dòng)量定理的理解(1)動(dòng)量定理的表達(dá)式Ftpp是矢量式，等號(hào)包含了大小相等、方向相同兩方面的含義(2)動(dòng)量定理反映了合外力的沖量是動(dòng)量變化的原因(3)公式中的F是物體所受的合外力，若合外力是變力，則F應(yīng)是合外力在作用時(shí)間內(nèi)的平均值2動(dòng)量定理的應(yīng)用(1)定性分析有關(guān)現(xiàn)象：物體的動(dòng)量變化量一定時(shí)，力的作用時(shí)間越短，力就越大；力的作用時(shí)間越長(zhǎng)，力就越小作用力一定時(shí)，力的作用時(shí)間越長(zhǎng)，動(dòng)量變化量越大；力的作用時(shí)間越短，動(dòng)量變化量越小(2)應(yīng)用動(dòng)量定理定量計(jì)算的一般步驟：選定研究對(duì)象，明確運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)的初、末狀態(tài)分析選定正方向，根據(jù)動(dòng)量定理列方程求解【例4】跳遠(yuǎn)時(shí)，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全，這是由于()A人跳在沙坑的動(dòng)量比跳在水泥地上的小B人跳在沙坑的動(dòng)量變化比跳在水泥地上的小C人跳在沙坑受到的沖量比跳在水泥地上的小D人跳在沙坑受到的沖力比跳在水泥地上的小答案D解析人跳遠(yuǎn)時(shí)從一定的高度落下，落地前的速度是一定的，初動(dòng)量是一定的，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；落地后靜止，末動(dòng)量一定，人的動(dòng)量變化是一定的，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；由動(dòng)量定理可知人受到的沖量等于人的動(dòng)量變化，所以?xún)煞N情況下人受到的沖量相等，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；落在沙坑里力作用的時(shí)間長(zhǎng)，落在水泥地上力作用的時(shí)間短，根據(jù)動(dòng)量定理，在動(dòng)量變化一定的情況下，時(shí)間t越長(zhǎng)則受到的沖力F越小，故選項(xiàng)D正確【例5】質(zhì)量m70 kg的撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員從h5.0 m高處落到海綿墊上，經(jīng)t11 s后停止，則該運(yùn)動(dòng)員身體受到的平均沖力約為多少？如果是落到普通沙坑中，經(jīng)t20.1 s停下，則沙坑對(duì)運(yùn)動(dòng)員的平均沖力約為多少？(g取10 m/s2)答案1 400 N7 700 N解析以全過(guò)程為研究對(duì)象，初、末動(dòng)量的數(shù)值都是0，所以運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量變化量為零，根據(jù)動(dòng)量定理，合力的沖量為零，根據(jù)自由落體運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，物體下落到地面上所需要的時(shí)間是t1 s從開(kāi)始下落到落到海綿墊上停止時(shí)，mg(tt1)t10代入數(shù)據(jù)，解得1 400 N下落到沙坑中時(shí)，mg(tt2)t20代入數(shù)據(jù)，解得7 700 N.環(huán)節(jié)三：學(xué)生針對(duì)訓(xùn)練對(duì)彈性碰撞和非彈性碰撞的理解1現(xiàn)有甲、乙兩滑塊，質(zhì)量分別為3m和m，以相同的速率v在光滑水平面上相向運(yùn)動(dòng)，發(fā)生了碰撞已知碰撞后甲滑塊靜止不動(dòng)，乙滑塊反向運(yùn)動(dòng)，且速度大小為2v.那么這次碰撞是()A彈性碰撞 B非彈性碰撞C完全非彈性碰撞 D條件不足，無(wú)法確定答案A解析碰前總動(dòng)能：Ek3mv2mv22mv2碰后總動(dòng)能：Ekmv22mv2，EkEk，所以A對(duì)對(duì)動(dòng)量和沖量的理解2(2014江蘇徐州高二期末)關(guān)于動(dòng)量，下列說(shuō)法正確的是()A速度大的物體，它的動(dòng)量一定也大B動(dòng)量大的物體，它的速度一定也大C只要物體運(yùn)動(dòng)的速度大小不變，物體的動(dòng)量也保持不變D質(zhì)量一定的物體，動(dòng)量變化越大，該物體的速度變化一定越大答案D解析動(dòng)量由質(zhì)量和速度共同決定，只有質(zhì)量和速度的乘積大，動(dòng)量才大，A、B均錯(cuò)誤；動(dòng)量是矢量，只要速度方向變化，動(dòng)量也發(fā)生變化，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；由pmv知D正確3.圖11、23 如圖11、23所示，質(zhì)量為m的小滑塊沿傾角為的斜面向上滑動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t1速度為零然后又下滑，經(jīng)過(guò)時(shí)間t2回到斜面底端，滑塊在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的摩擦力大小始終為F1.在整個(gè)過(guò)程中，重力對(duì)滑塊的總沖量為()Amgsin (t1t2) Bmgsin (t1t2)Cmg(t1t2) D0答案C解析談到?jīng)_量必須明確是哪一個(gè)力的沖量，此題中要求的是重力對(duì)滑塊的沖量，根據(jù)沖量的定義式IFt，因此重力對(duì)滑塊的沖量應(yīng)為重力乘作用時(shí)間，所以IGmg(t1t2)，即C正確動(dòng)量定理的理解和應(yīng)用4(2014北京東城高二期末)一個(gè)小鋼球豎直下落，落地時(shí)動(dòng)量大小為0.5 kgm/s，與地面碰撞后又以等大的動(dòng)量被反彈下列說(shuō)法中正確的是()A引起小鋼球動(dòng)量變化的是地面給小鋼球的彈力的沖量B引起小鋼球動(dòng)量變化的是地面對(duì)小鋼球彈力與其自身重力的合力的沖量C若選向上為正方向，則小鋼球受到的合沖量是1 NsD若選向上為正方向，則小鋼球的動(dòng)量變化是1 kgm/s答案BD5(2014渝中區(qū)高二檢測(cè))質(zhì)量為60 kg的建筑工人，不慎從高空跌下，幸好彈性安全帶的保護(hù)使他懸掛起來(lái)已知彈性安全帶的緩沖時(shí)間是1.5 s，安全帶自然長(zhǎng)度為5 m，g取10 m/s2，則安全帶所受的平均沖力的大小為()A500 N B1 100 N C600 N D1 000 N答案D解析建筑工人下落5 m時(shí)速度為v，則v m/s10 m/s.設(shè)安全帶所受平均沖力為F，則由動(dòng)量定理得：(mgF)tmv，所以Fmg6010 N N1 000 N，故D對(duì)，A、B、C錯(cuò).環(huán)節(jié)四：學(xué)生定時(shí)檢測(cè)(時(shí)間：60分鐘)題組一對(duì)彈性碰撞和非彈性碰撞的理解1下列屬于彈性碰撞的是 ()A鋼球A與鋼球BB鋼球A與橡皮泥球BC橡皮泥球A與橡皮泥球BD木球A與鋼球B答案A解析鋼球A與鋼球B發(fā)生碰撞，形變能夠恢復(fù)，屬于彈性碰撞，A對(duì)；鋼球A與橡皮泥球B、橡皮泥球A與橡皮泥球B碰撞，形變不能恢復(fù)，即碰后粘在一起，是完全非彈性碰撞，B、C錯(cuò)；木球A與鋼球B碰撞，形變部分能夠恢復(fù)，屬于非彈性碰撞，D錯(cuò)2在光滑的水平面上，動(dòng)能為E0的鋼球1與靜止鋼球2發(fā)生碰撞，碰后球1反向運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)能大小記為E1，球2的動(dòng)能大小記為E2，則必有()AE1E0 BE1E0CE2E0 DE2E0答案A解析根據(jù)碰撞前后動(dòng)能關(guān)系得E1E2E0，必有E1E0，E2E0.故只有A項(xiàng)對(duì)題組二對(duì)動(dòng)量和沖量的理解3下列說(shuō)法中正確的是()A物體的速度大小改變時(shí)，物體的動(dòng)量一定改變B物體的速度方向改變時(shí)，其動(dòng)量不一定改變C物體的動(dòng)量不變，其速度一定不變D運(yùn)動(dòng)物體在任一時(shí)刻的動(dòng)量方向，一定與該時(shí)刻的速度方向相同答案ACD4(2014西安高二期末)下列說(shuō)法正確的是()A動(dòng)能為零時(shí)，物體一定處于平衡狀態(tài)B物體受到恒力的沖量也可能做曲線運(yùn)動(dòng)C物體所受合外力不變時(shí)，其動(dòng)量一定不變D動(dòng)能不變，物體的動(dòng)量一定不變答案B解析動(dòng)能為零時(shí)，速度為零，而加速度不一定等于零，物體不一定處于平衡狀態(tài)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；物體受恒力，也可能做曲線運(yùn)動(dòng)如平拋運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)B正確；合外力不變，加速度不變，速度均勻變化，動(dòng)量一定變化，C項(xiàng)錯(cuò)誤；動(dòng)能不變，若速度的方向變化，動(dòng)量就變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤5如圖11、24所示甲、乙兩種情況中，人用相同大小的恒定拉力拉繩子，使人和船A均向右運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間t，圖甲中船A沒(méi)有到岸，圖乙中船A沒(méi)有與船B相碰，則經(jīng)過(guò)時(shí)間t()圖11、24A圖甲中人對(duì)繩子拉力的沖量比圖乙中人對(duì)繩子拉力的沖量小B圖甲中人對(duì)繩子拉力的沖量比圖乙中人對(duì)繩子拉力的沖量大C圖甲中人對(duì)繩子拉力的沖量與圖乙中人對(duì)繩子拉力的沖量一樣大D以上三種情況都有可能答案C解析甲、乙兩種情況下人對(duì)繩子的拉力相等，由沖量的定義式pFt可知，兩沖量相等，只有選項(xiàng)C是正確的題組三動(dòng)量定理的理解及定性分析6從同樣高度落下的玻璃杯，掉在水泥地上容易打碎，而掉在草地上不容易打碎，其原因是()A掉在水泥地上的玻璃杯動(dòng)量大，而掉在草地上的玻璃杯動(dòng)量小B掉在水泥地上的玻璃杯動(dòng)量改變大，掉在草地上的玻璃杯動(dòng)量改變小C掉在水泥地上的玻璃杯動(dòng)量改變快，掉在草地上的玻璃杯動(dòng)量改變慢D掉在水泥地上的玻璃杯與地面接觸時(shí)，相互作用時(shí)間短，而掉在草地上的玻璃杯與地面接觸時(shí)作用時(shí)間長(zhǎng)答案CD解析杯子是否被撞碎，取決于撞擊地面時(shí)，地面對(duì)杯子的撞擊力大小規(guī)定豎直向上為正方向，設(shè)玻璃杯下落高度為h，它們從h高度落地瞬間的速度大小為，設(shè)玻璃杯的質(zhì)量為m，則落地前瞬間的動(dòng)量大小為pm，與水泥或草地接觸t時(shí)間后，杯子停下，在此過(guò)程中，玻璃杯的動(dòng)量變化p(m)相同，再由動(dòng)量定理可知(Fmg)t(m)，所以Fmg.由此可知，t越小，玻璃杯所受撞擊力越大，玻璃杯就越容易碎，杯子掉在草地上作用時(shí)間較長(zhǎng)，動(dòng)量變化慢，作用力小，因此玻璃杯不易碎7從高處跳到低處時(shí)，為了安全，一般都是讓腳尖著地，這樣做是為了 ()A減小沖量B減小動(dòng)量的變化量C增大與地面的沖擊時(shí)間，從而減小沖力D增大人對(duì)地面的壓強(qiáng)，起到安全作用答案C解析腳尖先著地，接著逐漸到整只腳著地，延緩了人落地時(shí)動(dòng)量變化所用的時(shí)間，由動(dòng)量定理可知，人落地動(dòng)量變化一定，這樣就減小了地面對(duì)人的沖力，故C正確8質(zhì)量為m的鋼球自高處落下，以速度大小v1碰地，豎直向上彈回，碰撞時(shí)間極短，離地的速度大小為v2.在碰撞過(guò)程中，地面對(duì)鋼球的沖量的方向和大小為()A向下，m(v1v2) B向下，m(v1v2)C向上，m(v1v2) D向上，m(v1v2)答案D解析物體以大小為v1的豎直速度與地面碰撞后以大小為v2的速度反彈物體在與地面碰撞過(guò)程的初、末狀態(tài)動(dòng)量皆已確定根據(jù)動(dòng)量定理便可以求出碰撞過(guò)程中鋼球受到的沖量設(shè)垂直地面向上的方向?yàn)檎较颍瑢?duì)鋼球應(yīng)用動(dòng)量定理得Ftmgtmv2(mv1)mv2mv1由于碰撞時(shí)間極短，t趨于零，則mgt趨于零所以Ftm(v2v1)，即彈力的沖量方向向上，大小為m(v2v1)題組四動(dòng)量定理的有關(guān)計(jì)算9.圖11、25 質(zhì)量為0.5 kg的小球沿光滑水平面以5 m/s的速度沖向墻壁后又以4 m/s的速度反向彈回，如圖11、25所示，若球跟墻的作用時(shí)間為0.05 s，則小球所受到的平均作用力大小為_(kāi)N.答案90解析選定小球與墻碰撞的過(guò)程，取v1的方向?yàn)檎较?，?duì)小球應(yīng)用動(dòng)量定理得Ftmv2mv1所以，F(xiàn)N90 N“”號(hào)說(shuō)明F的方向向左10.圖11、26 如圖11、26所示，質(zhì)量為1 kg的鋼球從5 m高處自由下落，又反彈到離地面3.2 m高處，若鋼球和地面之間的作用時(shí)間為0.1 s，求鋼球?qū)Φ孛娴钠骄饔昧Υ笮?g取10 m/s2)答案190 N解析鋼球落到地面時(shí)的速度大小為v010 m/s，反彈時(shí)向上運(yùn)動(dòng)的速度大小為vt8 m/s，分析物體和地面的作用過(guò)程，取向上為正方向，因此有v0的方向?yàn)樨?fù)方向，vt的方向?yàn)檎较颍俑鶕?jù)動(dòng)量定理得(FNmg)tmvt(mv0)，代入數(shù)據(jù)，解得FN190 N，由牛頓第三定律知鋼球?qū)?