資源簡介

(共33張PPT)
第
節
2
動量定理
高中物理 選擇性必修第一冊
第一章
高中物理 選擇性必修第一冊
第一章 動量守恒定律
1.能在恒力情況下進行理論推導，得出動量定理及其表達式。
2.知道沖量概念，知道動量定理及其表達式的物理意義。
3.知道動量定理適用于變力情況，領會求解變力沖量時的極限思想。
4.會用動量定理解釋生活生產中的相關現象和解決實際問題。
學習目標
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第一章 動量守恒定律
引入
包裝用的泡沫材料
蘋果的包裝泡沫網
摩托車帽里的襯墊
兩個物體碰撞時，彼此間會受到力的作用，以上生活中的實例中，泡沫、襯墊起到了什么作用？一個物體動量的變化和它所受的力有怎樣的關系呢？
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第一章 動量守恒定律
加速度
由牛頓第二定律知
建模
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第一章 動量守恒定律
如圖所示，一個質量為m 的物體，在動摩擦因數為μ 的水平面上運動，受到一個與運動方向相同的恒力F 作用，經過時間t，速度由v 增加到v′.
探討1：在時間t 內拉力F的沖量和合外力的沖量各是多大？
思考：
【提示】　Ft　(F－μmg)t.
探討2：在此過程中，物體動量的變化量是多大？
【提示】　mv′－mv.
探討3：恒力F 的沖量與物體動量的變化量相等嗎？
【提示】　不相等．合外力的沖量(F－μmg)t與動量的變化量才相等．
f
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第一章 動量守恒定律
１、定義：
3、單位：
一、 沖量
4、標矢性：
5、物理意義：反映了力對時間的積累效應
2、定義式：
I=Ft
力與力的作用時間的乘積，叫做力的沖量，用I表示沖量。
牛·秒，符號是N·s
矢量，方向跟這力的方向相同，是一個過程量；
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第一章 動量守恒定律
6.沖量與功的區別
（1）作用力與反作用力：作用力的沖量與反作用力的沖量總是等值、反向并在同一條直線上；
但是作用力的功與反作用力的功不一定相等。
（2）內力：對物體系統內部，內力作用的沖量的矢量和等于零，但內力的功的代數和不一定為零。
例如：人在船上行走——人對船的作用力與船對人的反作用力的沖量的矢量和等于零，但是人對船的作用力和船對人的反作用力都做正功，使人和船的動能都增加。
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第一章 動量守恒定律
1.沖量是過程量，它描述的是力作用在物體上的時間積累效應，求沖量時一定要明確所求的是哪一個力在哪一段時間內的沖量
2.求合沖量的兩種方法：
能力提升，方法指導：
①分別求每一個力的沖量，再求各沖量的矢量和；
②如果各個力的作用時間相同，且都為恒力，則可以先求合力，再用公式
I合＝F合t 求解．
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第一章 動量守恒定律
t0
F0
F
t
O
F-t圖線 “面積”的大小表示沖量的大小。
思考與討論：
如果在一段時間內的作用力是一個變力，又該怎樣求這個變力的沖量？
F
t
O
F0
F
t0
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第一章 動量守恒定律
例1．(多選)恒力F 作用在質量為m的物體上，如圖所示，由于地面對物體的摩擦力較大，沒有被拉動，則經時間t，下列說法正確的是(　　)
A．拉力F對物體的沖量大小為零
B．拉力F對物體的沖量大小為Ft
C．拉力F對物體的沖量大小是Ftcos θ
D．合力對物體的沖量大小為零
BD
摩擦力的沖量：
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第一章 動量守恒定律
1、內容：
2、表達式：
或
3、加深動量定理的理解：
（1） 表明合力的沖量是動量變化的原因；
（2） 動量定理是矢量式，注意正方向的選取。
（3) 動量定理不但適用于恒力，也適用于變力。
直線、 曲線（求解 ）
二、 動量定理
物體在一個過程中所受 力的沖量 等于它在這個過程 始、末的動量變化量。
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第一章 動量守恒定律
4.動量定理解釋生活現象
由Ft=ΔP可知：
①△P一定，t短則F大，t長則F小；
——緩沖裝置
②t一定，F大則△P大，F小則△P小；
③F一定，t長則△P大，t短則△P小。
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第一章 動量守恒定律
例 一個質量 為0.18 kg 的壘球，以 25 m/s 的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后，反向水平飛回，速度的大小為45 m/s。設球棒與壘球的作用時間 t = 0.002 s，球棒對壘球的平均作用力是多大
分析：球棒對壘球的作用力是變力，力的作用時間很短。在這個短時間內，力先是急劇增大，然后又急劇的減小為0，在沖擊、碰撞這類問題中，相互作用的時間很短，力的變化都具有這個特點。動量定理適用于變力作用的過程，因此，可以用動量定理計算棒對壘球的平均作用力。
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第一章 動量守恒定律
例 一個質量 為0.18 kg 的壘球，以 25 m/s 的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后，反向水平飛回，速度的大小為45 m/s。設球棒與壘球的作用時間 t = 0.002 s，球棒對壘球的平均作用力是多大
解 沿壘球飛向球棒時的方向建立坐標軸，壘球的初動量為p=mv=0.18×25kg.m/s=4.5kg.m/s
壘球的末動量為
由動量定理知壘球所受的平均力為
壘球所受的平均作用力的大小為6300N，符號表示力的方向與坐標軸的方向相反，即力的方向與壘球飛來的方向相反。
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第一章 動量守恒定律
1、確定研究對象：一般為單個物體；
4、選定正方向，確定在物理過程中研究對象的動量的變化；
5、根據動量定理列方程，統一單位后代入數據求解。
2、明確物理過程：受力分析，求出合外力的沖量；
3、明確研究對象的初末狀態及相應的動量；
總結：動量定理的應用步驟
動量定理與動能定理
分析.
高中物理選擇性必修第一冊
I= p – p
力在一個過程中對物體做的功，等于物體在這個過程中動能的變化。這就是動能定理。
W合＝Ek2－Ek1
在一個過程中對所受力的沖量，等于物體在這個過程中始、末動量變化量，這個關系叫作動量定理。
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第一章 動量守恒定律
本課小結
（1）物理觀念：沖量的概念．
（2）科學思維：用動量定理解釋緩沖、碰撞等有關現象．
（3）科學方法：用F t圖像與t軸所圍的面積求沖量.
I=Ft
1.沖量：力與力的作用時間的乘積，叫做力的沖量。
2.沖量的計算
3.物體在一個過程中所受力的沖量等于它在這個過程始末的動量變化量。
4.動量定理的表達式：
5.學科素養：
或
課堂小結
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第一章 動量守恒定律
當堂檢測
1.關于力的沖量，下列說法正確的是（ 　）
A.力越大，力的沖量就越大
B.作用在物體上的力大，力的沖量不一定大
C.靜置于地面的物體受水平推力F的作用，經時間t物體仍靜止，則此推力的沖量為零
D.F1與作用時間t1的乘積F1t1在數值上等于F2與作用時間t2的乘積F2t2，則這兩個沖量相同
解析：A錯，B對：由沖量定義式 可知，力越大，力的沖量不一定越大，還與時間有關。
C錯：靜置于地面的物體受水平推力F的作用，經時間t物體仍靜止，則此推力的沖量為Ft。
D錯：沖量是矢量，大小相等，若方向不同，則這兩個沖量不相同。
B
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第一章 動量守恒定律
2.［多選］一粒鋼珠從靜止狀態開始自由下落，然后陷入泥潭中。若把其在空中下落的過程稱為過程Ⅰ，從進入泥潭到停止的過程稱為過程Ⅱ，則　（ 　）
A.過程Ⅰ中鋼珠的動量的改變量等于重力的沖量
B.過程Ⅱ中阻力的沖量大小等于過程Ⅰ中重力的沖量的大小
C.整個過程中合外力的總沖量等于零
D.過程Ⅱ中鋼珠的動量的改變量等于零
AC
當堂檢測
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第一章 動量守恒定律
3.［多選］用高壓水槍噴出的強力水柱沖擊右側的煤層。設水柱直徑為D，水流速度為v，方向水平，水柱垂直煤層表面，水柱沖擊煤層后水的速度為零。高壓水槍的質量為M，手持高壓水槍操作，進入水槍的水流速度可忽略不計，已知水的密度為 ρ，下列說法正確的（　　）
BC
當堂檢測
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第一章 動量守恒定律
課后作業
課后作業
課后作業
課后作業
6
對“連續”質點系發生持續作用時,物體動量(或其他量)連續發生變化。這類問題的處理思路是:
1.正確選取研究對象,即選取很短時間Δt內動量(或其他量)發生變化的那部分物體作為研究對象
2.建立如下的“柱狀”模型:在時間Δt內所選取的研究對象均分布在以S為截面積、長為vΔt的柱體內,這部分質點的質量為Δm=ρSvΔt,以這部分質點為研究對象;
3.研究它在Δt時間內動量(或其他量)的變化情況根據動量定理,流體微元所受的合外力的沖量等于該流體微元動量的增量,即FΔt=ΔmΔv求解。
拓展、流體模型
1.基本方法：用動量定理解決流體問題，一般采用微元法：即取一個很短時間Δt，對Δt內流出液體Δm用動量定理。
2.解題的關鍵：
（1）確定Δm與Δt、液體的速度、密度等的關系。
（2）確定Δm作用前后速度的變化。
（3）Δt趨近零時，Δm很小，所受的重力均不計。
3.特點：⑴對水槍噴射問題，當空中水柱穩定后，空中水的體積不變，任何時間內從槍
口射出的水等于射向墻壁或物體的水。
⑵若水柱不散開，水柱的橫截面積與水的速度成反比。
拓展、流體模型
【典例】某游樂園入口旁有一鯨魚噴泉,在水泵作用下會從鯨魚模型背部噴出豎直向上的水柱,將站在沖浪板上的玩偶模型托起,懸停在空中,伴隨著音樂旋律,玩偶模型能夠上下運動,如圖所示。這一景觀可做如下簡化,假設水柱從橫截面積為S的噴口持續以速度v0豎直向上噴出,設同一高度水柱橫截面上各處水的速率都相同,沖浪板底部為平板且其面積大于水柱的橫截面積,保證所有水都能噴到沖浪板的底部。水柱沖擊沖浪板前其水平方向的速度可忽略不計,沖擊沖浪板后,水在豎直方向的速度立即變為零,在水平方向朝四周均勻散開。已知玩偶模型和沖浪板的總質量為M,水的密度為ρ,重力加速度大小為g,空氣阻力及水的粘滯阻力均可忽略不計。
(1)計算噴泉單位時間內噴出的水的質量以及玩偶模型在空中懸
停時水對沖浪板的沖擊力大小;
(2)求玩偶模型在空中懸停時,沖浪板的底面相對于噴口的高度。
典例分析
【解析】(1)玩偶模型和沖浪板處在空中靜止,此時受重力與水向上的沖擊力,
由二力平衡可知,水對沖浪板的沖擊力大小為F=Mg
設Δt時間內,從噴口噴出的水的體積為ΔV,質量為Δm
則Δm=ρΔV,ΔV=v0SΔt
由以上兩式得,單位時間內從噴口噴出的水的質量為 =ρv0S
(2)設沖浪板懸停時其底面相對于噴口的高度為h,水從噴口噴出后到達沖浪
板底面時的速度大小為v1
典例分析
在h高度處,Δt時間內噴射到沖浪板底面的水沿豎直方向的動量變化量的大
小為Δp=(Δm)v1
根據動量定理有F·Δt=Δp
(質量為Δm的水所受重力的沖量IG=ΔmgΔt=ρv0SgΔt2,IG相比IF=F·Δt可忽略)
聯立以上各式得h= -
對于Δt時間內噴出的水,由機械能守恒定律得
(Δm) +(Δm)gh = (Δm)
典例分析

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