高中物理第十六章動量守恒定律16.2動量和動量定理課件新人教版

2動量和動量定理1.理解動量和動量的變化及其矢量性,會計算做一維運動的物體動量的變化。2.理解沖量的概念,動量定理及其表達式。3.能利用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和解決實際問題。4.理解動量與動能、動量定理與動能定理的區(qū)別。一二三一、動量1.定義:物理學(xué)中把物體的質(zhì)量m跟運動速度v的乘積mv叫作動量。2.定義式:p=mv。3.單位:在國際單位制中,動量的單位是千克米每秒,符號為kg·m/s。4.矢量性:由于速度是矢量,所以動量是矢量,它的方向與速度的方向相同。一二三5.動量的變化Δp(1)概念:物體的質(zhì)量m,速度v的大小和方向三者當中任何一個發(fā)生變化,物體的動量就發(fā)生變化。動量的變化用Δp表示,動量的變化也叫作動量的增量。(2)表達式:Δp=pt-p0,其中p0,pt分別是物體的初動量和末動量。(3)計算方法:因為動量p是矢量,所以動量的變化Δp=pt-p0是矢量式,在一般情況下,應(yīng)當用平行四邊形定則計算動量的變化。當初、末動量在一條直線上時,可規(guī)定正方向,化矢量運算為代數(shù)運算。一二三二、沖量1.定義:力與力的作用時間的乘積叫作力的沖量。2.表達式:I=F(t'-t)。3.單位:在國際單位制中,沖量的單位是牛·秒,符號是N·s。4.矢量性:沖量是矢量,恒力的沖量方向跟力的方向相同。5.物理意義:反映力的作用對時間的積累效應(yīng)。一二三三、動量定理1.表述:物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量。2.表達式:mv'-mv=F(t'-t),或p'-p=I。3.適用條件:動量定理不僅適用于恒力,也適用于變力。4.說明:對于變力的沖量,動量定理中的F應(yīng)理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。一二三如圖所示,跳高比賽時,在運動員落地處為什么要放很厚的海綿墊子?一二三提示：越過橫竿后,可認為運動員做自由落體運動,落地時速度較大。運動員落到很厚的海綿墊子上時,可經(jīng)過較長的時間使速度減小為零,在動量變化相同的情況下,運動員受到的沖擊力減小,從而對運動員起到保護作用。一二三一、對動量的理解1.動量的認識。(1)動量是狀態(tài)量,具有瞬時性,即p=mv中的速度v是瞬時速度。(2)動量具有相對性,因物體的速度與參考系的選取有關(guān),故物體動量值也與參考系選取有關(guān),通常情況下,指相對地面的動量。2.動量的變化Δp。(1)Δp是矢量,Δp=mΔv,方向與速度的變化量Δv的方向相同。(2)Δp=p'-p0是矢量式,若p'、p0方向在一條直線上,可先規(guī)定正方向,再用正、負號表示p0、p',即可以轉(zhuǎn)化為代數(shù)運算求解。一二三3.動量和動能的區(qū)別與聯(lián)系。

一二三二、對沖量的理解1.對沖量概念的理解。(1)沖量是矢量。沖量的運算遵守平行四邊形定則,合沖量等于各力沖量的矢量和,若整個過程中,不同階段受力不同,則合沖量為各階段沖量的矢量和。(2)沖量是過程量,它是力在一段時間內(nèi)的積累,它取決于力和時間這兩個因素。所以求沖量時一定要明確所求的是哪一個力在哪一段時間內(nèi)的沖量。一二三2.沖量的計算。(1)恒力的沖量。公式I=F(t'-t)適用于計算某個恒力的沖量,這時沖量的數(shù)值等于力與作用時間的乘積,沖量的方向與恒力的方向一致。(2)變力的沖量。①變力的沖量通?？衫脛恿慷ɡ?/p>

I=Δp求解。②可用圖象法計算沖量。如圖所示,若某一力的方向恒定不變,那么在F-t圖象中,圖中陰影部分的面積就表示力在時間Δt=t2-t1內(nèi)的沖量。一二三③對于方向不變、大小隨時間均勻變化的變力,其沖量也可用I=F(t'-t)計算,但式中的F應(yīng)為Δt時間內(nèi)的平均力,即3.沖量與功的區(qū)別。(1)沖量的定義式為I=Ft,功的定義式為W=Fscos

θ,即沖量表示作用力在時間上的積累效果,功表示作用力在空間上的積累效果。(2)沖量是矢量,既有大小又有方向,而功是標量,只有大小沒有方向。求物體所受的合沖量應(yīng)按矢量合成法則來計算,而求物體所受外力的總功按代數(shù)和來計算。一二三(3)有力有時間必有沖量,而有力有位移不一定做功,其還與角度有關(guān)。如圖所示,在滑塊下滑的過程中,斜面對滑塊的支持力FN不做功,但支持力的沖量不為零。(4)沖量和功都是過程量,它們都只與力的作用過程相聯(lián)系。沖量量度的是動量變化的多少,并不是動量的多少,正像功量度的是物體能量變化的多少,并不是能量多少一樣。一二三三、應(yīng)用動量定理解題的思路遇到涉及力、時間和速度變化的問題時,運用動量定理解答往往比運用牛頓運動定律及運動學(xué)規(guī)律求解簡便。應(yīng)用動量定理解題的思路和一般步驟為1.明確研究對象和研究過程。即明確對誰、對哪一個過程運用動量定理解題。研究對象可以是一個物體,也可以是幾個物體組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)各物體可以保持相對靜止,也可以相對運動。研究過程可以是全過程,也可以是全過程中的某一階段。2.進行受力分析。只分析研究對象以外的物體施給研究對象的力。所有外力之和為合外力。研究對象內(nèi)部的相互作用力(內(nèi)力)只會改變系統(tǒng)內(nèi)某一物體的動量,但不影響系統(tǒng)的總動量,因此不必分析系統(tǒng)內(nèi)力。一二三3.規(guī)定正方向。由于力、沖量、速度、動量都是矢量,在一維的情況下,列式前要先規(guī)定一個正方向,和這個方向一致的矢量為正,反之為負。4.寫出研究對象的初、末動量和合外力的沖量。抓住過程的初、末狀態(tài),根據(jù)選定的正方向,對初、末狀態(tài)的動量大小、方向進行描述;如果在所選定的研究過程中的不同階段物體受力情況不同,就要分別計算各力的沖量,然后求它們的矢量和。5.根據(jù)動量定理列出動量定理的數(shù)學(xué)表達式。6.寫清各物理量之間關(guān)系的補充表達式,求解方程組,并分析作答。類型一類型二類型三動量與沖量

【例題1】

關(guān)于沖量,下列說法正確的是(

)A.沖量是物體動量變化的原因B.作用在靜止的物體上的力的沖量一定為零C.動量越大的物體受到的沖量越大D.沖量的方向就是物體受力的方向點撥：弄清動量與沖量的聯(lián)系與區(qū)別是分析問題的關(guān)鍵。類型一類型二類型三解析：力作用一段時間便有了沖量,而力作用一段時間后,物體的運動狀態(tài)發(fā)生了變化,物體的動量也發(fā)生了變化,因此說沖量使物體的動量發(fā)生了變化,選項A正確。只要有力作用在物體上,經(jīng)歷一段時間,這個力便有了沖量I=Ft,與物體處于什么狀態(tài)無關(guān),物體運動狀態(tài)的變化情況,是所有作用在物體上的力共同產(chǎn)生的效果,所以選項B錯誤。物體所受沖量I=Ft與物體動量的大小p=mv無關(guān),選項C錯誤。沖量是一個過程量,只有在某一過程中力的方向不變時,沖量的方向才與力的方向相同,故選項D錯誤。故正確選項為A。答案：A類型一類型二類型三題后反思沖量與動量的聯(lián)系與區(qū)別

類型一類型二類型三用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象

【例題2】

在撐竿跳比賽的橫竿下方要放上很厚的海綿墊子。設(shè)一位撐竿跳運動員的質(zhì)量為70kg,越過橫竿后從h=5.6m高處落下,落在海綿墊上和落在普通沙坑里分別經(jīng)歷時間Δt1=1s、Δt2=0.1s停下。試比較兩種情況下海綿墊和沙坑對運動員的作用力。(g取10m/s2)點撥：從同一高度下落,落到接觸面上的初動量相同,又因為末動量為0,所以動量變化量相同,但作用時間不同。根據(jù)動量定理可求作用力。注意動量定理中的力是合力,而不僅是支持力。類型一類型二類型三類型一類型二類型三題后反思(1)若Δp一定,Δt越小,力F就越大。因此在需要增大作用力時,可盡量減少作用時間,如打擊、碰撞等作用時間短,作用力大。反之,Δt越大,力F就越小,因此在需要減小作用力時可想辦法延長力的作用時間,如利用海綿或彈簧的緩沖作用來延長力的作用時間。(2)利用動量定理進行定量計算時,一要注意對物體進行受力分析,求出合力;二要確定物體動量的變化量,最后用Δp=I求解。觸類旁通在撐竿跳比賽中,如果運動員不慎落在了硬地上,為什么會受到嚴重的傷害?答案：如果落在硬地上,運動員與硬地間作用時間更短,在動量變化量相同的情況下,根據(jù)動量定理可知運動員受到的作用力更大,因此,運動員會受到嚴重的傷害。類型一類型二類型三應(yīng)用動量定理求變力的沖量

【例題3】

質(zhì)量為m的鋼球自高處落下,以速度v1碰地,豎直向上彈回,碰撞時間極短,離地的速度為v2。在碰撞過程中,地面對鋼球的沖量的方向和大小為(

)A.向下,m(v1-v2) B.向下,m(v1+v2)C.向上,m(v1-v2) D.向上,m(v1+v2)點撥：物體以豎直速度v1與地面碰撞而又以v2的速度反彈。物體在與地面碰撞過程的初、末狀態(tài)動量皆已確定。根據(jù)動量定理便可以求出碰撞過程中鋼球受到的沖量。類型一類型二類型三解析：設(shè)垂直地面向上的方向為正方向,對鋼球應(yīng)用動量定理得FΔt-mgΔt=mv2-(-mv1)=mv2+mv1由于碰撞時間極短,F遠大于mg,mgΔt近似為零。所以FΔt=m(v2+v1),即彈力的沖量方向向上,大小為m(v2+v1)。答案：D類型一類型二類型三題后反思(1)應(yīng)用I=Δp求變力的沖量:如果物體受到大小或方向改變的力的作用,則不能直接