语文高三一轮复习系列《一轮复习讲义》37第6章 第1讲 动量定理及应用.pptx
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1、第六章动量动量守恒定律第1讲动量定理及应用NEIRONGSUOYIN内容索引过好双基关研透命题点课时作业回扣基础知识 训练基础题目细研考纲和真题 分析突破命题点限时训练 练规范 练速度过好双基关一、动量、动量变化、冲量1.动量(1)定义:物体的 与 的乘积.(2)表达式:p .(3)方向:动量的方向与 的方向相同.2.动量的变化(1)因为动量是矢量,动量的变化量p也是 ,其方向与速度的改变量v的方向 .(2)动量的变化量p的大小,一般用末动量p减去初动量p进行计算,也称为动量的增量.即p .质量速度mv速度矢量相同pp3.冲量(1)定义: 与 的乘积叫做力的冲量.(2)公式: .(3)单位:
2、.(4)方向:冲量是 ,其方向 .力力的作用时间IFtNs矢量与力的方向相同自测1(2018全国卷14)高铁列车在启动阶段的运动可看作初速度为零的匀加速直线运动.在启动阶段,列车的动能A.与它所经历的时间成正比B.与它的位移成正比C.与它的速度成正比D.与它的动量成正比二、动量定理1.内容:物体在一个运动过程始末的 等于它在这个过程中所受 的冲量.2.公式: 或 .3.动量定理的理解(1)动量定理反映了力的冲量与 之间的因果关系,即外力的冲量是原因,物体的 是结果.(2)动量定理中的冲量是 的冲量,而不是某一个力的冲量,它可以是合力的冲量,可以是各力冲量的矢量和,也可以是外力在不同阶段冲量的矢
3、量和.(3)动量定理表达式是 式,等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义.动量变化量合力mvmvF(tt)ppI动量变化量动量变化量合力矢量自测2(2018全国卷15)高空坠物极易对行人造成伤害.若一个50 g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下,与地面的碰撞时间约为2 ms,则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为A.10 N B.102 N C.103 N D.104 N解析设每层楼高约为3 m,则下落高度约为h325 m75 m研透命题点1.对动量的理解(1)动量的两性瞬时性:动量是描述物体运动状态的物理量,是针对某一时刻或位置而言的.相对性:动量的大小与参考系的选取有关,通常情况是指相对地面的动量.命
4、题点一对动量和冲量的理解(2)动量与动能的比较 动量动能物理意义描述机械运动状态的物理量定义式pmv标矢性矢量标量变化因素物体所受冲量外力所做的功大小关系对于给定的物体,若动能发生了变化,动量一定也发生了变化;而动量发生变化,动能不一定发生变化.它们都是相对量,均与参考系的选取有关,高中阶段通常选取地面为参考系2.对冲量的理解(1)冲量的两性时间性:冲量不仅由力决定,还由力的作用时间决定,恒力的冲量等于该力与该力的作用时间的乘积.矢量性:对于方向恒定的力来说,冲量的方向与力的方向一致;对于作用时间内方向变化的力来说,冲量的方向与相应时间内物体动量改变量的方向一致.(2)作用力和反作用力的冲量:
5、一定等大、反向,但作用力和反作用力做的功之间并无必然联系.(3)冲量与功的比较 冲量功定义作用在物体上的力和力的作用时间的乘积作用在物体上的力和物体在力的方向上的位移的乘积单位NsJ公式IFt(F为恒力)WFlcos (F为恒力)标矢性矢量标量意义表示力对时间的累积是动量变化的量度表示力对空间的累积是能量变化多少的量度都是过程量,都与力的作用过程相互联系例1(2018广西南宁市3月适应测试)跳水运动员在跳台上由静止直立落下,落入水中后在水中减速运动到速度为零时并未到达池底,不计空气阻力,则关于运动员从静止落下到水中向下运动到速度为零的过程中,下列说法不正确的是A.运动员在空中动量的变化量等于重
6、力的冲量B.运动员整个向下运动过程中合外力的冲量为零C.运动员在水中动量的变化量等于水的作用力的冲量D.运动员整个运动过程中重力冲量与水的作用力的冲量等大反向解析根据动量定理可知,运动员在空中动量的变化量等于重力的冲量,A项正确;运动员整个向下运动过程中,初速度为零,末速度为零,因此合外力的冲量为零,B项正确;运动员在水中动量的变化量等于重力和水的作用力的合力的冲量,C项错误;由于整个过程合外力的冲量为零,因此运动员整个过程中重力冲量与水的作用力的冲量等大反向,D项正确.变式1(2018河北省唐山市上学期期末)1998年6月18日,清华大学对富康轿车成功地进行了中国轿车史上的第一次碰撞安全性实
7、验,成功“中华第一撞”,从此,我国汽车整体安全性碰撞实验开始与国际接轨,在碰撞过程中,关于安全气囊的保护作用认识正确的是A.安全气囊的作用减小了驾驶员的动量变化B.安全气囊减小了驾驶员受到撞击力的冲量C.安全气囊主要是减小了驾驶员的动量变化率D.安全气囊延长了撞击力的作用时间,从而使得动量变化更大解析在碰撞过程中,驾驶员的动量的变化量是一定的,而用安全气囊后增加了作用的时间,根据动量定理Ftp可知,安全气囊减小了驾驶员受到的撞击力,即安全气囊减小了驾驶员的动量变化率.例2(2019甘肃省庆阳市调研)如图1所示,竖直面内有一个固定圆环,MN是它在竖直方向上的直径.两根光滑滑轨MP、QN的端点都在
8、圆周上,MPQN.将两个完全相同的小滑块a、b分别从M、Q点无初速度释放,在它们各自沿MP、QN运动到圆周上的过程中,下列说法中正确的是A.合力对两滑块的冲量大小相同B.重力对a滑块的冲量较大C.弹力对a滑块的冲量较小D.两滑块的动量变化大小相同图1解析这是“等时圆”,即两滑块同时到达滑轨底端.合力Fmgsin (为滑轨倾角),FaFb,因此合力对a滑块的冲量较大,a滑块的动量变化也大;重力的冲量大小、方向都相同;弹力FNmgcos ,FNaFNb,因此弹力对a滑块的冲量较小.选C.变式2(多选)如图2所示,一个物体在与水平方向成角的拉力F的作用下匀速前进了时间t,则A.拉力对物体的冲量大小为
9、FtB.拉力对物体的冲量大小为Ftsin C.摩擦力对物体的冲量大小为Ftsin D.合外力对物体的冲量大小为零图2解析拉力F对物体的冲量大小为Ft,故A项正确,B项错误;物体受到的摩擦力FfFcos ,所以,摩擦力对物体的冲量大小为FftFtcos ,故C项错误;物体匀速运动,则合外力为零,所以合外力对物体的冲量大小为零,故D项正确.命题点二动量定理的基本应用1.动量定理的理解(1)中学物理中,动量定理研究的对象通常是单个物体.(2)Ftpp是矢量式,两边不仅大小相等,而且方向相同.式中Ft是物体所受的合外力的冲量.(3)Ftpp除表明两边大小、方向的关系外,还说明了两边的因果关系,即合外力
10、的冲量是动量变化的原因.(4)由Ftpp,得F ,即物体所受的合外力等于物体的动量对时间的变化率.2.用动量定理解题的基本思路(1)确定研究对象.在中学阶段用动量定理讨论的问题,其研究对象一般仅限于单个物体.(2)对物体进行受力分析.可先求每个力的冲量,再求各力冲量的矢量和合力的冲量;或先求合力,再求其冲量.(3)抓住过程的初、末状态,选好正方向,确定各动量和冲量的正负号.(4)根据动量定理列方程,如有必要还需要补充其他方程,最后代入数据求解.例3(2018福建省三明市上学期期末)用豆粒模拟气体分子,可以模拟气体压强产生的原理.如图3所示,从距秤盘80 cm高处把1 000粒的豆粒连续均匀地倒
11、在秤盘上,持续作用时间为1 s,豆粒弹起时竖直方向的速度大小变为碰前的一半,方向相反.若每个豆粒只与秤盘碰撞一次,且碰撞时间极短(在豆粒与秤盘碰撞极短时间内,碰撞力远大于豆粒受到的重力),已知1 000粒的豆粒的总质量为100 g.则在碰撞过程中秤盘受到的压力大小约为A.0.2 N B.0.6 NC.1.0 N D.1.6 N图3解析豆粒从80 cm高处下落到秤盘上时的速度为v1,v122gh,设竖直向上为正方向,根据动量定理:Ftmv2mv1故B正确,A、C、D错误.变式3(多选)(2018陕西省安康市第二次联考)一质量为m60 kg的运动员从下蹲状态竖直向上跳起,经t0.2 s,以大小v1
12、 m/s的速度离开地面,取重力加速度g10 m/s2,在这0.2 s内A.地面对运动员的冲量大小为180 NsB.地面对运动员的冲量大小为60 NsC.地面对运动员做的功为30 JD.地面对运动员做的功为零解析人的速度由原来的零,起跳后变为v,设向上为正方向,由动量定理可得:Imgtmv0,故地面对人的冲量为:Imvmgt601 Ns6000.2 Ns180 Ns,故A正确,B错误;人在跳起时,地面对人的支持力竖直向上,在跳起过程中,在支持力方向上没有位移,所以地面对运动员的支持力不做功,故C错误,D正确.应用动量定理解决多过程问题的方法与动能定理类似,有分段列式和全程列式两种思路.命题点三动
13、量定理在多过程问题中的应用例4一高空作业的工人重为600 N,系一条长为L5 m的安全带,若工人不慎跌落时安全带的缓冲时间t1 s(工人最终静止悬挂在空中),则缓冲过程中安全带受的平均冲力是多少?(g取10 m/s2,忽略空气阻力的影响)答案1 200 N,方向竖直向下解析解法一分段列式法:依题意作图,如图所示,设工人刚要拉紧安全带时的速度为v1,v122gL,得经缓冲时间t1 s后速度变为0,取向下的方向为正方向,对工人由动量定理知,工人受两个力作用,即拉力F和重力mg,将数值代入得F1 200 N.由牛顿第三定律,工人给安全带的平均冲力F为1 200 N,方向竖直向下.大小为Ft.初、末动
14、量都是零,取向下为正方向,由动量定理知由牛顿第三定律知工人给安全带的平均冲力FF1 200 N,方向竖直向下.变式4一个质量为m100 g的小球从离厚软垫h0.8 m高处自由下落,落到厚软垫上,若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了t0.2 s,不计空气阻力,则在这段时间内,软垫对小球的冲量是多少?(取g10 m/s2)答案0.6 Ns,方向竖直向上解析设小球自由下落h0.8 m的时间为t1,由设I为软垫对小球的冲量,并令竖直向下的方向为正方向,则对小球整个运动过程运用动量定理得mg(t1t)I0,得I0.6 Ns.负号表示软垫对小球的冲量方向和规定的正方向相反,方向竖直向上.命题点四应用动量
15、定理处理“流体模型”的冲击力问题1.研究对象常常需要选取流体为研究对象,如水、空气等.2.研究方法隔离出一定形状的一部分流体作为研究对象,然后列式求解.3.基本思路(1)在极短时间t内,取一小柱体作为研究对象.(2)求小柱体的体积VvSt(3)求小柱体质量mVvSt(4)求小柱体的动量变化pvmv2St(5)应用动量定理Ftp例5(2016全国卷35(2)某游乐园入口旁有一喷泉,喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中.为计算方便起见,假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出;玩具底部为平板(面积略大于S);水柱冲击到玩具底板后,在竖直方向水的速度变为零,在水平方向朝四周
16、均匀散开.忽略空气阻力.已知水的密度为,重力加速度大小为g.求:(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量;答案v0S解析在刚喷出一段很短的t时间内,可认为喷出的水柱保持速度v0不变.该时间内,喷出水柱高度lv0t喷出水柱质量mV其中V为水柱体积,满足VlS由可得:喷泉单位时间内喷出的水的质量为(2)玩具在空中悬停时,其底面相对于喷口的高度.解析设玩具底板相对于喷口的高度为h由玩具受力平衡得F冲Mg其中,F冲为水柱对玩具底板的作用力由牛顿第三定律:F压F冲其中,F压为玩具底板对水柱的作用力,设v为水柱到达玩具底面时的速度由运动学公式:v2v022gh在很短t时间内,冲击玩具的水柱的质量为mmv0St由
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