高中物理 第1章 碰撞與動(dòng)量守恒 1.1 探究動(dòng)量變化與沖量的關(guān)系課件 滬科版選修35.ppt

第1章 1 1探究動(dòng)量變化與沖量的關(guān)系 學(xué)習(xí)目標(biāo)1 理解沖量和動(dòng)量的定義 公式 單位及矢量性 2 理解動(dòng)量定理及其表達(dá)式 3 能夠利用動(dòng)量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象 解決有關(guān)實(shí)際問題 內(nèi)容索引 知識(shí)探究 題型探究 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 知識(shí)探究 一 動(dòng)量和沖量 在激烈的橄欖球賽場(chǎng)上 一個(gè)較瘦弱的運(yùn)動(dòng)員攜球奔跑時(shí)迎面碰上高大結(jié)實(shí)的對(duì)方運(yùn)動(dòng)員 自己被碰的人仰馬翻 而對(duì)方卻幾乎不受影響 這說明運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生的效果不僅與速度有關(guān) 而且與質(zhì)量有關(guān) 1 若質(zhì)量為60kg的運(yùn)動(dòng)員 包括球 以5m s的速度向東奔跑 他的動(dòng)量是多大 方向如何 若他以大小不變的速率做曲線運(yùn)動(dòng) 他的動(dòng)量是否變化 答案動(dòng)量是300kg m s 方向向東 做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)他的動(dòng)量變化了 因?yàn)榉较蜃兞?答案 2 若這名運(yùn)動(dòng)員與對(duì)方運(yùn)動(dòng)員相撞后速度變?yōu)榱?他的動(dòng)量的變化量多大 動(dòng)量的變化量方向如何 答案 300kg m s 方向向西 答案 動(dòng)量和動(dòng)量的變化量1 動(dòng)量 1 定義 物體的 和 的乘積 2 公式 p 單位 3 動(dòng)量的矢量性 動(dòng)量是 填 矢 或 標(biāo) 量 方向與 相同 4 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 5 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 為參考系 質(zhì)量m 速度v mv kg m s 矢 mv 速度的方向 地球 2 沖量 1 沖量的定義式 i 2 沖量是 填 過程 或 狀態(tài) 量 反映的是力在一段 內(nèi)的積累效應(yīng) 求沖量時(shí)一定要明確是哪一個(gè)力在哪一段時(shí)間內(nèi)的沖量 3 沖量是 填 矢 或 標(biāo) 量 若是恒力的沖量 則沖量的方向與 相同 ft 過程 矢 時(shí)間 力f的方向 判斷下列說法的正誤 1 質(zhì)量大的物體的動(dòng)量一定大 2 動(dòng)量相同的物體 運(yùn)動(dòng)方向一定相同 3 質(zhì)量和速率都相同的物體的動(dòng)量一定相同 4 沖量是矢量 其方向與合外力的方向相同 5 力越大 力對(duì)物體的沖量越大 6 不管物體做什么運(yùn)動(dòng) 在相同的時(shí)間內(nèi)重力的沖量相同 二 動(dòng)量定理 1 在日常生活中 有不少這樣的事例 跳遠(yuǎn)時(shí)要跳在沙坑里 跳高時(shí)在下落處要放海綿墊子 從高處往下跳 落地后雙腿往往要彎曲 輪船邊緣及輪渡的碼頭上都裝有橡膠輪胎 這樣做的目的是為了什么 答案為了緩沖以減小作用力 答案 2 如圖1所示 假定一個(gè)質(zhì)量為m的物體在碰撞時(shí)受到另一個(gè)物體對(duì)它的力是恒力f 在f的作用下 經(jīng)過時(shí)間t 物體的速度從v變?yōu)関 應(yīng)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)物體的動(dòng)量改變量 p與恒力f及作用時(shí)間t的關(guān)系 答案該物體在碰撞過程中的加速度a 根據(jù)牛頓第二定律f ma 由 得f m整理得 ft m v v mv mv即ft p 圖1 答案 1 內(nèi)容 物體所受 等于物體的動(dòng)量變化 2 公式 其中f為物體受到的 合力的沖量 合外力 i ft p 判斷下列說法的正誤 1 若物體在一段時(shí)間內(nèi) 其動(dòng)量發(fā)生了變化 則物體在這段時(shí)間內(nèi)的合外力一定不為零 2 物體受到的合力的沖量越大 它的動(dòng)量變化量一定越大 3 動(dòng)量變化量為正 說明它的方向與初始時(shí)動(dòng)量的方向相同 題型探究 一 動(dòng)量的理解 1 動(dòng)量p mv 描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量 是矢量 方向與速度的方向相同 2 動(dòng)量p mv與動(dòng)能ek mv2的區(qū)別 1 動(dòng)量是矢量 而動(dòng)能是標(biāo)量 2 當(dāng)速度發(fā)生變化時(shí) 物體的動(dòng)量發(fā)生變化 而動(dòng)能不一定發(fā)生變化 例1羽毛球是速度較快的球類運(yùn)動(dòng)之一 運(yùn)動(dòng)員扣殺羽毛球的速度可達(dá)到100m s 假設(shè)球飛來的速度為50m s 運(yùn)動(dòng)員將球以100m s的速度反向擊回 設(shè)羽毛球的質(zhì)量為10g 試求 1 運(yùn)動(dòng)員擊球過程中羽毛球的動(dòng)量變化量 答案1 5kg m s 方向與羽毛球飛來的方向相反 解析 答案 解析以羽毛球飛來的方向?yàn)檎较?則p1 mv1 10 10 3 50kg m s 0 5kg m s p2 mv2 10 10 3 100kg m s 1kg m s所以動(dòng)量的變化量 p p2 p1 1kg m s 0 5kg m s 1 5kg m s 即羽毛球的動(dòng)量變化量大小為1 5kg m s 方向與羽毛球飛來的方向相反 2 運(yùn)動(dòng)員擊球過程中羽毛球的動(dòng)能變化量 答案37 5j 解析羽毛球的初動(dòng)能 ek 12 5j 羽毛球的末動(dòng)能 ek 50j 所以 ek ek ek 37 5j 解析 答案 動(dòng)量與動(dòng)能的區(qū)別與聯(lián)系 1 區(qū)別 動(dòng)量是矢量 動(dòng)能是標(biāo)量 質(zhì)量相同的兩個(gè)物體 動(dòng)量相同時(shí)動(dòng)能一定相同 但動(dòng)能相同時(shí) 動(dòng)量不一定相同 2 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 1 求沖量大小時(shí) 一定要注意是哪一個(gè)力在哪一段時(shí)間內(nèi)的沖量 只要力不為零 一段時(shí)間內(nèi)的沖量就不為零 2 公式i ft只適合于計(jì)算恒力的沖量 若是變力的沖量 可考慮用以下方法求解 1 用動(dòng)量定理i mv mv求沖量 2 若力隨時(shí)間均勻變化 則可用平均力求沖量 二 沖量及沖量的計(jì)算 3 若給出了力f隨時(shí)間t變化的圖像 可用f t圖像與t軸所圍成的面積求沖量 如圖2所示 力f在1s內(nèi)的沖量i1 f1t1 20 1n s 20n s力f在6s內(nèi)的沖量i 20 1 10 5 n s 30n s 圖2 例2在傾角為37 足夠長(zhǎng)的斜面上 有一質(zhì)量為5kg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2s的時(shí)間內(nèi) 物體所受各力的沖量 g取10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 答案見解析 解析物體沿斜面下滑的過程中 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 10 2n s 100n s 方向豎直向下 支持力的沖量in nt mgcos t 5 10 0 8 2n s 80n s 方向垂直于斜面向上 摩擦力的沖量if ft mgcos t 0 2 5 10 0 8 2n s 16n s 方向沿斜面向上 解析 答案 1 在求力的沖量時(shí) 首先明確是求哪個(gè)力的沖量 是恒力還是變力 如果是恒力 可用i ft進(jìn)行計(jì)算 如果是變力 可考慮根據(jù)動(dòng)量定理求沖量 2 注意不要忘記說明沖量的方向 三 動(dòng)量定理的理解和應(yīng)用 1 對(duì)動(dòng)量定理的理解 1 動(dòng)量定理反映了合外力的沖量是動(dòng)量變化的原因 2 動(dòng)量定理的表達(dá)式是矢量式 運(yùn)用動(dòng)量定理解題時(shí) 要注意規(guī)定正方向 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 應(yīng)用動(dòng)量定理定量計(jì)算的一般步驟 例3如圖3所示 用0 5kg的鐵錘把釘子釘進(jìn)木頭里 打擊時(shí)鐵錘的速度為4 0m s 如果打擊后鐵錘的速度變?yōu)? 打擊的作用時(shí)間是0 01s 那么 圖3 1 不計(jì)鐵錘受到的重力 鐵錘釘釘子時(shí) 釘子受到的平均作用力是多大 答案200n 方向豎直向下 解析 答案 解析以鐵錘為研究對(duì)象 不計(jì)重力時(shí) 鐵錘只受到釘子的平均作用力 方向豎直向上 設(shè)為f1 取豎直向上為正 由動(dòng)量定理可得f1t 0 mv所以f1 n 200n 方向豎直向上 由牛頓第三定律知 鐵錘釘釘子時(shí) 釘子受到的平均作用力為200n 方向豎直向下 2 考慮鐵錘受的重力 鐵錘釘釘子時(shí) 釘子受到的平均作用力又是多大 g取10m s2 答案205n 方向豎直向下 解析若考慮重力 設(shè)此時(shí)鐵錘受釘子的平均作用力為f2 對(duì)鐵錘應(yīng)用動(dòng)量定理 取豎直向上為正 則 f2 mg t 0 mvf2 n 0 5 10n 205n 方向豎直向上 由牛頓第三定律知 此時(shí)鐵錘釘釘子時(shí)釘子受到的平均作用力為205n 方向豎直向下 解析 答案 3 比較 1 和 2 討論是否要忽略鐵錘的重力 答案見解析 解析比較f1與f2 其相對(duì)誤差為 100 2 5 可見本題中鐵錘的重力可忽略 解析 答案 用動(dòng)量定理進(jìn)行定量計(jì)算時(shí)應(yīng)注意 1 列方程前首先選取正方向 2 分析速度時(shí)一定要選取同一參考系 一般選地面為參考系 3 公式中的沖量應(yīng)是合外力的沖量 求動(dòng)量的變化量時(shí)要嚴(yán)格按公式 且要注意動(dòng)量的變化量是末動(dòng)量減去初動(dòng)量 例4 多選 對(duì)下列幾種物理現(xiàn)象的解釋 正確的是a 擊釘時(shí) 不用橡皮錘僅僅是因?yàn)橄鹌ゅN太輕b 跳遠(yuǎn)時(shí) 在沙坑里填沙 是為了減小沖量c 易碎品運(yùn)輸時(shí) 要用柔軟材料包裝 船舷常常懸掛舊輪胎 都是為了延長(zhǎng)作用時(shí)間以減小作用力d 在車內(nèi)推車推不動(dòng) 是因?yàn)楹贤饬_量為零 解析 答案 解析擊釘時(shí) 不用橡皮錘是因?yàn)橄鹌ゅN與釘子的作用時(shí)間長(zhǎng) 跳遠(yuǎn)時(shí) 在沙坑里填沙 是為了延長(zhǎng)人與地的接觸時(shí)間 所以a b不正確 據(jù)動(dòng)量定理ft p知 當(dāng) p相同時(shí) t越長(zhǎng) 作用力越小 故c項(xiàng)正確 車能否移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能否改變?nèi)Q于外力的作用 與內(nèi)部作用力無關(guān) 所以d項(xiàng)正確 針對(duì)訓(xùn)練從高處跳到低處時(shí) 為了安全 一般都是讓腳尖先著地 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 解析 答案 解析腳尖先著地 接著逐漸到整個(gè)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 人落地時(shí)的動(dòng)量變化量為定值 這樣就減小了地面對(duì)人的沖力 故c項(xiàng)正確 利用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象的問題主要有三類 1 p一定 t短則f大 t長(zhǎng)則f小 2 f一定 t短則 p小 t長(zhǎng)則 p大 3 t一定 f大則 p大 f小則 p小 達(dá)標(biāo)檢測(cè) 1 多選 恒力f作用在質(zhì)量為m的物體上 如圖4所示 由于地面對(duì)物體的摩擦力較大 沒有被拉動(dòng) 則經(jīng)過時(shí)間t 下列說法正確的是a 拉力f對(duì)物體的沖量大小為零b 拉力f對(duì)物體的沖量大小為ftc 拉力f對(duì)物體的沖量大小是ftcos d 合力對(duì)物體的沖量大小為零 1 2 圖4 答案 2 籃球運(yùn)動(dòng)員通常要伸