【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修1：第1章第1節(jié)動量和動量定理課件

第1章第1節(jié)動量和動量定理基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.理解動量的概念,知道動量是矢量。(物理觀念)2.知道動量的變化是矢量,會計算一維情況下的動量變化。(科學(xué)思維)3.理解沖量的概念,知道沖量是矢量。(物理觀念)4.理解動量定理的確切含義及其表達(dá)式。(科學(xué)思維)5.會運用動量定理解釋碰撞、緩沖等生活現(xiàn)象。(物理觀念)思維導(dǎo)圖基礎(chǔ)落實·必備知識全過關(guān)一、動量1.動量(1)定義:物體

與

的乘積。

(2)公式:

。

(3)單位:

,符號是

。

(4)矢量性:方向與

的方向相同。運算遵守

定則。

2.動量的變化量物體動量的變化量Δp等于物體的末動量p2與初動量p1的

,Δp=

。

動量的變化量是

。

質(zhì)量速度p=mv千克米每秒

kg·m/s物體速度

平行四邊形

矢量差

p2-p1矢量

二、動量定理1.沖量(1)定義:力和

的乘積。

(2)公式:I=

。

(3)單位:

,符號是

。

(4)矢量性:恒力(或方向不變的力)的沖量的方向與力的方向相同。力的作用時間Ft

?！っ?/p>

N·s2.動量定理(1)內(nèi)容:物體在一過程中所受

的沖量等于該物體在此過程中

。

(2)表達(dá)式:Ft=

。

(3)適用范圍:恒力或變力作用。(4)牛頓第二定律的另一種表述:作用在物體上的合外力等于物體

,即

。物體間的相互作用力與物體

和

有關(guān)。

合外力

動量的變化量

mv2-mv1動量的變化率

動量的變化

作用時間

三、碰撞與緩沖的實例分析1.增大物體之間的相互作用力方法:

物體的動量變化量、

相互作用的時間。

實例:(1)沖床沖壓工件時,由于沖頭動量變化大且沖頭與工件的碰撞

很短,在沖頭與工件間產(chǎn)生很大的作用力。(2)打夯機夯實地面。2.減小物體之間的相互作用力方法:

物體的動量變化量、

相互作用的時間。

實例:汽車在相關(guān)部位安裝安全氣囊和安全帶,萬一出現(xiàn)碰撞,利用氣囊的形變延長力的作用時間,減輕因劇烈碰撞對駕乘人員的傷害。增大縮短時間減小延長易錯辨析判一判1.質(zhì)量大的物體的動量一定大。(

)2.質(zhì)量和速率都相同的物體的動量一定相同。(

)3.動量相同的物體運動方向不一定相同。(

)×動量是質(zhì)量和速度的乘積,因此質(zhì)量大、速度小的物體的動量可能小。

×動量是矢量,它的方向與速度的方向相同,而質(zhì)量和速率都相同的物體,其動量大小一定相同,但方向不一定相同?！羷恿肯嗤竸恿康拇笮『头较蚓嗤?而動量的方向就是速度的方向即運動方向,故動量相同的物體運動方向一定相同。4.沖量是矢量,恒力的沖量方向與恒力的方向相同。(

)5.物體所受合外力沖量越大,它的末動量也越大。(

)6.物體所受合外力沖量的方向與物體動量變化量的方向相同。(

)√×由動量定理可知,物體所受合外力的沖量等于動量的變化量。合外力的沖量越大,它的動量的變化量就越大,末動量不一定越大?！碳磳W(xué)即用練一練1.(多選)從同樣高度落下的雞蛋,掉在水泥地上容易破碎,而掉在軟墊上不容易破碎,其原因是(

)A.掉在水泥地上的雞蛋動量大,而掉在軟墊上的雞蛋動量小B.掉在水泥地上的雞蛋動量改變大,掉在軟墊上的雞蛋動量改變小C.掉在水泥地上的雞蛋動量改變快,掉在軟墊上的雞蛋動量改變慢D.掉在水泥地上的雞蛋與地面接觸時,相互作用時間短,而掉在軟墊上的雞蛋與地面接觸時,相互作用時間長CD2.放在水平桌面上的物體質(zhì)量為m,用一個大小為F的水平推力推它,物體始終不動,那么時間t內(nèi),推力與合外力對物體的沖量大小分別是

、

。

Ft

0解析

根據(jù)沖量的定義I=Ft,物體始終不動,其動量的變化量為零,根據(jù)動量定理可知,合外力的沖量等于物體動量的變化量,即為零。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一對動量的理解情境探究工人師傅在鍛打刀具的時候,一人用較小的錘子擊打,一人用較大的錘子擊打,兩個人每次擊打后的效果是不同的,大錘子擊打時能看到金屬有較大的形狀變化。這說明運動物體產(chǎn)生的作用效果不僅與速度有關(guān),而且與質(zhì)量有關(guān)。(1)什么是動量?動量的方向如何確定?做勻速圓周運動的物體動量是否變化?(2)什么是動量的變化量?動量變化量的方向如何確定?(假定物體在一條直線上運動)要點提示

(1)物體質(zhì)量和速度的乘積是動量。動量的方向與速度的方向相同。物體做勻速圓周運動時,速度大小不變,方向時刻改變,故動量發(fā)生變化。(2)如果物體在一條直線上運動,首先規(guī)定正方向,將矢量運算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運算。動量變化量Δp=p'-p=m(v'-v)=m·Δv為矢量式,其方向與Δv的方向相同。知識歸納1.動量(1)動量是狀態(tài)量,進(jìn)行動量運算時,要明確是哪一物體在哪一狀態(tài)(時刻)的動量,p=mv中的速度v是瞬時速度。(2)動量的相對性:物體的速度與參考系的選擇有關(guān),因此物體的動量與參考系的選擇也有關(guān)。選不同的參考系時,同一物體的動量可能不同,通常在不說明參考系的情況下,物體的動量是指物體相對地面的動量。2.動量的變化量(1)動量的變化量是過程量,分析計算時,要明確是物體在哪一個過程的動量變化。(2)Δp=p'-p是矢量式,Δp、p'、p間遵循平行四邊形定則,如圖所示。(3)Δp的計算①當(dāng)p'、p在同一直線上時,可規(guī)定正方向,將矢量運算轉(zhuǎn)化為代數(shù)運算;②當(dāng)p'、p不在同一直線上時,應(yīng)依據(jù)平行四邊形定則運算。3.動量和動能的比較

應(yīng)用體驗例題1

一質(zhì)量m=0.2kg的皮球從高H=0.8m處自由落下,與地面相碰后反彈的最大高度h=0.45m,g取10m/s2。試求:皮球與地面相互作用前、后時刻的動量以及皮球與地面相互作用過程中動量的變化量。解析

以豎直向下為正方向,由

得皮球與地面接觸時的速度v1=4

m/s此時皮球的動量p1=mv1=0.8

kg·m/s,方向豎直向下由

得皮球剛離開地面時的速度大小v2=3

m/s,方向豎直向上此時皮球的動量p2=-mv2=-0.6

kg·

m/s,方向豎直向上皮球與地面相互作用過程中動量的變化量Δp=p2-p1=-0.6

kg·m/s-0.8

kg·m/s=-1.4

kg·m/s,方向豎直向上。答案

0.8kg·m/s,方向豎直向下

0.6kg·m/s,方向豎直向上

1.4kg·m/s,方向豎直向上針對訓(xùn)練1假設(shè)羽毛球飛來的速度為50m/s,運動員將羽毛球以100m/s的速度反向擊回。設(shè)羽毛球的質(zhì)量為10g,試求:(1)運動員擊球過程中羽毛球動量的變化量;(2)運動員擊球過程中羽毛球動能的變化量。解析

(1)以羽毛球飛來的方向為正方向擊打羽毛球前有p1=mv1=1×10-2×50

kg·m/s=0.5

kg·m/s擊打羽毛球后有p2=mv2=-1×10-2×100

kg·m/s=-1

kg·m/s羽毛球被擊打前后動量的變化量Δp=p2-p1=-1

kg·m/s-0.5

kg·m/s=-1.5

kg·m/s即羽毛球動量的變化量大小為1.5

kg·m/s,方向與羽毛球飛來的方向相反。羽毛球被擊打前后動能的變化量ΔEk=Ek'-Ek=37.5

J。答案

(1)1.5kg·m/s,方向與羽毛球飛來的方向相反(2)37.5J探究二對沖量的理解情境探究文具盒靜止在桌面上,經(jīng)過一段時間,重力對它做功為零,但這段時間內(nèi)重力的沖量也為零嗎?要點提示

文具盒靜止一段時間,其位移為零,故重力做功為零,而沖量是指力與時間的乘積,所以重力的沖量不為零。知識歸納1.對沖量的理解(1)沖量是過程量:沖量描述的是作用在物體上的力對一段時間的積累效應(yīng),與某一過程相對應(yīng)。(2)沖量是矢量:①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;②如果力的方向是變化的,則沖量的方向與相應(yīng)時間內(nèi)物體動量的變化量的方向相同。2.沖量的計算(1)若物體受到恒力的作用,力的沖量的數(shù)值等于力與作用時間的乘積,沖量的方向與恒力方向一致;(2)若力為同一方向隨時間均勻變化的力,該力的沖量可以用平均力計算;(3)若力為一般變力,則不能直接計算沖量。應(yīng)用體驗例題2

如圖所示,在傾角α=37°的斜面上,有一質(zhì)量為5kg的物體沿斜面(斜面足夠長)滑下,物體與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=0.2,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:(1)物體下滑2s的時間內(nèi),所受各力的沖量;(2)物體下滑2s的時間內(nèi),合外力的沖量。解析

(1)重力的沖量IG=mg·t=5×10×2

N·s=100

N·s,方向豎直向下支持力的沖量IN=mgcos

α·t=5×10×0.8×2

N·s=80

N·s,方向垂直斜面向上摩擦力的沖量If=μmgcos

α·t=0.2×5×10×0.8×2

N·s=16

N·s,方向沿斜面向上。(2)合外力的沖量等于各個力沖量的矢量和,遵循矢量合成的平行四邊形定則。方法1:利用正交分解法求各個沖量的矢量和沿斜面和垂直斜面方向建立坐標(biāo)系xOy,則Ox軸各個力沖量的矢量和Ix=IGsin

α-If=44

N·sOy軸各個力沖量的矢量和Iy=IN-IGcos

α=0方法2:先求合外力,若合外力為恒力,則I=Ft合外力為F=mgsin

α-μmgcos

α=22

N,方向沿斜面向下。合外力沖量I=Ft=44

N·s,方向沿斜面向下。答案

見解析規(guī)律方法

計算合力沖量的方法(1)分別求每個力的沖量,再求沖量的矢量和。(2)如果各個力的作用時間相同,也可以先求合外力,再用公式I合=F合Δt求解。針對訓(xùn)練2

(2023

湖南益陽高二期末)如圖所示,質(zhì)量為m的物體在一個與水平方向成θ角的拉力F作用下,沿水平面向右勻速運動,已知重力加速度大小為g,下列關(guān)于物體在時間t內(nèi)所受力的沖量正確的是(

)A.拉力F的沖量大小為FtB.拉力F的沖量大小為FtcosθC.摩擦力的沖量大小為FtD.重力的沖量大小為0A解析

由沖量的定義知,拉力F的沖量大小為IF=Ft,故A正確,B錯誤;由平衡條件可得摩擦力的大小為f=Fcos

θ,則摩擦力的沖量大小為If=ft=Ftcos

θ,故C錯誤;由沖量的定義知,重力的沖量大小為IG=mgt,故D錯誤。探究三對動量定理的理解及應(yīng)用情境探究如圖所示,跳高比賽時,運動員落地處為什么要放很厚的海綿墊子?要點提示

人落到海綿墊子上時,可經(jīng)過較長的時間使速度減小為零,在動量的變化量相同的情況下,人受到的作用力減小,從而對運動員起到保護(hù)作用。知識歸納動量定理的理解和應(yīng)用(1)動量定理的表達(dá)式F·Δt=mv'-mv是矢量式,等號包含了合外力的沖量與動量的變化量的大小相等、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。沖量反映了力對時間的積累效應(yīng),與物體的初、末動量以及某一時刻的動量無必然聯(lián)系。(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。(4)適用對象:動量定理的研究對象通常為單個物體或者可以看作整體的物體系統(tǒng)。(5)適用范圍: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,不論物體的運動軌跡是直線還是曲線,動量定理都適用。應(yīng)用體驗例題3

在撐竿跳高場地落地點鋪有厚厚的海綿墊子的目的是減少運動員受傷,理由是(

)A.減小沖量 B.減小動量的變化量C.墊子的反彈作用使人安全 D.減小動量變化率D解析

跳高運動員在落地的過程中,動量變化一定,由動量定理可知,運動員受到的沖量I一定,跳高運動員在跳高時落到海綿墊子上可以延長著地過程的作用時間t,由I=Ft可知,延長時間t可以減小運動員所受到的平均沖力F,即減小動量變化率,故D正確,A、B、C錯誤。規(guī)律方法

利用動量定理定性分析兩類現(xiàn)象(1)物體動量的變化量一定時,力的作用時間越短,力就越大;反之,力就越小。(2)作用力一定時,力的作用時間越長(或短),動量的變化量越大(或小)。針對訓(xùn)練3(多選)(2023河北廊坊高二期末改編)生活中處處皆有物理知識,有關(guān)生活中的情境,下列說法錯誤的是(

)A.玻璃杯掉在水泥地上比掉在鋪有墊子的地上容易碎,是因為掉在水泥地上受到的沖量大B.體操運動員在落地時總要屈腿是為了減小動量的變化率,避免運動員受傷C.跳遠(yuǎn)時,在沙坑里填沙,是為了減小沖量D.我們經(jīng)常看到,運輸物品時會用充氣袋包裹在物品外面,這樣可以延長某次顛簸過程中物品動量變化的時間,從而減小物品受到的力AC解析

玻璃杯容易碎,是因為撞擊時間短,在沖量相等的情況下,作用力較大,A錯誤;屈腿是為了延長變化時間,減小動量的變化率,避免運動員受傷,B正確;跳遠(yuǎn)時沙坑里填充沙子是為了增加運動員和沙子的作用時間,從而減小作用力,C錯誤;根據(jù)Ft=0-mv,動量變化相同的情況下,延長時間可減小物品受到的力,D正確。本題選錯誤的,故選A、C。例題4

質(zhì)量m=70kg的撐竿跳高運動員從h=5.0m的高處落到海綿墊上,經(jīng)Δt1=1s后停止,g取10m/s2,則海綿墊對該運動員的平均作用力約為多大?如果是落到普通沙坑中,經(jīng)Δt2=0.1s停下,則沙坑對運動員的平均作用力約為多大?解析

以全過程為研究對象,初、末動量的數(shù)值都是0,所以運動員動量的變化量為零,根據(jù)動量定理,合力的沖量為零,根據(jù)自由落體運動公式h=gt2,物體下落到地面上所需要的時間t=1

s從開始下落到落到海綿墊上停止的過程中,選豎直向下為正方向,由動量定理得mg(t+Δt1)-FΔt1=0代入數(shù)據(jù)解得F=1

400

N物體下落到沙坑中時,由動量定理得mg(t+Δt2)-F'Δt2=0代入數(shù)據(jù)解得F'=7

700

N。答案

1400N

7700N規(guī)律方法

應(yīng)用動量定理解題的基本思路

針對訓(xùn)練4高空作業(yè)須系安全帶,如果質(zhì)量為m的高空作業(yè)人員不慎跌落,從開始跌落到安全帶對人剛產(chǎn)生作用力前,人下落的距離為h(可視為自由落體運動)。此后經(jīng)歷時間t安全帶達(dá)到最大伸長,若在此過程中該作用力始終豎直向上,則該段時間安全帶對人的平均作用力大小為(

)A解析

設(shè)作業(yè)人員下落h時的速度為v,根據(jù)自由落體運動規(guī)律可得v2=2gh。對于安全帶伸長到最長過程,選豎直向上為正方向,根據(jù)動量定理得Ft-mgt=0-(-mv),聯(lián)立得F=+mg,選項A正確。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(多選)若一個物體的動量發(fā)生了變化,則物體運動的(

)A.速度大小一定改變了B.速度方向一定改變了C.速度一定變化了D.加速度一定不為零CD解析

動量是矢量,動量發(fā)生變化,對于同一物體,質(zhì)量不變,一定是速度發(fā)生變化,可能是速度的大小發(fā)生變化,也可能是速度的方向發(fā)生變化,也可能是速度的大小和方向都發(fā)生變化;由牛頓第二定律可知加速度一定不為零,選項C、D正確。12342.重力為4N的物體靜止在傾角為30°的斜面上,在5s內(nèi),關(guān)于重力和斜面分別對物體的沖量的說法正確的是(

)A.重力的沖量為零B.重力的沖量為10N·s,