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

碰撞和動量目標(biāo)定位1.知道什么是碰撞及碰撞的分類，掌握彈性碰撞和非彈性碰撞的區(qū)別.2.理解動量、沖量的概念，知道動量、沖量的方向.3.知道動量的改變量，并會求動量的改變量.4.理解動量定理的物理意義和表達(dá)式，能用動量定理解釋現(xiàn)象和解決實際問題環(huán)節(jié)一：學(xué)生自主預(yù)習(xí)一、碰撞1碰撞現(xiàn)象做相對運動的兩個(或幾個)物體相遇而發(fā)生相互作用，在很短的時間內(nèi)，它們的運動狀態(tài)會發(fā)生顯著變化，這一過程叫做碰撞2碰撞的分類(1)彈性碰撞：碰撞前后兩滑塊的總動能不變(2)非彈性碰撞：碰撞后兩滑塊的總動能減少了(3)完全非彈性碰撞：兩物體碰后粘在一起，以相同的速度運動，完全非彈性碰撞過程動能損失最大二、動量1定義：運動物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動量；公式pmv；單位：千克米/秒，符號：kgm/s2矢量性：方向與速度的方向相同運算遵循平行四邊形定則3動量是狀態(tài)量4動量的變化量(1)定義：物體在某段時間內(nèi)末動量與初動量的矢量差(也是矢量)，ppp(矢量式)(2)動量始終保持在一條直線上時的運算：選定一個正方向，動量、動量的變化量用帶有正、負(fù)號的數(shù)值表示，從而將矢量運算簡化為代數(shù)運算(此時的正、負(fù)號僅代表方向，不代表大小)想一想質(zhì)量和速度大小相同的兩個物體動能相同，它們的動量也一定相同嗎？答案不一定動量是矢量，有方向性，而動能是標(biāo)量，無方向三、動量定理1沖量(1)定義：力與力的作用時間的乘積，公式：IFt，單位：牛頓秒，符號Ns.(2)矢量性：方向與力的方向相同2動量定理(1)內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于物體的動量變化(2)公式：Ftpp或Ip.環(huán)節(jié)二：學(xué)生互助探究及老師典型點拔一、碰撞中的動能變化及碰撞分類(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，此過程兩物體損失的動能最大，這樣的碰撞叫完全非彈性碰撞【例1】一個質(zhì)量為2 kg的小球A以v03 m/s的速度與一個靜止的、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)的動能Ek0mAv9 J.(1)當(dāng)碰后A、B速度均為2 m/s時，碰后系統(tǒng)的動能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，碰后系統(tǒng)的動能EkmAvmBv(212142)J9 JEk0故碰撞為彈性碰撞二、動量和動量的變化1對動量的理解(1)動量的矢量性：動量是矢量，它的方向與速度v的方向相同，遵循矢量運算法則動量是狀態(tài)量，進(jìn)行運算時必須明確是哪個物體在哪一狀態(tài)(時刻)的動量(2)動量具有相對性：由于速度與參考系的選擇有關(guān)，一般以地球為參考系(3)動量與動能的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別：動量是矢量，動能是標(biāo)量聯(lián)系：動量和動能都是描述物體運動狀態(tài)的物理量，大小關(guān)系為Ek或p.2動量的變化(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)運算(2)動量變化的方向：與速度變化的方向相同【例2】質(zhì)量為0.5 kg的物體，運動速度為3 m/s，它在一個變力作用下速度變?yōu)? m/s，方向和原來方向相反，則這段時間內(nèi)動量的變化量為()A5 kgm/s，方向與原運動方向相反B5 kgm/s，方向與原運動方向相同C2 kgm/s，方向與原運動方向相反D2 kgm/s，方向與原運動方向相同答案A解析以原來的方向為正方向，由定義式pmvmv得p(70.530.5)kgm/s5 kgm/s，負(fù)號表示p的方向與原運動方向相反借題發(fā)揮關(guān)于動量變化量的求解1若初、末動量在同一直線上，則在選定正方向的前提下，可化矢量運算為代數(shù)運算2若初、末動量不在同一直線上，運算時應(yīng)遵循平行四邊形定則三、對沖量的理解和計算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)，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，沖量的方向與力的方向相同2沖量的計算(1)求某個恒力的沖量：用該力和力的作用時間的乘積(2)求合沖量的兩種方法：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求解圖11、21(3)求變力的沖量：若力與時間成線性關(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，sin 370.6，cos 370.8)答案見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間的乘積，若是變力，要根據(jù)力的特點求解，或者利用動量定理求解四、對動量定理的理解和應(yīng)用1動量定理的理解(1)動量定理的表達(dá)式Ftpp是矢量式，等號包含了大小相等、方向相同兩方面的含義(2)動量定理反映了合外力的沖量是動量變化的原因(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)是合外力在作用時間內(nèi)的平均值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；力的作用時間越長，力就越小作用力一定時，力的作用時間越長，動量變化量越大；力的作用時間越短，動量變化量越小(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(jìn)行受力分析和運動的初、末狀態(tài)分析選定正方向，根據(jù)動量定理列方程求解【例4】跳遠(yuǎn)時，跳在沙坑里比跳在水泥地上安全，這是由于()A人跳在沙坑的動量比跳在水泥地上的小B人跳在沙坑的動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)時從一定的高度落下，落地前的速度是一定的，初動量是一定的，所以選項A錯誤；落地后靜止，末動量一定，人的動量變化是一定的，選項B錯誤；由動量定理可知人受到的沖量等于人的動量變化，所以兩種情況下人受到的沖量相等，選項C錯誤；落在沙坑里力作用的時間長，落在水泥地上力作用的時間短，根據(jù)動量定理，在動量變化一定的情況下，時間t越長則受到的沖力F越小，故選項D正確【例5】質(zhì)量m70 kg的撐竿跳高運動員從h5.0 m高處落到海綿墊上，經(jīng)t11 s后停止，則該運動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，則沙坑對運動員的平均沖力約為多少？(g取10 m/s2)答案1 400 N7 700 N解析以全過程為研究對象，初、末動量的數(shù)值都是0，所以運動員的動量變化量為零，根據(jù)動量定理，合力的沖量為零，根據(jù)自由落體運動的知識，物體下落到地面上所需要的時間是t1 s從開始下落到落到海綿墊上停止時，mg(tt1)t10代入數(shù)據(jù)，解得1 400 N下落到沙坑中時，mg(tt2)t20代入數(shù)據(jù)，解得7 700 N.環(huán)節(jié)三：學(xué)生針對訓(xùn)練對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動，發(fā)生了碰撞已知碰撞后甲滑塊靜止不動，乙滑塊反向運動，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，無法確定答案A解析碰前總動能：Ek3mv2mv22mv2碰后總動能：Ekmv22mv2，EkEk，所以A對對動量和沖量的理解2(2014江蘇徐州高二期末)關(guān)于動量，下列說法正確的是()A速度大的物體，它的動量一定也大B動量大的物體，它的速度一定也大C只要物體運動的速度大小不變，物體的動量也保持不變D質(zhì)量一定的物體，動量變化越大，該物體的速度變化一定越大答案D解析動量由質(zhì)量和速度共同決定，只有質(zhì)量和速度的乘積大，動量才大，A、B均錯誤；動量是矢量，只要速度方向變化，動量也發(fā)生變化，選項C錯誤；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，經(jīng)過時間t1速度為零然后又下滑，經(jīng)過時間t2回到斜面底端，滑塊在運動過程中受到的摩擦力大小始終為F1.在整個過程中，重力對滑塊的總沖量為()Amgsin (t1t2) Bmgsin (t1t2)Cmg(t1t2) D0答案C解析談到?jīng)_量必須明確是哪一個力的沖量，此題中要求的是重力對滑塊的沖量，根據(jù)沖量的定義式IFt，因此重力對滑塊的沖量應(yīng)為重力乘作用時間，所以IGmg(t1t2)，即C正確動量定理的理解和應(yīng)用4(2014北京東城高二期末)一個小鋼球豎直下落，落地時動量大小為0.5 kgm/s，與地面碰撞后又以等大的動量被反彈下列說法中正確的是()A引起小鋼球動量變化的是地面給小鋼球的彈力的沖量B引起小鋼球動量變化的是地面對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，則小鋼球的動量變化是1 kgm/s答案BD5(2014渝中區(qū)高二檢測)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)使他懸掛起來已知彈性安全帶的緩沖時間是1.5 s，安全帶自然長度為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，則由動量定理得：(mgF)tmv，所以Fmg6010 N N1 000 N，故D對，A、B、C錯.環(huán)節(jié)四：學(xué)生定時檢測(時間：60分鐘)題組一對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；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；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2在光滑的水平面上，動能為E0的鋼球1與靜止鋼球2發(fā)生碰撞，碰后球1反向運動，其動能大小記為E1，球2的動能大小記為E2，則必有()AE1E0 BE1E0CE2E0 DE2E0答案A解析根據(jù)碰撞前后動能關(guān)系得E1E2E0，必有E1E0，E2E0.故只有A項對題組二對動量和沖量的理解3下列說法中正確的是()A物體的速度大小改變時，物體的動量一定改變B物體的速度方向改變時，其動量不一定改變C物體的動量不變，其速度一定不變D運動物體在任一時刻的動量方向，一定與該時刻的速度方向相同答案ACD4(2014西安高二期末)下列說法正確的是()A動能為零時，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動C物體所受合外力不變時，其動量一定不變D動能不變，物體的動量一定不變答案B解析動能為零時，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A錯誤；物體受恒力，也可能做曲線運動如平拋運動，選項B正確；合外力不變，加速度不變，速度均勻變化，動量一定變化，C項錯誤；動能不變，若速度的方向變化，動量就變化，選項D錯誤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均向右運動，經(jīng)過相同的時間t，圖甲中船A沒有到岸，圖乙中船A沒有與船B相碰，則經(jīng)過時間t()圖11、24A圖甲中人對繩子拉力的沖量比圖乙中人對繩子拉力的沖量小B圖甲中人對繩子拉力的沖量比圖乙中人對繩子拉力的沖量大C圖甲中人對繩子拉力的沖量與圖乙中人對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C是正確的題組三動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，相互作用時間短，而掉在草地上的玻璃杯與地面接觸時作用時間長答案CD解析杯子是否被撞碎，取決于撞擊地面時，地面對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，則落地前瞬間的動量大小為pm，與水泥或草地接觸t時間后，杯子停下，在此過程中，玻璃杯的動量變化p(m)相同，再由動量定理可知(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間較長，動量變化慢，作用力小，因此玻璃杯不易碎7從高處跳到低處時，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減小動量的變化量C增大與地面的沖擊時間，從而減小沖力D增大人對地面的壓強，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，延緩了人落地時動量變化所用的時間，由動量定理可知，人落地動量變化一定，這樣就減小了地面對人的沖力，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，碰撞時間極短，離地的速度大小為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(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Ftmgtmv2(mv1)mv2mv1由于碰撞時間極短，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)題組四動量定理的有關(guān)計算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，若球跟墻的作用時間為0.05 s，則小球所受到的平均作用力大小為_N.答案90解析選定小球與墻碰撞的過程，取v1的方向為正方向，對小球應(yīng)用動量定理得Ftmv2mv1所以，F(xiàn)N90 N“”號說明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的速度大小為v010 m/s，反彈時向上運動的速度大小為vt8 m/s，分析物體和地面的作用過程，取向上為正方向，因此有v0的方向為負(fù)方向，vt的方向為正方向，再根據(jù)動量定理得(FNmg)tmvt(mv0)，代入數(shù)據(jù)，解得FN190 N，由牛頓第三定律知鋼球?qū)?