动量定理及应用shangkppt课件.ppt
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1、同样质量的竹箭同样质量的竹箭, ,一支用弓射出一支用弓射出, ,而另一支而另一支用手掷用手掷, ,哪一支穿透本领大哪一支穿透本领大? ? 思考思考: :一个物体对另一个物体的作用本一个物体对另一个物体的作用本领与哪些物理量有关领与哪些物理量有关? ?质量相同质量相同速度不同速度不同一个物体对另一个物体的作用本领与物体一个物体对另一个物体的作用本领与物体的的速度速度有关。有关。足球场上一个足球迎头飞过来,你的第一足球场上一个足球迎头飞过来,你的第一个反应是什么?那么如果以相同速度飞过个反应是什么?那么如果以相同速度飞过来一个来一个铅球呢?铅球呢?速度相同速度相同质量不同质量不同一个物体对另一个物
2、体的作用本领与物体一个物体对另一个物体的作用本领与物体的的质量质量有关。有关。结论结论: 一个物体对另一个物体的作用本领不一个物体对另一个物体的作用本领不仅与物体的仅与物体的质量质量有关还和物体的有关还和物体的速度速度有关。有关。一、动量一、动量1 1、概念:、概念:在物理学中,物体的在物理学中,物体的质量质量m m和和速度速度v v的乘积叫做的乘积叫做动量动量用用P P表示。表示。2 2、定义式:、定义式:p= m vp= m v3 3、单位:、单位:千克米每秒,符号是千克米每秒,符号是kg m/skg m/s4 4、对动量的理解:、对动量的理解:(2 2)瞬时性)瞬时性(1 1)矢量性)矢
3、量性(3 3)相对性)相对性物体的动量与物体的动量与参照物参照物的选择有关的选择有关, ,常常以地球为参考系以地球为参考系mpmvEK22122kmEp2讨论一下动量讨论一下动量P=mV P=mV 和动能和动能 的关系的关系1. 1.动量和动能都是描述物体运动过程中某一时刻的状态动量和动能都是描述物体运动过程中某一时刻的状态3.3.动量是矢量,动能是标量动量是矢量,动能是标量 动量发生变化时,动能不一定发生变化,动量发生变化时,动能不一定发生变化, 动能发生变化时,动量一定发生变化动能发生变化时,动量一定发生变化2.2.定量关系定量关系动量发生动量发生变化变化速度大小改变方向不变速度大小不变方
4、向改变速度大小和方向都改变动能改变动能改变动能改变动能改变动能不变动能不变221mvEK试讨论以下几种运动的动量与动能的变化试讨论以下几种运动的动量与动能的变化情况。情况。物体做匀速直线运动物体做匀速直线运动物体做自由落体运动物体做自由落体运动物体做平抛运动物体做平抛运动物体做匀速圆周运动物体做匀速圆周运动动量大小、方向均不变,动能也不变动量大小、方向均不变,动能也不变动量与动能大小随时间推移而增大动量与动能大小随时间推移而增大动量与动能大小随时间推移而增大动量与动能大小随时间推移而增大动量方向时刻改变,大小不变,动能不变动量方向时刻改变,大小不变,动能不变例例1、一个质量是、一个质量是0.1
5、kg的钢球,以的钢球,以6m/s的速度水平的速度水平向右运动,碰到一个坚硬物后被弹回向右运动,碰到一个坚硬物后被弹回,沿着同一直沿着同一直线以线以6m/s的速度水平向左运动(如图),碰撞前后的速度水平向左运动(如图),碰撞前后钢球的动量各是多少?碰撞前后钢球的动量变化了钢球的动量各是多少?碰撞前后钢球的动量变化了多少?多少?mv该式子是矢量式该式子是矢量式,初末动量共线时初末动量共线时,先规定一个正方,先规定一个正方向,向,(一般以初动量为正方向)与正方向相同带正数,与一般以初动量为正方向)与正方向相同带正数,与正方向相反带负数。正方向相反带负数。 0表示与正方向相同,表示与正方向相同, 0表
6、示与正方向相反表示与正方向相反说明:说明:动量的变化动量的变化的方向与的方向与v的方向相同的方向相同.例例2、一质量为、一质量为0.5kg的木块以的木块以10m/s速度沿倾角为速度沿倾角为300的光的光滑斜面向上滑动(设斜面足够长)滑斜面向上滑动(设斜面足够长), 求木块在求木块在1s末的动量末的动量 和和3s内的动量变化量的大小?(内的动量变化量的大小?(g=10m/s2)v0300解析:设斜向上的速度为正解析:设斜向上的速度为正1.初动量初动量P0=mV0=5Kg.m/s2.加速度加速度a=gsin300=5m/s2.斜向下。斜向下。1s末的速度末的速度V1=V0-at1=5m/s。 动量
7、动量P1=mV1=2.5Kg.m/s动量变化量动量变化量P1=P1-P0=-2.5Kg.m/s。 大小为大小为2.5 kg m/s3)3s末的速度末的速度V2=V0-at2=-5m/s, 动量动量P2=mV2=-2.5Kg.m/s动量变化量动量变化量P2=P2-P0=-7.5Kg.m/s,大小为,大小为7.5 kg m/s求解方法求解方法在同一条直线上运动,先取正方向,把矢量运算转化为代数在同一条直线上运动,先取正方向,把矢量运算转化为代数运算,连同正负号一起代入。运算,连同正负号一起代入。不在同一条直线上运动,运用平行四边形定则(矢量运算法则)不在同一条直线上运动,运用平行四边形定则(矢量运
8、算法则)P=P2-P1。 P2=P+P1。 P2合矢量、为平行四边形的合矢量、为平行四边形的对角线,对角线, P、P1平行四边形的两个邻边平行四边形的两个邻边PP=mVP/=mV/ 动量与牛顿第二定律的联系动量与牛顿第二定律的联系想一想想一想 算一算算一算 假设质量为假设质量为 的一颗子弹射入墙那一刻的速的一颗子弹射入墙那一刻的速度为度为 ,射出的速度为,射出的速度为 ,所用时间为,所用时间为 ,墙,墙对子弹的作用力为一恒力对子弹的作用力为一恒力 ,那么,那么 等于多少?等于多少?ovtvtFFm 解答解答: : 加速度加速度 根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 转换为转换为 mFmFa合tvv
9、aotmFtvvottmvmvFototmvmvtFW= FSI=Ft(2).力作用一段时间可能不做功,但一定有冲量。力作用一段时间可能不做功,但一定有冲量。2.如图,质量为如图,质量为m的物体放在摩擦因数为的物体放在摩擦因数为的的水平面上水平面上原先静止,现在恒力原先静止,现在恒力F1的作用下运的作用下运动了动了t1、再经、再经t2停止。求物体受停止。求物体受F1、f的冲量及的冲量及这全过程的合冲量。这全过程的合冲量。F13.质量为质量为m=2kg的物体,自倾角为的物体,自倾角为 =370固定的固定的光光滑斜面的顶端静止滑下,已知斜面的长度为滑斜面的顶端静止滑下,已知斜面的长度为s=12m,
10、g=10m/s2,物体由斜面的顶端下滑到底端的物体由斜面的顶端下滑到底端的过程中过程中.求求:(1) 重力的冲量和重力做的功重力的冲量和重力做的功 (2) 支持力的冲量和支持力做的功支持力的冲量和支持力做的功 (3) 合力的冲量和合力做的功合力的冲量和合力做的功5.合冲量的计算合冲量的计算I合合=I1+I2+I3+.+In= F合合t(各力作用时间相同)(各力作用时间相同)I合合=I1+I2+I3+.+In = F1t1+F2t2+F3t3+.Fntn (各力作(各力作用时间不相同)用时间不相同)-注意选取正方向注意选取正方向n动量和冲量之间有什么动量和冲量之间有什么联系呢联系呢 动量与牛顿第
11、二定律的联系动量与牛顿第二定律的联系想一想想一想 算一算算一算 假设质量为假设质量为 的一颗子弹射入墙那一刻的速的一颗子弹射入墙那一刻的速度为度为 ,射出的速度为,射出的速度为 ,所用时间为,所用时间为 ,墙,墙对子弹的作用力为一恒力对子弹的作用力为一恒力 ,那么,那么 等于多少?等于多少?ovtvtFFm 解答解答: : 加速度加速度 根据牛顿第二定律根据牛顿第二定律 转换为转换为 mFa合tvvaotmFtvvot合tmvmvFot合otmvmvtF合这个表达式中,各个物理量分别是什么?这个表达式中,各个物理量分别是什么?otmvmvtF合 等号左边表示等号左边表示合冲量合冲量,等等号右边
12、是物体号右边是物体动量动量的变化量的变化量。 动量定理动量定理:物体所受的物体所受的合冲量等于物体的动合冲量等于物体的动量的变化量的变化,这个结论叫,这个结论叫做动量定理做动量定理。otmvmvI合表达式为表达式为:动量定理中的动量定理中的I合合指的是指的是合冲量合冲量。说明:说明:动量定理是一个矢量式。动量定理是一个矢量式。计算时先规定正方向计算时先规定正方向(一般以初动量的方向为正方向)(一般以初动量的方向为正方向)动量定理适用于恒力,也适用于变力。若动量定理适用于恒力,也适用于变力。若F为变力为变力则用该式子求出的该时间内变力的平均值则用该式子求出的该时间内变力的平均值 I合合与初动量与
13、初动量P1,末动量,末动量P2的方向应对应的方向应对应 式中速度、式中速度、t t必须对同一参考系而言。必须对同一参考系而言。实际的合实际的合I与初动量末动量不共线时与初动量末动量不共线时Ix合合=mVx2-mVx1 Iy合合=mVy2-mVy1 鸡蛋从一定高度落到地板上,鸡蛋从一定高度落到地板上,肯定会被打破,现在,在地板肯定会被打破,现在,在地板上放一块泡沫塑料垫,让鸡蛋上放一块泡沫塑料垫,让鸡蛋落到泡沫塑料上,会看到什么落到泡沫塑料上,会看到什么现象?你能解释这种现象吗?现象?你能解释这种现象吗?上述体育项目中的上述体育项目中的海绵垫、沙子、接海绵垫、沙子、接球时手的回收球时手的回收都有
14、些什么共同的都有些什么共同的物理原理呢?物理原理呢?假设鸟的体长为假设鸟的体长为20cm,即,即0.2m,飞机以飞机以500m/s的速度将其撞扁,的速度将其撞扁,则用时为则用时为t=X/V= 0.2/500=4x10-4s。由动量定理可得,由动量定理可得,冲击力为:冲击力为:F= MV/t=1500/410-4N=1.256N。P=F/S=1.25 108Pa解:以小球为研究对象,从开始下解:以小球为研究对象,从开始下落到反跳到最高点的全过程动量变落到反跳到最高点的全过程动量变化为零,根据下降、上升高度可知化为零,根据下降、上升高度可知其中下落、上升分别用时其中下落、上升分别用时t t1 1=
15、0.3s=0.3s和和t t2 2=0.2s=0.2s,因此与地面作用的时间必,因此与地面作用的时间必为为t t3 3=0.1s=0.1s。由动量定理得:。由动量定理得:mgt-mgt-FtFt3 3=0 =0 ,F=60NF=60N例例1 1: 质量为质量为m=1kgm=1kg的小球由高的小球由高h h1 1=0.45m=0.45m处自由下落,处自由下落,落到水平地面后,反跳的最大高度为落到水平地面后,反跳的最大高度为h h2 2=0.2m=0.2m,从小球,从小球下落到反跳到最高点经历的时间为下落到反跳到最高点经历的时间为tt=0.6s=0.6s,取,取g=10m/sg=10m/s2 2。
16、求:小球撞击地面过程中,球对地面的平。求:小球撞击地面过程中,球对地面的平均压力的大小均压力的大小F F。运用动量定理求平均作用力运用动量定理求平均作用力2 2、质量为质量为m的小球,从沙坑上方自由下落,经过的小球,从沙坑上方自由下落,经过时间时间t1到达沙坑表面,又经过时间到达沙坑表面,又经过时间t2停在沙坑里。停在沙坑里。求:求:沙对小球的平均阻力沙对小球的平均阻力F;小球在沙坑里下落过程所受的总冲量小球在沙坑里下落过程所受的总冲量I。解:设刚开始下落的位置为解:设刚开始下落的位置为A,刚好接触沙的位,刚好接触沙的位置为置为B,在沙中到达的最低点为,在沙中到达的最低点为C。在下落的全过程对
17、小球用动量定理:重力作用在下落的全过程对小球用动量定理:重力作用时间为时间为t1+t2,而阻力作用时间仅为,而阻力作用时间仅为t2,以竖直向,以竖直向下为正方向,有:下为正方向,有:mg(t1+t2)-Ft2=0, 解得:解得:ABC221tttmgF(2)mgt1-I=0,I=mgt1运用动量定理求平均作用力运用动量定理求平均作用力ht1t2mgmgF一。全过程一。全过程解:初末动量都为解:初末动量都为0,在空中时间,在空中时间t1=2h/g=0.4s设向下为正方向设向下为正方向mgt1+mgt2-Ft2=0-0, 所以:所以:Ft2= 0.6Ns,F=3N二。分段求解二。分段求解解:着垫速
18、度解:着垫速度V= 2gh=4m/s.设向下为正方向。设向下为正方向。着垫后:着垫后:mgt2-Ft2=0-mv Ft2=0.6Ns F=3N例例.一个一个m=0.1Kg的小球,从的小球,从h=0.8m高处下落到一厚垫子上,若小高处下落到一厚垫子上,若小球从接触软垫到陷至最低点经历球从接触软垫到陷至最低点经历0.2s,则这段时间内软垫对小球的,则这段时间内软垫对小球的冲量和平均作用力?(冲量和平均作用力?(g=10/不计空气阻力)不计空气阻力) 1.颗人造地球卫星的质量为颗人造地球卫星的质量为m,该卫星在半径,该卫星在半径为为R圆形轨道上绕地球作匀速圆周运动,其周圆形轨道上绕地球作匀速圆周运动
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