碰撞-动量和动量定理讲课讲稿.ppt
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1、碰撞-动量和动量定理生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象撞车撞车生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象打打桩桩机机打打桩桩生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象飞飞鸟鸟撞撞飞飞机机生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象打打网网球球生活中的各种碰撞现象生活中的各种碰撞现象拳拳击击 如如mA=mB,碰后,碰后A球静止,球静止,B球摆角球摆角=,这说明,这说明A、B两球两球碰后交换了速度;碰后交换了速度;如如mAmB,碰后,碰后A、B两球一起向右摆动;两球一起向右摆动;如如mAmB,碰后,碰后A球反弹、球反弹、B球向右摆动球向右摆动 以上现象说明当以上现象说明当A、B两球的质量关系两球的质
2、量关系发生变化时,速度变化的情况也不同发生变化时,速度变化的情况也不同 两个物体发生碰撞后,两个物体发生碰撞后,速度速度都发生变都发生变化两个物体的化两个物体的质量比例质量比例不同时,它们的不同时,它们的速度变化速度变化也不一样也不一样碰撞过程中的什么物理量保持不变碰撞过程中的什么物理量保持不变?所以我们将探究碰撞过程中的什么物所以我们将探究碰撞过程中的什么物理量保持不变理量保持不变(守恒守恒)我们只研究我们只研究最简单最简单的碰撞的碰撞一维碰撞一维碰撞 两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动撞后仍沿同一直线运动 这种碰撞叫做一维碰撞这种碰撞叫做一
3、维碰撞 在在一维碰撞一维碰撞的情况下与物体运动有关的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度的量只有物体的质量和物体的速度 碰撞前后物体质量不变,但质量并不碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态,不是我们追寻的描述物体的运动状态,不是我们追寻的“不不变量变量”必须在各种碰撞的情况下都不改变必须在各种碰撞的情况下都不改变的量,才是我们追寻的不变量的量,才是我们追寻的不变量 碰撞前后碰撞前后速度速度V的变化和物体的的变化和物体的质量质量m的关系,可以做如下猜测:的关系,可以做如下猜测:1实验必须保证碰撞是一维的实验必须保证碰撞是一维的2用天平测量物体的质量;用天平测量物体的质
4、量;3测量两个物体在碰撞前后的速度测量两个物体在碰撞前后的速度 速度的测量可以充分利用匀速运动、速度的测量可以充分利用匀速运动、平抛运动,并借助于斜槽、气垫导轨、打平抛运动,并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来进行。点计时器和纸带等来进行。、定义定义定义定义:物体的质量和速度的乘积,叫做物体的物体的质量和速度的乘积,叫做物体的动量动量p p,用公式表示为用公式表示为 p=mvp=mv 动量动量(momentummomentum)2 2、单位单位单位单位:在国际单位制中,动量的单位是:在国际单位制中,动量的单位是千克千克千克千克米米米米/秒秒秒秒,符号是,符号是 kgm/skgm/s ;
5、3 3、动量是、动量是矢量矢量矢量矢量:方向由:方向由速度方向速度方向速度方向速度方向决定,动量的决定,动量的方向与方向与该时刻该时刻速度的方向相同;速度的方向相同;4 4、动量是描述物体运动状态的物理量,是、动量是描述物体运动状态的物理量,是状态量状态量状态量状态量;5 5、动量是、动量是相对相对相对相对的,与参考系的选择有关。的,与参考系的选择有关。注意:注意:物体的动量,总是指物体在某一时刻的动物体的动量,总是指物体在某一时刻的动量,即具有瞬时性,故在计算时相应的速度应取量,即具有瞬时性,故在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度这一时刻的瞬时速度动量的变化动量的变化 p p 1 1、某
6、段运动过程(或时间间隔)、某段运动过程(或时间间隔)末状态的动量末状态的动量末状态的动量末状态的动量pp 跟跟初状态的动量初状态的动量初状态的动量初状态的动量p p的矢量差,称为动量的变化的矢量差,称为动量的变化(或动量的(或动量的增量增量增量增量),即),即 2 2、动量变化的三种情况:、动量变化的三种情况:大小变化、方向改变或大小和方向都改变。大小变化、方向改变或大小和方向都改变。大小变化、方向改变或大小和方向都改变。大小变化、方向改变或大小和方向都改变。PPP p=p-p3 3、同一直线上同一直线上同一直线上同一直线上动量变化的运算:动量变化的运算:PPPPPPPPPPPPPPPPPPP
7、PP 不不在在同同一一直直线线上上的的动动量量变变化化的的运算,遵循运算,遵循平行四边形定则平行四边形定则:PPPPPPP也称也称三角形法则三角形法则:从初动量的矢:从初动量的矢量末端指向末动量的矢量末端量末端指向末动量的矢量末端动量的变化动量的变化 p p1 1、一一个个质质量量是是0.10.1kgkg的的钢钢球球,以以6 6m/sm/s的的速速度度水水平平向向右右运运动动,碰碰到到一一块块坚坚硬硬的的障障碍碍物物后后被被弹弹回回,沿沿着着同同一一直直线线以以6 6m/sm/s的的速速度度水水平平向向左左运运动动,碰碰撞撞前前后后钢钢球球的的动动量量有有没没有有变变化化?变变化了多少?方向如
8、何?化了多少?方向如何?规定正方向规定正方向规定正方向规定正方向PPP课堂练习课堂练习2 2、质量为、质量为m m的钢球自高处落下,以速率的钢球自高处落下,以速率v v1 1碰地,竖直向上弹回,与水平地面碰碰地,竖直向上弹回,与水平地面碰撞时间极短,离地时速率为撞时间极短,离地时速率为v v2 2,在碰撞,在碰撞过程中,钢球动量变化为多少?过程中,钢球动量变化为多少?课堂练习课堂练习若速度变化若速度变化,EEEEk k k k可能为零可能为零可能为零可能为零kgmkgm2 2/s/s2 2 (J)标标量量E Ek k=mv=mv2 2/2/2动能动能若速度变化若速度变化,则则pppp一定不为零
9、一定不为零一定不为零一定不为零kgm/skgm/s(NSNS)矢矢量量p=mvp=mv动量动量 动量与动能有什么区别?动量与动能有什么区别?动量与动能间量值关系:动量与动能间量值关系:思考与讨论思考与讨论思考与讨论思考与讨论 在前面所学的动能定理中,我们知在前面所学的动能定理中,我们知道,动能的变化是由于力的位移积累即道,动能的变化是由于力的位移积累即力做功的结果,那么,动量的变化又是力做功的结果,那么,动量的变化又是什么原因引起的呢?什么原因引起的呢?动量的变化与速度的变化有关,动量的变化与速度的变化有关,而速度的变化是因为有加速度,而牛而速度的变化是因为有加速度,而牛顿第二定律告诉我们,加
10、速度是由物顿第二定律告诉我们,加速度是由物体所受的合外力产生的。体所受的合外力产生的。牛顿第二定律推导动量的变化牛顿第二定律推导动量的变化 设置物理情景设置物理情景设置物理情景设置物理情景:质量为:质量为m m的物体,在合力的物体,在合力F F的的作用下,经过一段时间作用下,经过一段时间t t,速度由速度由v v 变为变为vv,如,如是图所示:是图所示:分析:分析:由牛顿第二定律知:由牛顿第二定律知:而加速度定义有:而加速度定义有:变形可得:变形可得:F F=mm a a联立可得:联立可得:=p/t这就是牛顿第二定律的另一种表达形式。这就是牛顿第二定律的另一种表达形式。这就是牛顿第二定律的另一
11、种表达形式。这就是牛顿第二定律的另一种表达形式。表明动量的变化与力的时间积累效果有关。表明动量的变化与力的时间积累效果有关。表明动量的变化与力的时间积累效果有关。表明动量的变化与力的时间积累效果有关。、定义定义:作用在物体上的力和作用时间:作用在物体上的力和作用时间的乘积,叫做该力对这个物体的冲量的乘积,叫做该力对这个物体的冲量I,用用公式表示为公式表示为 I=Ft2 2、单位单位:在国际单位制中,冲量的单位是:在国际单位制中,冲量的单位是牛牛秒秒,符号是,符号是NsNs 冲量冲量(impulseimpulse)3 3、冲量是、冲量是矢量矢量:方向由:方向由力的方向力的方向决定,若决定,若为恒
12、定方向的力,则冲量的方向跟这力的为恒定方向的力,则冲量的方向跟这力的方向相同方向相同4 4、冲量是、冲量是过程量过程量,反映了,反映了力对时间的积累力对时间的积累效应效应力的空间积累力的空间积累使动能发生变化使动能发生变化NmNm(J J)标标量量W=FS功功力的时间积累力的时间积累使动量发生变化使动量发生变化N NS S矢矢量量I=Ft冲量冲量 冲量与功有什么区别?冲量与功有什么区别?1 1、作用力与反作用力作用力与反作用力作用力与反作用力作用力与反作用力:作用力的冲量与反作用力:作用力的冲量与反作用力的冲量总是等值、反向并在同一条直线上,但是的冲量总是等值、反向并在同一条直线上,但是作用力
13、的功与反作用力的功不一定相等。作用力的功与反作用力的功不一定相等。2 2、内力内力内力内力:对物体系统内部,内力作用的冲量的矢:对物体系统内部,内力作用的冲量的矢量和等于零,但内力的功的代数和不一定为零。量和等于零,但内力的功的代数和不一定为零。例:例:例:例:人在船上行走人在船上行走人在船上行走人在船上行走人对船的作用力与船对人的反作人对船的作用力与船对人的反作用力的冲量的矢量和等于零,但是人对船的作用力和船对用力的冲量的矢量和等于零,但是人对船的作用力和船对人的反作用力都做正功,使人和船的动能都增加。人的反作用力都做正功,使人和船的动能都增加。思考与讨论思考与讨论动量定理动量定理(theo
14、rem of momentumtheorem of momentum)1 1、内容内容:物体所受:物体所受合外力合外力的冲量等于物体的冲量等于物体的动量变化,这就是动量定理。的动量变化,这就是动量定理。2 2、表达式:表达式:或或 3 3、加深理解:加深理解:1 1)物理研究方法:)物理研究方法:过程量可通过状态量的变化来反映;过程量可通过状态量的变化来反映;2 2)表明合外力的冲量是动量变化的原因;)表明合外力的冲量是动量变化的原因;3 3)动量定理是)动量定理是矢量式矢量式矢量式矢量式,合外力的,合外力的冲量冲量冲量冲量方向与物方向与物体体动量变化动量变化动量变化动量变化的方向相同:的方向
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