动量和动量定理ppt课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、正确理解动量及动量的变化量,1.,动量是状态量：进行动量运算时，要明确是哪一个物体在哪一个状态,(,时刻,),的动量,.,公式,p=mv,中的速度,v,是瞬时速度,.,2.,动量是矢量：动量的方向与物体瞬时速度的方向相同,.,如果在一条直线上运动，可以选定一个正方向，其正负就容易确定了,.,3.,动量具有相对性：物体的动量与参考系的选择有关,.,选不同的参考系时，同一个物体的动量可能不同，通常在不指明的情况下，物体的动量是指物体相对地面的动量,.,4.,动量的变化量也是矢量：,p=p-p=m,v,为矢量表达式，其方向同,v,的方向,.,分析计算,p,以及判断,p,的方向时，如果物体在一条直线上运动，就能直接选定一个正方向，矢量运算就可以转化为代数运算；当不在同一直线上运动时，应依据平行四边形定则运算,.,(1),动量和速度都是描述物体运动状态的物理量，但它们描述的角度不同,.,动量是从动力学角度描述物体运动状态的，它描述了运动物体能够产生的效果；速度是从运动学角度描述物体运动状态的,.,(2),动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，动量是矢量，但动能是标量，它们之间数值的关系是：,【,典例,1】(2011,昆明高二检测,),下列关于动量的说法中，正,确的是,(),A.,质量大的物体动量一定大,B.,速度大的物体动量一定大,C.,两物体动能相等，动量不一定相等,D.,两物体动能相等，动量一定相等,【,解题指导,】,分析动量的相关问题时要注意从影响动,量的因素入手，其大小是由质量和速度的乘积决定的，单独,的质量或速度都不能决定动量的大小；而动量与动能的大小,满足,【,标准解答,】,选,C.,动量等于运动物体质量和速度的乘积，动量大小与物体质量、速度两个因素有关，,A,、,B,错；由动量大小和动能的表达式可得出两物体动能相同，但质量关系不明确，并且动量是矢量，动能是标量，故,D,错，,C,正确,.,【,规律方法,】,动量的决定因素及与动能的区别,(1),动量的大小等于,m,与,v,的乘积，不能单纯的通过,m,或者,v,判断,动量的大小,.,(2),动量是矢量，其方向就是对应时刻瞬时速度的方向，是瞬,时量,.,(3),动量与动能有本质的区别，动量是矢量，动能是标量，动,量的大小与动能的大小满足关系式,【,变式训练,】,下列关于动量的说法中，正确的是,(),A.,物体的动量改变，其速度大小一定改变,B.,物体的动量改变，其速度方向一定改变,C.,物体运动速度的大小不变，其动量一定不变,D.,物体的运动状态改变，其动量一定改变,【,解析,】,选,D.,动量是矢量，有大小也有方向,.,动量改变是指动量大小或方向的改变，而动量的大小与质量和速度两个因素有关，其方向与速度的方向相同,.,质量一定的物体,当速度的大小或方向有一个因素发生变化时，动量就发生变化，故,A,、,B,、,C,错；物体运动状态改变是指速度大小或方向的改变，因此物体的动量一定发生变化，故,D,正确,.,二、对冲量的理解,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变化量的方向相同,.,(3),冲量的单位：在国际单位制中，力,F,的单位是,N,，时间,t,的单位是,s,，所以冲量的单位是,N,s.,动量与冲量的单位关系是：,1 N,s=1 kg,m/s,，但要区别使用,.,2.,冲量的计算,(1),某个力的冲量：仅由该力和力的作用时间共同决定，与其他力是否存在及物体的运动状态无关,.,例如：一个物体受几个恒力作用处于静止或匀速直线运动状态，其中每一个力的冲量均不为零,.,(2),求合冲量,如果是一维情形，可以化为代数和，如果不在一条直线上，求合冲量遵循平行四边形定则,.,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,t,求解,.,(3),变力的冲量要用动量定理列式求解,.,(1),冲量是矢量，求冲量的大小时一定要注意是力与其对应的时间的乘积,.,(2),判断两个力的冲量是否相同，必须满足冲量的大小和方向都相同，缺一不可,.,【,典例,2】,质量为,m,的物体放在水平面上，在与水平方向成,夹角的拉力,F,的作用下由静止开始运动，经过时间,t,速度达到,v,，在这一时间内拉力,F,和重力,G,的冲量大小分别为,(),A.F,l,cos,0 B.mv,Ft,C.Ft,0,D.Ft,mgt,【,解题指导,】,要明确冲量的概念和公式，力的冲量，是力与时间的乘积，其方向与力的方向相同，并不是与物体的速度方向相同；同时要区别于合力的冲量,.,【,标准解答,】,选,D.,许多同学认为在此题中，重力和支持力的方向与运动方向垂直，它们的作用效果对物体的运动没有影响，因此它们的冲量为零，实际上这是错误的，根据冲量的概念可知拉力的冲量为,Ft,，重力的冲量为,mgt.,故正确选项为,D.,【,规律方法,】,明确冲量是力与时间的乘积,(1),冲量是描述力对其作用时间的累积效果，力越大，作用时间越长，冲量就越大,.,(2),冲量是一个过程量，学习冲量必须明确研究对象和作用过程，即必须明确是哪个力在哪段时间内对哪个物体产生的冲量,.,(3),某个力的冲量的方向与合力的冲量方向不一定相同,.,【,变式训练,】,把质量为,10 kg,的物体放在光滑的水平面上，如图所示，在与水平方向成,53,的,10 N,的力,F,作用下从静止开始运动，在,2 s,内力,F,对物体的冲量为多少？合外力的冲量是多少？,(cos53,=0.6),【,解析,】,首先对物体进行受力分析：与水平方向成,53,的角的拉力,F,，竖直向下的重力,G,、竖直向上的支持力,F,N,.,由冲量定义可知：,力,F,的冲量：,I,F,=F,t=10,2 N,s=20 N,s,因为在竖直方向上，力,F,的分量,Fsin53,，重力,G,，支持力,F,N,的合力为零，则在竖直方向上合力的冲量也为零,.,所以，物体所受的合外力就是力,Fcos53,故合外力的冲量：,I,合,=Fcos53,t=10,0.6,2 N,s=12 N,s,答案：,20 N,s 12 N,s,【,变式备选,】,如图所示，在倾角,=37,的足够长的斜面上，有一质量为,5 kg,的物体沿斜面滑下，物体与斜面间的动摩擦因数,=0.2,，求物体下滑,2 s,的时间内物体所受各力的冲量,.(g,取,10 m/s,2,sin37,=0.6,cos37,=0.8),【,解析,】,物体沿斜面下滑过程中，受重力、支持力和摩擦力的作用，冲量,I=Ft,，是矢量,重力的冲量：,I,G,=Gt=mgt=5,10,2 N,s,=100 N,s,方向竖直向下,.,支持力的冲量：,I,F,=Ft=mgcos37,t=5,10,0.8,2 N,s=80 N,s,方向垂直于斜面向上,.,摩擦力的冲量：,I,f,=ft=mgcos37,t=0.2,5,10,0.8,2 N,s=16 N,s,方向沿斜面向上,.,答案：,重力的冲量,100 N,s,竖直向下 支持力的冲量,80 N,s,垂直于斜面向上 摩擦力的冲量,16 N,s,沿斜面向上,三、对动量定理的理解和应用,1.,对动量定理的理解,(1),在中学物理中，动量定理的研究对象通常为单个物体,.,(2),动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动，也适用于微观物体的高速运动,.,不论是变力还是恒力，不论几个力作用时间是同时还是不同时，不论物体的运动轨迹是直线还是曲线，动量定理都适用,.,(3),动量定理反映了合外力的冲量与动量的变化量之间的因果关系，即合外力的冲量是原因，物体动量的变化量是结果,.,(4),动量定理说明的是合外力的冲量与动量变化量的关系，反映了力对时间的累积效应，与物体的初、末动量以及某一时刻的动量无必然联系，物体动量变化的方向与合力的冲量的方向相同，物体在某一时刻的动量方向与合力的冲量的方向无必然联系,.,2.,动量定理的应用,(1),定性分析有关现象,物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大，反之力就越小；例如：易碎品包装箱内为防碎而放置的碎纸、刨花、塑料泡沫等填充物,.,作用力一定时，力的作用时间越长，动量变化量越大，反之动量变化量就越小,.,例如：杂耍中，铁锤猛击,“,气功师,”,身上的石板令其碎裂，作用时间很短，铁锤对石板的冲量很小，石板的动量几乎不变，,“,气功师,”,才不会受伤害,.,(2),应用动量定理定量计算的一般步骤,选定研究对象，明确运动过程,.,进行受力分析，确定初、末状态,.,选定正方向，根据动量定理列出对应的方程分析求解,.,(1),应用动量定理解题时，一定要对物体进行受力分析，明确各个力和合力是正确应用动能定理的前提,.,(2),列方程时一定要先选定正方向，严格使用矢量式,.,(3),变力的冲量一般通过求动量的变化量来求解,.,【,典例,3】,质量为,0.5 kg,的弹性小球，从,1.25 m,高处自由下落，与地板碰撞后回跳高度为,0.8 m,，设碰撞时间为,0.1 s,g,取,10 m/s,2,，求小球对地板的平均冲力,.,【,解题指导,】,解答本题时可按以下思路分析：,【,标准解答,】,解法一,(,分段处理,),：,取小球为研究对象,.,根据物体做自由落体和竖直上抛运动，可知,碰撞前的速度：方向向下,.,碰撞后的速度：方向向上,.,碰撞时小球受力情况如图所示，取竖直向上为正方向，,根据动量定理：,(F,N,-mg)t=mv,2,-mv,1,则：,由牛顿第三定律可知，小球对地板的平均冲力大小为,50 N,，,方向竖直向下,.,解法二,(,全程处理,),：,设支持力为,F,N,，球下落、触地、上升时间分别为,t,1,、,t,2,、,t,3,小球下落时间,小球与地板接触时间,t,2,=0.1 s,小球上升时间,全程应用动量定理,F,N,t,2,-mg(t,1,+t,2,+t,3,)=0,解得,F,N,=50 N,由牛顿第三定律得，小球对地板的平均冲力大小为,50 N,，方向竖直向下,.,答案：,50 N,方向竖直向下,【,规律方法,】,应用动量定理的注意事项,(1),明确物体受到冲量作用的结果是导致物体动量的变化,.,冲量和动量都是矢量，它们的加、减运算都遵循矢量的平行四边形法则,.,(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,而不能只关注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要选取不同的参考系,.,(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公式,且要注意是末动量减去初动量,.,【,互动探究,】,上题中：,(1),若小球对地板的平均冲力大小为,100 N,求小球与地板的碰撞时间,.,(2),若小球与地板碰撞无机械能损失，碰撞时间仍为,0.1 s,求小球对地板的平均冲力,.,【,解析,】,(1),碰撞前的速度：方向向下,碰撞后的速度：方向向上,取竖直向上为正方向，碰撞过程由动量定理得：,(F,N,-mg)t=mv,2,-(-mv,1,),解得,t=0.047 s,(2),由于小球与地板碰撞无机械能损失,故碰撞后球的速度,:v,2,=5 m/s,，方向向上,由动量定理得,(F,N,-mg)t=mv,2,-(-mv,1,),解得,F,N,=55 N,由牛顿第三定律得小球对地板的平均冲力为,55 N,，方向竖直向下,.,答案：,(1)0.047 s (2)55 N,方向竖直向下,【,典例,】,一质量为,m=0.2 kg,的皮球,从高,H=0.8 m,处自由落下，与地面相碰后反弹的最大高度为,h=0.45 m,，则球与地面接触这段时间内动量的变化量为多少,?(g,取,10 m/s,2,),【,解题指导,】,本题考查动量的变化量，解题的关键是弄清初、末状态及其动量的大小和方向,.,分析动量的大小时可以用运动学关系、动能定理或机械能守恒定律,.,【,标准解答,】,取向下的方向为正，则由,H,处下落到与地面接触前的瞬间，机械能守恒：,故初状态速度,v,1,=4 m/s,初状态动量：,p,1,=mv,1,=0.8 kg,m/s,同理皮球与地面相碰后反弹，机械能守恒：,故碰撞后的速度,v,2,=-3 m/s,碰撞后状态动量：,p,2,=mv,2,=-0.6 kg,m/s,故动量的变化量：,p=p,2,-p,1,=-1.4 kg,m/s,动量的变化方向为负，说明动量变化的方向向上,.,一、选择题,1.,下列关于动量的说法正确的是,(),A.,质量越大的物体动量一定越大,B.,质量和速率都相同的物体动量一定相同,C.,一个物体的加速度不变，其动量一定不变,D.,一个物体所受的合外力不为零，它的动量一定改变,【,解析,】,选,D.,动量的大小取决于质量和速度的乘积，质量大，动量不一定大，,A,错；质量和速率都相同的物体，动量大小相同，但是动量方向不一定相同，,B,错；物体的加速度不变，速度一定变化，动量一定变化，,C,错；物体所受合外力不为零时，必产生加速度，速度变化，动量一定改变，故,D,对,.,2.(2011,延边高二检测,),放在水平桌面上的物体质量为,m,用一个大小为,F,的水平推力推它,t,秒，物体始终不动，那么,t,秒内，推力对物体的冲量大小是,(),A.F,t B.mg,t,C.0 D.,无法计算,【,解析,】,选,A.,根据冲量的定义，冲量的大小是力与其作用时间的乘积，与重力无关，故,A,正确,.,3.,某物体受到,-2 N,s,的冲量作用，则,(),A.,物体原来的动量方向一定与这个冲量的方向相反,B.,物体的末动量一定是负值,C.,物体的动量一定减小,D.,物体的动量增量一定与规定的正方向相反,【,解析,】,选,D.,若选初动量反方向为正方向，冲量方向与物体原来的动量方向相同，,A,错；由动量定理,I,合,=p,2,-p,1,，,I,合,0,p0,，但,p,2,不一定是负值，,B,错,;,由于动量是矢量，物体的动量不一定减小，,C,错,.,故选,D.,4.,在距地面高为,h,，同时以相等初速度,v,0,分别平抛，竖直上抛，竖直下抛一质量相等的物体,m,，从它们被抛出到落地的过程中，比较它们的动量的增量,p,，正确的说法是,(),A.,平抛过程较大,B.,竖直上抛过程较大,C.,竖直下抛过程较大,D.,三者一样大,【,解析,】,选,B.,解法一：由动量变化图可知，,p,2,最大，即竖直上抛过程动量增量最大，所以应选,B.,解法二：由动量定理可知：,p=I,合,，而,I,合,=mgt,，三种情况的,mg,都是相等的，显然，竖直上抛在空中持续的时间最长，其对应的冲量最大，即动量的增量最大，故选项,B,正确,.,5.,跳远时，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全，这是由于,(),A.,人跳在沙坑上的动量比跳在水泥地上小,B.,人跳在沙坑上的动量变化量比跳在水泥地上小,C.,人跳在沙坑上受到的冲量比跳在水泥地上小,D.,人跳在沙坑上受到的冲力比跳在水泥地上小,【,解析,】,选,D.,跳远时,落地前的速度约等于起跳时速度的大小，则初动量大小一定；落地后静止，末动量一定,所以,人接触地面过程的动量变化量,p,一定,.,因落在沙坑上作用的时间长，落在水泥地上作用的时间短，根据动量定理,Ft=p,知，,t,长则,F,小，故,D,正确,.,6.,如图所示，两个质量相等的物体,A,、,B,从同一高度沿倾角不同的两光滑斜面由静止自由滑下，在到达斜面底端的过程中，下列说法正确的是,(),A.,两物体所受重力的冲量相同,B.,两物体所受合外力的冲量相同,C.,两物体到达斜面底端时的动量不同,D.,两物体动量的变化量相同,【,解析,】,选,C.,设斜面倾角为,高为,h,物体的质量为,m.,由牛顿第二定律可知，,F,合,=mgsin=ma,即,a=gsin.,由 得,运动时间：,到达底端时的速度：,重力的冲量大小,:,不同，,I,G,不同，,A,错；,合外力冲量大小,:,I,合,=F,合,t=,故,I,合,大小相同，方向不同,.B,错，由于,A,、,B,所受的冲量不同，,动量的变化量不同，因此到达底端时的动量不同，故,C,正确，,D,错,.,7.,从同样高度落下的玻璃杯，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动量大，而掉在草地上的玻璃杯动量小,B.,掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大，掉在草地上的玻璃杯动量改变小,C.,掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快，掉在草地上的玻璃杯动量改变慢,D.,掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用力大，而掉在草地上的玻璃杯受地面的冲击力小,【,解析,】,选,C,、,D.,设玻璃杯下落高度为,h.,它们从,h,高度落地瞬,间的速度大小相等都是 设玻璃杯的质量是,m,，则落地的,瞬间动量的大小是：,A,错；与水泥或草地接触一段时,间后，最终都静止，动量的改变量是相等的，,B,错；同时，在,此过程中，不难得出掉在水泥地面上对应的时间要小于掉到,草地上对应的时间，故,C,正确；根据动量定理，动量改变量相,同时，作用时间短的冲击力大，,D,正确,.,8.,质量为,60 kg,的建筑工人，不慎从高空跌下，幸好弹性安,全带的保护，使他悬挂起来,.,已知弹性安全带的缓冲时间是,1.2 s,，安全带长,5 m,，,g,取,10 m/s,2,，则安全带所受的平均冲,力的大小为,(),A.500 N B.1 100 N C.600 N D.100 N,【,解析,】,选,B.,选取人为研究对象，人下落过程中由,v,2,=2gh,v=10 m/s,，缓冲过程由动量定理得,(F-mg)t=mv,F=+mg=,1 100 N.,由牛顿第三定律可知，安全带所受的平均冲力为,1 100 N.,二、非选择题,9.(2011,龙岩高二检测,),将质量,m=0.2 kg,的小球以水平速度,v,0,=3 m/s,抛出，不计空气阻力，,g,取,10 m/s,2,竖直方向足够长,求：,(1),抛出后,0.4 s,内重力对小球的冲量,.,(2),抛出,0.4 s,时小球的动量,.,(3),抛出后,0.4 s,内小球动量的变化量,.,【,解析,】,(1),重力是恒力，,0.4 s,内重力对小球的冲量,I=mgt=0.2,10,0.4 N,s=0.8 N,s,方向竖直向下,.,(2)0.4 s,时的速度,:,方向与水平方向夹角为,，,则,:,由此知小球速度方向与水平方向成,53,角,.,0.4 s,时动量,p=mv=0.2,5 kg,m/s=1 kg,m/s,方向与水平方向成,53,角,.,(3),方法一,(,用定义式求,):,如图所示,p=p-p,由矢量减法得,p,就是连接,p,与,p,的线,段的长度，由几何关系得,p=psin53,=0.2,5,kg,m/s,=0.8 kg,m/s,方法二,(,用动量定理求,):,根据动量定理知，这,0.4 s,内小球动量的变化量就是这,0.4 s,内重力的冲量,所以有,p=mg,t=0.2,10,0.4 kg,m/s,=0.8 kg,m/s,方向与重力方向一致,竖直向下,.,答案：,(1)0.8 N,s,方向竖直向下,(2)1 kg,m/s,方向与水平方向成,53,角斜向下,(3)0.8 kg,m/s,方向竖直向下,10.,据报道，,1980,年一架英国战斗机在威尔士上空与一只秃鹰相撞，造成飞机坠毁，小小的飞鸟撞毁庞大、坚实的飞机，真难以想象，试通过估计，说明鸟类对飞机飞行的威胁，设飞鸟的质量,m,1 kg,，飞机的飞行速度为,v,800 m/s,，若两者相撞，试估算飞鸟对飞机的撞击力,.,【,解析,】,可认为碰撞前后飞机的速度不变，一直以,800 m/s,的速度飞行，以飞机为参考系，以鸟为研究对象，由于撞击的作用很大，碰撞后可认为鸟同飞机一起运动，相对于飞机的末速度,v=0,，设碰撞时鸟相对于飞机的位移,L,20 cm(,可认为是鸟的身长,),，,则撞击的时间约为：,选取飞机飞行的方向为正方向，根据动量定理得：,由两式解得鸟受到的平均作用力：,根据牛顿第三定律可知，飞鸟对飞机的撞击力大小也约为,3.2,10,6,N.,答案：,3.2,10,6,N,【,方法技巧,】,应用动量定理解题的策略技巧,(1),动量定理的使用具有普遍性，不论物体的轨迹是直线还是曲线，是恒力还是变力，是单个物体还是物体系，不论是宏观还是微观，都是适用的,.,(2),应用动量定理解题的基本步骤,确定研究对象；,进行受力分析，分析每个力的冲量；,选定正方向，研究物体初、末状态的动量；,根据动量定理列方程求解,.,