物理动量守恒定律新人教选修.pptx
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1、【知识要点】(一)动量(一)动量(二)冲量(二)冲量(三)动量定理(三)动量定理(四)动量守恒定律(四)动量守恒定律(五)解决碰撞和反冲问题是动量守恒定律的重要应用。(五)解决碰撞和反冲问题是动量守恒定律的重要应用。第1页/共58页(一)动量1.1.一个物体的动量一个物体的动量:运动物体的质量和速度的乘积叫动量运动物体的质量和速度的乘积叫动量.动动量量是是从从动动力力学学的的角角度度描描述述物物体体运运动动状状态态的的物物理理量量,它反映了物体作机械运动时的它反映了物体作机械运动时的“惯性惯性”大小。大小。动量是矢量,其方向与速度的方向相同。动量是矢量,其方向与速度的方向相同。动动量量是是状状
2、态态量量,它它与与某某时时刻刻物物体体的的质质量量和和瞬瞬时时速速度度相相对应。对应。动动量量具具有有相相对对性性,其其速速度度的的大大小小跟跟参参考考系系的的选选择择有有关关,通常都以地面为参考系。通常都以地面为参考系。m第2页/共58页是指该系统内所有各个物体动量的矢量和。2.质点系的动量:第3页/共58页 在一维的情况下,在一维的情况下,P P1 1、P P2 2的方向相同或相的方向相同或相反,这时反,这时P P1 1、P P2 2的方向可以用的方向可以用“+”、“-”号来号来表示。先选定表示。先选定P P1 1或或P P2 2中的某个方向为正方向即坐中的某个方向为正方向即坐标的正方向,
3、则与坐标正方向同向的为正值,反标的正方向,则与坐标正方向同向的为正值,反向的为负值。这样,矢量式就变成了代数式向的为负值。这样,矢量式就变成了代数式 p=Pp=P2 2+P+P1 1 尽尽管管P P1 1、P P2 2的的正正、负负跟跟选选取取的的坐坐标标正正方方向向有有关,但关,但p p的结果跟正方向的选择无关。的结果跟正方向的选择无关。P=pP=p1 1+p+p2 2=2+3=2+3=(kgkgm/sm/s)P=pP=p1 1+p+p2 2=2+(-3)=-1(kg=2+(-3)=-1(kgm/sm/s)在同一直线上求总动量的标量化处理办法-1-2-3第4页/共58页 这是动量变化量的定义
4、式,这是一个矢量关系式。P也是一个矢量。动量的变化量P是一个过程量,它描述在某一过程中,物体动量变化的大小和方向。若物体的质量不变,则 p=mv;若物体的速度不变,而质量发生变化,则 p=vm。是物体(或物体系)末动量与初动量的矢量差.P=p2-p13.动量的增量:P第5页/共58页(二)冲量 1.恒力的冲量:力和力的作用时间的乘积叫作力的冲量 冲量是描述作用在物体上的力在一段时间内的累积效应的物理量。冲量是矢量。恒力的冲量,其方向与该恒力的方向相同。冲量是过程量,跟一段时间间隔相对应。由于力和时间的量度跟参考系的选择无关,所以冲量与参考系的选择无关。第6页/共58页 中学物理不能计算连续变力
5、的冲量,但是要能计算分过程是恒力,总过程是变力,且为一维空间的冲量问题.即使是一个变力,它在一段确定时间内的冲量也具有确定的大小和方向,只是不能直接用公式I=Ft来计算。2.变力的冲量:第7页/共58页 物体所受的冲量是指物体所受合外力的冲量,即物体所受所有外力的冲量的矢量和。I=I1+I23.物体所受的冲量:第8页/共58页 质点系所受的冲量是指该物体系内所有各个物体所受外力的冲量的矢量和。I=I1+I24.质点系所受的冲量:第9页/共58页 在一维的情况下,在一维的情况下,I I1 1、I I2 2的方向相同或相反,这时的方向相同或相反,这时I I1 1、I I2 2的方向可以用的方向可以
6、用“+”、“-”号来表示。先选定号来表示。先选定I I1 1或或I I2 2中的某个方向为正方向即坐标的正方向,则与坐标正方向中的某个方向为正方向即坐标的正方向,则与坐标正方向同向的为正值,反向的为负值。这样,矢量式就变成了代同向的为正值,反向的为负值。这样,矢量式就变成了代数式数式 I=II=I1 1+I+I2 2 尽尽管管I I1 1、I I2 2的的正正、负负跟跟选选取取的的坐坐标标正正方方向向有有关关,但但I I的结果跟正方向的选择无关。的结果跟正方向的选择无关。例例1.I=I1.I=I1 1+I+I2 2=2+3=5(N=2+3=5(Ns)s)例例2.I=I2.I=I1 1+I+I2
7、 2=2+(-3)=-1(N=2+(-3)=-1(Ns)s)在同一直线上求合冲量的标量化处理方法第10页/共58页(三)动量定理:1.1.一个物体的动量定理一个物体的动量定理:物物体体在在一一段段时时间间内内所所受受到到的的合合外外力力的的冲冲量量,等等于于物物体体在这段时间内动量的变化,其表达式为在这段时间内动量的变化,其表达式为 I=p=PI=p=P2 2-P-P1 1。当当物物体体所所受受的的合合外外力力为为恒恒力力F F时时,且且在在作作用用时时间间t t内,物体的质量内,物体的质量m m不变,则动量定理可写成不变,则动量定理可写成 Ft=mv=mvFt=mv=mv2 2-mv-mv1
8、 1 。这是一个矢量式这是一个矢量式,它表达了三个矢量间的关系它表达了三个矢量间的关系.第11页/共58页 在一维的情况下,在一维的情况下,I I、P P1 1、P P2 2的方向相同或相反,的方向相同或相反,这时这时I I、P P1 1、P P2 2的方向可以用的方向可以用“+”、“-”号来表示。号来表示。先选定先选定I I、P P1 1或或P P2 2中的某个方向为正方向即坐标的正方中的某个方向为正方向即坐标的正方向,则与坐标正方向同向的为正值,反向的为负值。这样,向,则与坐标正方向同向的为正值,反向的为负值。这样,矢量式就变成了代数式矢量式就变成了代数式 I=PI=P2 2-P P1 1
9、 尽尽管管I I、P P1 1、P P2 2的的正正、负负跟跟选选取取的的坐坐标标正正方方向向有有关关,但按该方程解答的结果跟正方向的选择无关。但按该方程解答的结果跟正方向的选择无关。例例1.I=p1.I=p2 2-p-p1 1=3-2=1(N=3-2=1(Ns)s)例例2.p2.p2 2=p=p1 1+I I =(+2)+(-5)=-3(kg=(+2)+(-5)=-3(kgm/s)m/s)对于在同一直线上应用动量定理的标量化处理方法第12页/共58页 动动量量定定理理说说明明冲冲量量是是物物体体动动量量发发生生变变化化的的原原因因,它它定定量量地地描描述述了了作作用用在在物物体体上上的的合合
10、外外力力通通过过一一段段时时间间的的累累积积所所产产生生的的效效果果。动动量量定定理理跟跟前前一一章章中中的的动动能能定定理理分分别别从从不不同同的的角角度度具具体体地地描描述述了了力力是是改改变变物物体运动状态的原因。体运动状态的原因。动动量量定定理理Ft=mvFt=mv2 2-mv-mv1 1虽虽然然可可以以用用牛牛顿顿第第二二定定律律F=maF=ma和和运运动动学学公公式式 a=(va=(v2 2-v-v1 1)/t)/t推推导导出出来来,但但用用动动量量定定理理来来的的解解决决具具体体问问题题时时,比比直直接接用用牛牛顿顿第第二二定定律律要要优优越越得得多多。F=maF=ma是是一一个
11、个瞬瞬时时的的关关系系式式,只只跟跟某某一一状状态态相相对对应应。而而一一个个过过程程是是由由无无数数个个状状态态组组成成的的。运运用用牛牛顿顿第第二二定定律律时时,必必须须顾顾及及到到过过程程中中的的每每一一个个状状态态,每每一一个个细细节节。而而运运用用动动量量定定理理时时,只只要要抓抓住住这这个个过过程程的的初初、末末状状态态,不不必必顾顾及及过过程程中中的的细细节。节。动动量量定定理理的的表表达达式式是是一一个个矢矢量量式式,等等号号两两边边的的物物理理量量不不仅仅大大小小相相等等,而而且且方方问问也也相相同同。且且物物体体所所受受合合外外力力的的冲冲量量,也也就就是是物物体体所所受受
12、各各个个力力的的冲冲量量的的矢矢量和。量和。说明:第13页/共58页 例例1.1.已知已知:初末速均为零初末速均为零,拉力拉力F F作用时间作用时间t t1 1,而而t t2 2时间段没有拉力作用时间段没有拉力作用,求阻力求阻力f.f.根据动量定理根据动量定理:(F-f)t:(F-f)t1 1-ft-ft2 2=0=0解得解得:f=Ft:f=Ft1 1/(t/(t1 1+t+t2 2)第14页/共58页 例例2.2.已知已知:m,h:m,h1 1,h,h2 2,t.t.求求:N=?:N=?解:(N-mg)t=mv2-(-mv1)V12=2gh1V22=2gh2由以上三式可解得第15页/共58页
13、2.2.物体系的动量定理物体系的动量定理 动动量量定定理理不不仅仅适适用用于于单单个个物物体体,同同样样也也适适用用于于物物体体系。系。Ft+ft=mvFt+ft=mv2 2-mv-mv1 1 式中式中F F表示系统外力表示系统外力,f,f表示系统内力表示系统内力.因因为为内内力力是是成成对对的的,大大小小相相等等,方方向向相相反反,作作用用时时间相同,所以整个系统内的内力的总冲量必定为零。间相同,所以整个系统内的内力的总冲量必定为零。ft=0ft=0 而而系系统统的的总总动动量量的的变变化化量量,是是指指系系统统内内所所有有各各个个物物体的动量变化量的矢量和。体的动量变化量的矢量和。所以当研
14、究对象为物体系时,动量定理可表述为:所以当研究对象为物体系时,动量定理可表述为:一一个个系系统统所所受受合合外外力力的的冲冲量量,等等于于在在相相应应时时间间内内,该系统的总动量的变化。该系统的总动量的变化。其其中中“外外力力”仅仅指指外外界界对对系系统统内内物物体体的的作作用用力力,不不包括包括系统内各物体间相互作用的内力系统内各物体间相互作用的内力。Ft=mvFt=mv2 2-mv-mv1 1第16页/共58页 I=-fI=-fm m tt+f+fM M t=0 t=0一对内力的功一对内力的功 W=fsW=fs相相以子弹打木块为例以子弹打木块为例 W=-fW=-fm ms sm m+f+f
15、M Ms sM M=-fd=-fd一对内力的冲量一对内力的冲量 I=0I=0以子弹打木块为例说明以子弹打木块为例说明:但一对内力的功却不一定为零但一对内力的功却不一定为零第17页/共58页一位质量为一位质量为m m的运动员从下蹲状态向上起跳,经的运动员从下蹲状态向上起跳,经时间,身体伸直并刚好离开地面,速度为时间,身体伸直并刚好离开地面,速度为V V,过程中:,过程中:,地面对他做的功为,地面对他做的功为B B 地面对他的冲量为地面对他的冲量为,地面对他做的功为零,地面对他做的功为零,地面对他做的功为,地面对他做的功为D D 地面对他的冲量为地面对他的冲量为,地面对他做的功为零,地面对他做的功
16、为零A A 地面对他的冲量为地面对他的冲量为C地面对他的冲量为地面对他的冲量为2006年全国理综年全国理综第18页/共58页 (1 1)正正确确选选择择研研究究对对象象,这这关关系系到到确确定定系统与外界,内力和外力。系统与外界,内力和外力。(2 2)对对研研究究对对象象进进行行受受力力分分析析,运运动动过过程程的的分分析析,确确定定初初、末末状状态态,应应注注意意物物体体的的初初、末速度应该是相对于同一个惯性参考系的。末速度应该是相对于同一个惯性参考系的。(3 3)在在一一维维的的情情况况下下,选选取取坐坐标标正正方方向向,由由此此得得出出各各已已知知矢矢量量的的正正、负负号号,代代入入公公
17、式式I=pI=p2 2-p-p1 1进行运算。进行运算。(4 4)在二维的情况下)在二维的情况下,用正交分解法。用正交分解法。正确运用动量定理的关键是:第19页/共58页例例.已知已知:m,a,M,:m,a,M,求求:N=?:N=?f=?f=?解解:按正交分解法按正交分解法沿竖直方向沿竖直方向:(N-Mg-mg)t=-mat sin (N-Mg-mg)t=-mat sin 得得 N=(M+m)g-ma sin N=(M+m)g-ma sin 沿水平方向沿水平方向:ft=mat cos ft=mat cos 得得 f=ma cos f=ma cos 第20页/共58页(四)动量守恒定律 1.1.
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