動量和動量定理課件 新人教版選修3-5.ppt

1、,一、正確理解動量及動量的變化量,1.動量是狀態(tài)量：進行動量運算時，要明確是哪一個物體在哪一個狀態(tài)(時刻)的動量.公式p=mv中的速度v是瞬時速度. 2.動量是矢量：動量的方向與物體瞬時速度的方向相同.如果在一條直線上運動，可以選定一個正方向，其正負就容易確定了.,3.動量具有相對性：物體的動量與參考系的選擇有關(guān).選不同的參考系時，同一個物體的動量可能不同，通常在不指明的情況下，物體的動量是指物體相對地面的動量. 4.動量的變化量也是矢量：p=p-p=mv為矢量表達式，其方向同v的方向.分析計算p以及判斷p的方向時，如果物體在一條直線上運動，就能直接選定一個正方向，矢量運算就可以轉(zhuǎn)化為代數(shù)運算

2、；當不在同一直線上運動時，應(yīng)依據(jù)平行四邊形定則運算.,(1)動量和速度都是描述物體運動狀態(tài)的物理量，但它們描述的角度不同.動量是從動力學(xué)角度描述物體運動狀態(tài)的，它描述了運動物體能夠產(chǎn)生的效果；速度是從運動學(xué)角度描述物體運動狀態(tài)的. (2)動量和動能都是描述物體運動狀態(tài)的物理量，動量是矢量，但動能是標量，它們之間數(shù)值的關(guān)系是：,【典例1】(2011昆明高二檢測)下列關(guān)于動量的說法中，正 確的是( ) A.質(zhì)量大的物體動量一定大 B.速度大的物體動量一定大 C.兩物體動能相等，動量不一定相等 D.兩物體動能相等，動量一定相等 【解題指導(dǎo)】分析動量的相關(guān)問題時要注意從影響動 量的因素入手，其大小是由

3、質(zhì)量和速度的乘積決定的，單獨 的質(zhì)量或速度都不能決定動量的大小；而動量與動能的大小 滿足,【標準解答】選C.動量等于運動物體質(zhì)量和速度的乘積，動量大小與物體質(zhì)量、速度兩個因素有關(guān)，A、B錯；由動量大小和動能的表達式可得出兩物體動能相同，但質(zhì)量關(guān)系不明確，并且動量是矢量，動能是標量，故D錯，C正確.,【規(guī)律方法】 動量的決定因素及與動能的區(qū)別 (1)動量的大小等于m與v的乘積，不能單純的通過m或者v判斷 動量的大小. (2)動量是矢量，其方向就是對應(yīng)時刻瞬時速度的方向，是瞬 時量. (3)動量與動能有本質(zhì)的區(qū)別，動量是矢量，動能是標量，動 量的大小與動能的大小滿足關(guān)系式,【變式訓(xùn)練】下列關(guān)于動量

4、的說法中，正確的是( ) A.物體的動量改變，其速度大小一定改變 B.物體的動量改變，其速度方向一定改變 C.物體運動速度的大小不變，其動量一定不變 D.物體的運動狀態(tài)改變，其動量一定改變,【解析】選D.動量是矢量，有大小也有方向.動量改變是指動量大小或方向的改變，而動量的大小與質(zhì)量和速度兩個因素有關(guān)，其方向與速度的方向相同.質(zhì)量一定的物體,當速度的大小或方向有一個因素發(fā)生變化時，動量就發(fā)生變化，故A、B、C錯；物體運動狀態(tài)改變是指速度大小或方向的改變，因此物體的動量一定發(fā)生變化，故D正確.,二、對沖量的理解,1.沖量的理解 (1)沖量是過程量，它描述的是力作用在物體上的時間累積效應(yīng)，取決于力

5、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. (2)沖量是矢量，在作用時間內(nèi)力的方向不變時，沖量的方向與力的方向相同，如果力的方向是變化的，則沖量的方向與相應(yīng)時間內(nèi)物體動量變化量的方向相同. (3)沖量的單位：在國際單位制中，力F的單位是N，時間t的單位是s，所以沖量的單位是Ns.動量與沖量的單位關(guān)系是：1 Ns=1 kgm/s，但要區(qū)別使用.,2.沖量的計算 (1)某個力的沖量：僅由該力和力的作用時間共同決定，與其他力是否存在及物體的運動狀態(tài)無關(guān).例如：一個物體受幾個恒力作用處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，其中每一個力的沖量均不為零. (2)求合沖量 如果是一維

6、情形，可以化為代數(shù)和，如果不在一條直線上，求合沖量遵循平行四邊形定則. 兩種方法：可分別求每一個力的沖量，再求各沖量的矢量和；另外，如果各個力的作用時間相同，也可以先求合力，再用公式I合=F合t求解. (3)變力的沖量要用動量定理列式求解.,(1)沖量是矢量，求沖量的大小時一定要注意是力與其對應(yīng)的時間的乘積. (2)判斷兩個力的沖量是否相同，必須滿足沖量的大小和方向都相同，缺一不可.,【典例2】質(zhì)量為m的物體放在水平面上，在與水平方向成夾角的拉力F的作用下由靜止開始運動，經(jīng)過時間t速度達到v，在這一時間內(nèi)拉力F和重力G的沖量大小分別為( ) A.Flcos,0 B.mv,Ft C.Ft,0 D

7、.Ft,mgt 【解題指導(dǎo)】要明確沖量的概念和公式，力的沖量，是力與時間的乘積，其方向與力的方向相同，并不是與物體的速度方向相同；同時要區(qū)別于合力的沖量.,【標準解答】選D.許多同學(xué)認為在此題中，重力和支持力的方向與運動方向垂直，它們的作用效果對物體的運動沒有影響，因此它們的沖量為零，實際上這是錯誤的，根據(jù)沖量的概念可知拉力的沖量為Ft，重力的沖量為mgt.故正確選項為D.,【規(guī)律方法】 明確沖量是力與時間的乘積 (1)沖量是描述力對其作用時間的累積效果，力越大，作用時間越長，沖量就越大. (2)沖量是一個過程量，學(xué)習(xí)沖量必須明確研究對象和作用過程，即必須明確是哪個力在哪段時間內(nèi)對哪個物體產(chǎn)生

8、的沖量. (3)某個力的沖量的方向與合力的沖量方向不一定相同.,【變式訓(xùn)練】把質(zhì)量為10 kg的物體放在光滑的水平面上，如圖所示，在與水平方向成53的10 N的力F作用下從靜止開始運動，在2 s內(nèi)力F對物體的沖量為多少？合外力的沖量是多少？(cos53=0.6),【解析】首先對物體進行受力分析：與水平方向成53的角的拉力F，豎直向下的重力G、豎直向上的支持力FN.由沖量定義可知： 力F的沖量：IF=Ft=102 Ns=20 Ns 因為在豎直方向上，力F的分量Fsin53，重力G，支持力FN的合力為零，則在豎直方向上合力的沖量也為零.所以，物體所受的合外力就是力Fcos53, 故合外力的沖量：

9、I合=Fcos53t=100.62 Ns=12 Ns 答案：20 Ns 12 Ns,【變式備選】如圖所示，在傾角=37的足夠長的斜面上，有一質(zhì)量為5 kg的物體沿斜面滑下，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)=0.2，求物體下滑2 s的時間內(nèi)物體所受各力的沖量.(g取10 m/s2,sin37=0.6,cos37=0.8),【解析】物體沿斜面下滑過程中，受重力、支持力和摩擦力的作用，沖量I=Ft，是矢量 重力的沖量：IG=Gt=mgt=5102 Ns =100 Ns,方向豎直向下. 支持力的沖量：IF=Ft=mgcos37t=5100.82 Ns= 80 Ns,方向垂直于斜面向上. 摩擦力的沖量：If=f

10、t=mgcos37t=0.25100.8 2 Ns=16 Ns,方向沿斜面向上. 答案：重力的沖量100 Ns,豎直向下 支持力的沖量 80 Ns,垂直于斜面向上 摩擦力的沖量16 Ns,沿斜面向上,三、對動量定理的理解和應(yīng)用,1.對動量定理的理解 (1)在中學(xué)物理中，動量定理的研究對象通常為單個物體. (2)動量定理不僅適用于宏觀物體的低速運動，也適用于微觀物體的高速運動.不論是變力還是恒力，不論幾個力作用時間是同時還是不同時，不論物體的運動軌跡是直線還是曲線，動量定理都適用.,(3)動量定理反映了合外力的沖量與動量的變化量之間的因果關(guān)系，即合外力的沖量是原因，物體動量的變化量是結(jié)果. (4

11、)動量定理說明的是合外力的沖量與動量變化量的關(guān)系，反映了力對時間的累積效應(yīng)，與物體的初、末動量以及某一時刻的動量無必然聯(lián)系，物體動量變化的方向與合力的沖量的方向相同，物體在某一時刻的動量方向與合力的沖量的方向無必然聯(lián)系.,2.動量定理的應(yīng)用 (1)定性分析有關(guān)現(xiàn)象 物體的動量變化量一定時，力的作用時間越短，力就越大，反之力就越??；例如：易碎品包裝箱內(nèi)為防碎而放置的碎紙、刨花、塑料泡沫等填充物. 作用力一定時，力的作用時間越長，動量變化量越大，反之動量變化量就越小.例如：雜耍中，鐵錘猛擊“氣功師”身上的石板令其碎裂，作用時間很短，鐵錘對石板的沖量很小，石板的動量幾乎不變，“氣功師”才不會受傷害.

12、,(2)應(yīng)用動量定理定量計算的一般步驟 選定研究對象，明確運動過程. 進行受力分析，確定初、末狀態(tài). 選定正方向，根據(jù)動量定理列出對應(yīng)的方程分析求解.,(1)應(yīng)用動量定理解題時，一定要對物體進行受力分析，明確各個力和合力是正確應(yīng)用動能定理的前提. (2)列方程時一定要先選定正方向，嚴格使用矢量式. (3)變力的沖量一般通過求動量的變化量來求解.,【典例3】質(zhì)量為0.5 kg的彈性小球，從1.25 m高處自由下落，與地板碰撞后回跳高度為0.8 m，設(shè)碰撞時間為0.1 s, g取10 m/s2，求小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力. 【解題指導(dǎo)】解答本題時可按以下思路分析：,【標準解答】解法一(分段處理)： 取

13、小球為研究對象. 根據(jù)物體做自由落體和豎直上拋運動，可知 碰撞前的速度： 方向向下. 碰撞后的速度： 方向向上. 碰撞時小球受力情況如圖所示，取豎直向上為正方向，,根據(jù)動量定理： (FN-mg)t=mv2-mv1 則： 由牛頓第三定律可知，小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力大小為50 N， 方向豎直向下.,解法二(全程處理)： 設(shè)支持力為FN，球下落、觸地、上升時間分別為t1、t2、t3 小球下落時間 小球與地板接觸時間t2=0.1 s 小球上升時間 全程應(yīng)用動量定理FNt2-mg(t1+t2+t3)=0 解得FN=50 N 由牛頓第三定律得，小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力大小為50 N，方向豎直向下. 答案：50

14、N,方向豎直向下,【規(guī)律方法】 應(yīng)用動量定理的注意事項 (1)明確物體受到?jīng)_量作用的結(jié)果是導(dǎo)致物體動量的變化.沖量和動量都是矢量，它們的加、減運算都遵循矢量的平行四邊形法則. (2)列方程前首先要選取正方向，與規(guī)定的正方向一致的力或動量取正值，反之取負值,而不能只關(guān)注力或動量數(shù)值的大小.,(3)分析速度時一定要選取同一個參考系，未加說明時一般是選地面為參考系，同一道題目中一般不要選取不同的參考系. (4)公式中的沖量應(yīng)是合外力的沖量，求動量的變化量時要嚴格按公式,且要注意是末動量減去初動量.,【互動探究】上題中：(1)若小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力大小為100 N,求小球與地板的碰撞時間. (2)若小

15、球與地板碰撞無機械能損失，碰撞時間仍為0.1 s,求小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力.,【解析】(1)碰撞前的速度： 方向向下 碰撞后的速度： 方向向上 取豎直向上為正方向，碰撞過程由動量定理得： (FN-mg)t=mv2-(-mv1) 解得t=0.047 s,(2)由于小球與地板碰撞無機械能損失 故碰撞后球的速度:v2=5 m/s，方向向上 由動量定理得(FN-mg)t=mv2-(-mv1) 解得FN=55 N 由牛頓第三定律得小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力為55 N，方向豎直向下. 答案：(1)0.047 s (2)55 N,方向豎直向下,【典例】一質(zhì)量為m=0.2 kg的皮球,從高H=0.8 m處自由落下，與

16、地面相碰后反彈的最大高度為h=0.45 m，則球與地面接觸這段時間內(nèi)動量的變化量為多少?(g取10 m/s2) 【解題指導(dǎo)】本題考查動量的變化量，解題的關(guān)鍵是弄清初、末狀態(tài)及其動量的大小和方向.分析動量的大小時可以用運動學(xué)關(guān)系、動能定理或機械能守恒定律.,【標準解答】取向下的方向為正，則由H處下落到與地面接觸前的瞬間，機械能守恒： 故初狀態(tài)速度v1=4 m/s 初狀態(tài)動量：p1=mv1=0.8 kgm/s 同理皮球與地面相碰后反彈，機械能守恒： 故碰撞后的速度v2=-3 m/s 碰撞后狀態(tài)動量：p2=mv2=-0.6 kgm/s 故動量的變化量：p=p2-p1=-1.4 kgm/s 動量的變化

17、方向為負，說明動量變化的方向向上.,一、選擇題 1.下列關(guān)于動量的說法正確的是( ) A.質(zhì)量越大的物體動量一定越大 B.質(zhì)量和速率都相同的物體動量一定相同 C.一個物體的加速度不變，其動量一定不變 D.一個物體所受的合外力不為零，它的動量一定改變 【解析】選D.動量的大小取決于質(zhì)量和速度的乘積，質(zhì)量大，動量不一定大，A錯；質(zhì)量和速率都相同的物體，動量大小相同，但是動量方向不一定相同，B錯；物體的加速度不變，速度一定變化，動量一定變化，C錯；物體所受合外力不為零時，必產(chǎn)生加速度，速度變化，動量一定改變，故D對.,2.(2011延邊高二檢測)放在水平桌面上的物體質(zhì)量為m,用一個大小為F的水平推力

18、推它t秒，物體始終不動，那么t秒內(nèi)，推力對物體的沖量大小是( ) A.Ft B.mgt C.0 D.無法計算 【解析】選A.根據(jù)沖量的定義，沖量的大小是力與其作用時間的乘積，與重力無關(guān)，故A正確.,3.某物體受到-2 Ns的沖量作用，則( ) A.物體原來的動量方向一定與這個沖量的方向相反 B.物體的末動量一定是負值 C.物體的動量一定減小 D.物體的動量增量一定與規(guī)定的正方向相反 【解析】選D.若選初動量反方向為正方向，沖量方向與物體原來的動量方向相同，A錯；由動量定理I合=p2-p1，I合0, p0，但p2不一定是負值，B錯;由于動量是矢量，物體的動量不一定減小，C錯.故選D.,4.在距地

19、面高為h，同時以相等初速度v0分別平拋，豎直上拋，豎直下拋一質(zhì)量相等的物體m，從它們被拋出到落地的過程中，比較它們的動量的增量p，正確的說法是( ) A.平拋過程較大 B.豎直上拋過程較大 C.豎直下拋過程較大 D.三者一樣大,【解析】選B.解法一：由動量變化圖可知，p2最大，即豎直上拋過程動量增量最大，所以應(yīng)選B. 解法二：由動量定理可知：p=I合，而I合=mgt，三種情況的mg都是相等的，顯然，豎直上拋在空中持續(xù)的時間最長，其對應(yīng)的沖量最大，即動量的增量最大，故選項B正確.,5.跳遠時，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全，這是由于( ) A.人跳在沙坑上的動量比跳在水泥地上小 B.人跳在沙坑上的

20、動量變化量比跳在水泥地上小 C.人跳在沙坑上受到的沖量比跳在水泥地上小 D.人跳在沙坑上受到的沖力比跳在水泥地上小 【解析】選D.跳遠時,落地前的速度約等于起跳時速度的大小，則初動量大小一定；落地后靜止，末動量一定,所以,人接觸地面過程的動量變化量p一定.因落在沙坑上作用的時間長，落在水泥地上作用的時間短，根據(jù)動量定理Ft=p知，t長則F小，故D正確.,6.如圖所示，兩個質(zhì)量相等的物體A、B從同一高度沿傾角不同的兩光滑斜面由靜止自由滑下，在到達斜面底端的過程中，下列說法正確的是( ) A.兩物體所受重力的沖量相同 B.兩物體所受合外力的沖量相同 C.兩物體到達斜面底端時的動量不同 D.兩物體動

21、量的變化量相同,【解析】選C.設(shè)斜面傾角為,高為h,物體的質(zhì)量為m. 由牛頓第二定律可知，F(xiàn)合=mgsin=ma,即a=gsin. 由 得, 運動時間： 到達底端時的速度： 重力的沖量大小: 不同，IG不同，A錯；,合外力沖量大小: I合=F合t= 故I合大小相同，方向不同.B錯，由于A、B所受的沖量不同， 動量的變化量不同，因此到達底端時的動量不同，故C正確， D錯.,7.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量大，而掉在草地上的玻璃杯動量小 B.掉在水泥地上的玻璃杯動量改變大，掉在草地上的玻璃杯動量改變小 C.掉在水

22、泥地上的玻璃杯動量改變快，掉在草地上的玻璃杯動量改變慢 D.掉在水泥地上的玻璃杯與地面接觸時，相互作用力大，而掉在草地上的玻璃杯受地面的沖擊力小,【解析】選C、D.設(shè)玻璃杯下落高度為h.它們從h高度落地瞬 間的速度大小相等都是 設(shè)玻璃杯的質(zhì)量是m，則落地的 瞬間動量的大小是： A錯；與水泥或草地接觸一段時 間后，最終都靜止，動量的改變量是相等的，B錯；同時，在 此過程中，不難得出掉在水泥地面上對應(yīng)的時間要小于掉到 草地上對應(yīng)的時間，故C正確；根據(jù)動量定理，動量改變量相 同時，作用時間短的沖擊力大，D正確.,8.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，使他懸掛起來.已

23、知彈性安全帶的緩沖時間是 1.2 s，安全帶長5 m，g取10 m/s2，則安全帶所受的平均沖 力的大小為( ) A.500 N B.1 100 N C.600 N D.100 N 【解析】選B.選取人為研究對象，人下落過程中由v2=2gh, v=10 m/s，緩沖過程由動量定理得(F-mg)t=mv, F= +mg= 1 100 N.由牛頓第三定律可知，安全帶所受的平均沖力為 1 100 N.,二、非選擇題 9.(2011龍巖高二檢測)將質(zhì)量m=0.2 kg的小球以水平速度v0=3 m/s拋出，不計空氣阻力，g取10 m/s2,豎直方向足夠長,求： (1)拋出后0.4 s內(nèi)重力對小球的沖量. (2)拋出0.4 s時小球的動量. (3)拋出后0.4 s內(nèi)小球動量的變化量.,【解析】(1)重力是恒力，0.4 s內(nèi)重力對小球的沖量 I=mgt=0.2100.4 Ns=0.8 Ns方向豎直向下. (2)0.4 s時的速度: 方向與水平方向夾角為， 則: 由此知小球速度方向與水平方向成53角. 0.4 s時動量 p=mv=0.25 kgm/s