第2节 动量定理.pptx
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1、第2节动量定理第一章安培力与洛伦兹力学习目标要求学习目标要求核心素养和关键能力核心素养和关键能力1.理解冲量的概念,知道冲量是矢量。2.理解动量定理及其表达式。3.会用动量定理解释碰撞、缓冲等生活中的现象。4.能够利用动量定理进行有关计算。1.核心素养核心素养(1)冲量、动量定理的理解。(2)动量定理的推导,用动量定理解释缓冲、碰撞等有关现象。2.关键能力关键能力理论联系实际、应用动量定理解决实际问题的能力。知识点随堂对点自测目录CONTENTS/课后巩固训练/知识点二动量定理及其应用知识点一冲量的理解与计算知识点一冲量的理解与计算知识点一冲量的理解与计算如如图甲甲所所示示,让两两只只鸡蛋蛋从
2、从相相同同高高处自自由由落落下下,分分别落落在在海海绵垫上上和和塑塑料料盘中中,用用力力的的传感感器器记录弹力力随随时间的的变化化关关系系,发现Ft 图线与与坐坐标轴围成成的的图形的面形的面积近似相等。近似相等。(1)这个面个面积表示什么?表示什么?(2)在碰撞在碰撞过程中延程中延长作用作用时间,作用力如何,作用力如何变化?化?提示提示(1)力力对时间的的积累效果。累效果。(2)作用力将作用力将变小。小。定义:定义:力与力的作用时间的_叫作力的冲量,用字母I表示。公式:公式:I_。单位单位:_,符号:_。矢量性:矢量性:方向与力的方向_。物理意义:物理意义:反映了力的作用对时间的_。乘积Ft牛
3、秒Ns相同积累效应1.冲量与功的比较冲量与功的比较冲量冲量功功区别公式IFtWFx标、矢量矢量标量意义力对时间的积累,在Ft图像中可以用图线下的面积表示力对位移的积累,在Fx图像中可以用图线下的面积表示正、负正、负表示与正方向相同或相反 正、负表示动力做功或阻力做功作用效果改变物体的动量改变物体的动能2.冲量的求解方法冲量的求解方法(1)恒力冲量的求解用公式IFt计算,这时冲量的数值等于力的大小与作用时间的乘积,冲量的方向与恒力方向一致。(2)变力冲量的求解利用Ft图像中的“面积”求变力的冲量。面积大小表示冲量的大小,面积的正负表示冲量的方向。某力F随时间t变化的图像(Ft图像)如图所示,则图
4、中阴影部分的面积就表示力在时间tt2t1内的冲量。【例例1】如图所示,在倾角37的固定斜面上有一质量m5 kg的物体沿斜面下滑,物体与斜面间的动摩擦因数0.2,物体下滑2 s的时间内,求:(sin 370.6,cos 370.8,g10 m/s2)(1)物体所受各力的冲量;(2)物体所受合力的冲量。解析解析(1)重力的冲量重力的冲量IGmgt100 Ns,方向,方向竖直向下直向下支持力的冲量支持力的冲量INmgtcos 3780 Ns,方向垂直斜面向上,方向垂直斜面向上摩擦力的冲量摩擦力的冲量Ifmgtcos 3716 Ns,方向沿斜面向上。,方向沿斜面向上。(2)合力的冲量合力的冲量I合合(
5、mgsin 37mgcos 37)t44 Ns,方向沿斜面向下。,方向沿斜面向下。答答案案(1)重力的冲量为100 Ns,方向竖直向下支持力的冲量为80 Ns,方向垂直斜面向上摩擦力的冲量为16 Ns,方向沿斜面向上(2)44 Ns,方向沿斜面向下【训训练练1】(多多选)如图所示,质量为m的物体在一个与水平方向成角的拉力F作用下,一直沿水平面向右匀速运动,重力加速度为g。关于物体在时间t内所受力的冲量,下列说法正确的是()A.重力的冲量大小为mgtB.物体所受合力的冲量为0C.拉力F的冲量大小为Ftcos D.摩擦力的冲量大小为Ftsin AB解析解析由冲量的定由冲量的定义可知重力的冲量大小可
6、知重力的冲量大小IGmgt,A正确;物体做匀速直正确;物体做匀速直线运运动,故合力,故合力为0,则合力的冲量合力的冲量为0,B正确;拉力正确;拉力F的冲量大小的冲量大小IFFt,C错误;由平衡条件可得摩擦力的大小;由平衡条件可得摩擦力的大小FfFcos,则摩擦力的冲量大小摩擦力的冲量大小为IfFftFtcos,D错误。知识点二动量定理及其应用(1)在在日日常常生生活活中中,有有不不少少这样的的例例子子:跳跳高高时在在下下落落处要要放放厚厚厚厚的的海海绵垫子子,跳跳远时要落在沙坑中,要落在沙坑中,这样做的目的是什么?做的目的是什么?提示提示这样做可以延做可以延长作用的作用的时间,以减小地面,以减
7、小地面对人的冲人的冲击力。力。(2)如如图所所示示,一一个个质量量为m的的物物体体在在光光滑滑的的水水平平面面上上受受到到恒恒力力F的的作作用用,经过时间t,物物体体的的速速度度从从v变为v,应用用牛牛顿第第二二定定律律和和运运动学学公公式式推推导物物体体动量的改量的改变量量p与恒力与恒力F及作用及作用时间t的关系。的关系。根据牛根据牛顿第二定律第二定律Fma整理得整理得Ftm(vv)mvmv即即Ftppp。内容:内容:物体在一过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的_。公式:公式:Ipp_。动量变化量mvmv1.动量定理反映了合力的冲量是动量变化的原因。2.动量定理的表达式Ftmvmv是矢量
8、式,运用动量定理解题时,要注意规定正方向。3.公式中的F是物体所受的合力,若合力是均匀变化的力,则F应是合力在作用时间内的平均值。4.动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动,也适用于微观物体的高速运动。不论是变力还是恒力,不论几个力作用时间是同时还是不同时,不论物体的运动轨迹是直线还是曲线,动量定理都适用。【例例2】篮球比赛时运动员通常伸出双手迎接传来的篮球,接球时,两手随球迅速收缩至胸前,这样做可以()A.减小球对手的冲量B.减小球对手的冲击力C.减小球的动量变化量D.减小球的动能变化量用动量定理定性分析实际问题用动量定理定性分析实际问题B应用动量定理定性分析有关现象的方法应用动量定理定性分析
9、有关现象的方法(1)物物体体的的动量量变化化量量一一定定时,力力的的作作用用时间越越短短,力力就就越越大大;力力的的作作用用时间越越长,力就越小。,力就越小。(2)作作用用力力一一定定时,力力的的作作用用时间越越长,动量量变化化量量越越大大;力力的的作作用用时间越越短短,动量量变化量越小。化量越小。【训训练练2】(2020全国卷,14)行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过程中的作用,下列说法正确的是()A.增加了司机单位面积的受力大小B.减少了碰撞前后司机动量的变化量C.将司机的动能全部转换成汽车的动能D
10、.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积D解解析析行行驶中中的的汽汽车如如果果发生生剧烈烈碰碰撞撞,车内内安安全全气气囊囊被被弹出出并并瞬瞬间充充满气气体体,增增大大了了司司机机的的受受力力面面积,减减少少了了司司机机单位位面面积的的受受力力大大小小,延延长了了司司机机的的受受力力时间,A项错误,D项正正确确;碰碰撞撞前前司司机机的的动量量等等于于其其质量量与与速速度度的的乘乘积,碰碰撞撞后后司司机机的的动量量为零零,所所以以安安全全气气囊囊不不能能减减少少碰碰撞撞前前后后司司机机动量量的的变化化量量,B项错误;司司机机与与气气囊囊的的碰碰撞撞有有能能量量损失失,司司机机的的动能能未未完完
11、全全转换成成汽汽车的的动能,能,C项错误。1.动量定理Ipp中,合力的冲量与动量变化量p大小相等,方向相同,常用于(1)应用Ip求变力的冲量。(2)应用pFt求恒力作用下曲线运动中物体动量的变化。(3)应用动量定理可以计算某一过程中的平均作用力,通常用于计算持续作用的变力的平均大小。利用动量定理定量计算利用动量定理定量计算2.应用动量定理计算的一般步骤应用动量定理计算的一般步骤【例例3】(2022河河南南郑郑州州期期中中)如图所示为一强夯机,其夯锤质量为1.2104 kg,夯锤最大提升高度为20 m,在一次夯实地面的过程中,夯锤从最大提升高度处开始做自由落体运动,与地面的作用时间是0.01 s
12、,则:(g取10 m/s2)(1)若不考虑夯锤所受重力,在夯锤与地面作用的时间内,地面受到夯锤的平均作用力是多少?(2)若考虑夯锤所受重力,在夯锤与地面作用的时间内,地面受到夯锤的平均作用力是多少?设在在夯夯锤与与地地面面作作用用的的时间内内,地地面面对夯夯锤的的平平均均作作用用力力大大小小为F,取取竖直直向向上上为正方向。正方向。解得解得F2.4107 N由由牛牛顿第第三三定定律律可可知知,地地面面受受到到夯夯锤的的平平均均作作用用力力大大小小FF2.4107 N,方方向向竖直向下。直向下。解得解得F2.412107 N 由由牛牛顿第第三三定定律律可可知知,地地面面受受到到夯夯锤的的平平均均
13、作作用用力力大大小小FF2.412107 N,方向方向竖直向下。直向下。答案答案(1)2.4107 N,方向竖直向下 (2)2.412107 N,方向竖直向下用动量定理进行定量计算时的注意事项用动量定理进行定量计算时的注意事项(1)列方程前首先要列方程前首先要选取正方向。取正方向。(2)分析速度分析速度时一定要一定要选取同一参考系,一般是取同一参考系,一般是选地面地面为参考系。参考系。(3)公公式式中中的的冲冲量量应是是合合力力的的冲冲量量,求求动量量的的变化化量量时要要严格格按按公公式式,且且要要注注意意动量的量的变化量是末化量是末动量减去初量减去初动量。量。【训训练练3】(2018全国卷,
14、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解析解析根据自由落体运根据自由落体运动规律和律和动量定理有量定理有v22gh(h为25层楼的高度楼的高度,约70 m)和和Ftmv,代入数据解得,代入数据解得F1103 N,所以,所以C正确。正确。C1.(冲量的理解冲量的理解)(多多选)关于动量、冲量以及动量变化的说法正确的是()BCDA.一个做曲线运动的物体,其动量的大小和方向变化,而在相等时间内物体受到的合外力的冲量不可能始终相等B.一个做
15、曲线运动的物体,其动量的大小始终不变,而在相等时间内合外力的冲量大小可能总相等C.一个物体合外力冲量为零时,虽然其动量不变,但是物体所受到的每个力的冲量可能一直增大D.一个运动物体,其动量越来越大,而其加速度可能越来越小解解析析物物体体做做曲曲线运运动,速速度度方方向向一一定定改改变,速速度度大大小小可可能能改改变,在在相相等等时间内内物物体体受受到到的的合合外外力力的的冲冲量量可可能能始始终相相等等,如如平平抛抛运运动,故故A错误;一一个个做做曲曲线运运动的的物物体体,其其动量量的的大大小小始始终不不变,如如果果受受到到合合外外力力的的大大小小不不变,则相相等等时间内内合合外外力力的的冲冲量
16、量大大小小总相相等等,如如匀匀速速圆周周运运动,故故B正正确确;物物体体合合外外力力冲冲量量为零零时,根根据据动量量定定理理,其其动量量不不变,但但是是物物体体所所受受到到的的每每个个力力的的冲冲量量可可能能一一直直增增大大,只只要要保保证合合力力为零零即即可可,故故C正正确确;运运动物物体体,其其动量量越越来来越越大大,说明明速速度度越越来来越越大大,加加速速度度可可能能越越来来越越小小,如如从从高高空空落落下下的的雨雨滴滴,有有收收尾尾速速度度,故故D正确。正确。2.(动动量量定定理理的的理理解解与与应应用用)(多多选)(2022重重庆庆市市渝渝中中区区月月考考)安全气囊是汽车安全保障的重
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