陜西省安康市石泉縣高中物理 第1章 碰撞與動量守恒 1.1 探究動量變化與沖量的關系課件 滬科版選修3-5.ppt

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1、第一章 碰撞與動量守恒,第節(jié)探究動量變化與沖量的關系,,1理解沖量概念，理解動量定理及其表達式。 2理解動量和動量的變化及其矢量性，會正確計算一維動量變化。 3能夠利用動量定理進行定量計算與定性分析有關現(xiàn)象。,,問題1：思考 雞蛋會不會破呢？,,設置物理情景：質(zhì)量為m的雞蛋，它從某一高度下落，到達海綿墊或塑料盤中時，速度為v0，在合力F的作用下經(jīng)過一段時間t后，速度變?yōu)関t=0。,由牛頓第二定律知：,而加速度定義有：,變形可得：,F = m a,聯(lián)立可得：,解析,,,雞蛋受撞擊時的受力示意圖,,,,什么物理意義呢？,問題2：你能分析論證雞蛋不會破的物理原理嗎？,、定義：力和力的作用時間的乘積

2、Ft叫做沖量，用I用表示。公式表示為 I=Ft,2、單位：在國際單位制中，沖量的單位是牛秒，符號是Ns,3、沖量是矢量：方向由力的方向決定，若為恒定方向的力，則沖量的方向跟這力的方向相同,4、沖量是過程量，反映了力對時間的積累效應,問題3：你對沖量(impulse)有哪些認識呢？,如圖所示，在傾角37的斜面上，有一質(zhì)量為5 kg的物體沿斜面滑下，物體與斜面間的動摩擦因數(shù)0.2，求物體下滑2 s的時間內(nèi)，物體所受各力的沖量(g取10 m/s2，sin 370.6，cos 370.8),解析,,mg,,FN,,Ff,重力的沖量：,IGGtmgt 5102 Ns100 Ns,方向豎直向下,支持力的

3、沖量：,INFNtmgcost5100.82 Ns80 Ns,方向垂直斜面向上,摩擦力的沖量：,IfFftmgcos t0.25100.82 Ns16 Ns,方向沿斜面向上,恒力的沖量直接用力與作用時間的乘積求解,,問題4：對沖量(impulse)理解與計算？,、定義：物體的質(zhì)量m和速度v的乘積mv叫做動量，用p表示，公式表示為 p=mv,2、單位：在國際單位制中，動量的單位是：千克米/秒，符號 kgm/s 。,3、動量是矢量：動量的方向與物體的速度方向相同；,4、動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量，是狀態(tài)量；,5、動量是相對的，與參考系的選擇有關。(通常指相對地面的動量),注意：物體的動量，總是

4、指物體在某一時刻的動量，即具有瞬時性，故在計算時相應的速度應取這一時刻的瞬時速度,問題5：你對動量(momentum)有哪些認識呢？,一個質(zhì)量是0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運動，碰到一個堅硬物后被彈回,沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運動，碰撞前后鋼球的動量各是多少？碰撞前后鋼球的動量變化了多少？,解析,,m,m,,,碰撞前鋼球速度 v1=6m/s,p1=mv1=0.16 kgm/s=0.6 kgm/s,碰撞后鋼球動量,p2=mv2=0.1(-6 )kgm/s= - 0.6 kgm/s,碰撞前后鋼球的動量變化了,p=p2-p1= (- 0.6 kgm/s) - (6 kgm/

5、s)= - 1.2 kgm/s,取水平向右為正,碰撞前鋼球動量,碰撞后鋼球速度v2= - 6m/s，,正方向,,,,p1,p2,p,問題6：如何正確求解動量的變化量?,如圖所示，一個質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度斜射到堅硬的大理石板上，入射的角度是45，碰撞后被斜著彈出，彈出的角度也是45,速度仍為2m/s。請你用作圖的方法求出鋼球動量變化的大小和方向。,解析,,,,,,v,v,,,p=mv=0.22=0.4kgm/s,p=mv=0.22=0.4kgm/s,p,問題7：思考：如果初、末動量不在一條直線上如何求動量的變化？,某段運動過程（或時間間隔）末狀態(tài)的動量p 跟初狀態(tài)的動量p的矢

6、量差，稱為動量的變化（或動量的增量），即,p = p - p,問題7：如何正確求解動量的變化量?,,,,p,p ,p,,,,p,p ,p,,,,p,p ,p,若速度變化,Ek可能為零,kgm2/s2(J),標量,Ek= mv2/2,動能,若速度變化,則p一定不為零,kgm/s (NS),矢量,p=mv,動量,動量與動能有什么區(qū)別？,動量與動能間量值關系：,(1)質(zhì)量為2kg的物體，速度由3m/s增大到6m/s，它的動量和動能各增大為原來的幾倍？,(2)質(zhì)量為2kg的物體，速度由向東的3m/s變?yōu)橄蛭鞯?m/s，它的動量和動能是否變化了？如果變化了，變化量各是多少？,(3)A物體質(zhì)量為2kg，速

7、度是3m/s，方向向東；B物體的質(zhì)量是3kg，速度是4m/s，方向向西。它們的動量的矢量和是多少？它們的動能之和是多少？,,2倍,倍,動量變化,動能不變,12kgm/s,6kgm/s,33J,問題8：解答以下三個小題，思考動量與動能的區(qū)別,以后的學習中還會學到動量與動能的區(qū)別，請及時總結。,1、內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于物體的動量變化， 這就是動量定理。,2、表達式：,或,3、加深理解：,(1)物理研究方法：過程量可通過狀態(tài)量的變化來反映；,(2)表明合外力的沖量是動量變化的原因；,(3)動量定理是矢量式，合外力的沖量方向與物體動量變化的方向相同；,合外力沖量的方向與合外力的方向或速度

8、變化量的方向一致，但與初動量方向可相同，也可相反，甚至還可成角度。,問題9：動量定理(theorem of momentum),動量定理的適用范圍,1、動量定理不但適用于恒力，也適用于隨時間變化的變力，對于變力，動量定理中的F應理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值；,2、動量定理不僅可以解決勻變速直線運動的問題，還可以解決曲線運動中的有關問題，將較難的計算問題轉(zhuǎn)化為較易的計算問題；,3、動量定理不僅適用于宏觀低速物體，也適用于微觀現(xiàn)象和變速運動問題。,動量定理的優(yōu)點：不考慮中間過程，只考慮初末狀態(tài)。,問題9：動量定理(theorem of momentum),質(zhì)量為10kg的鐵錘，從某一高度處落下后

9、與立在地面上的木樁相碰，碰前速度大小為10m/s，碰后靜止在木樁上，若鐵錘與木樁的作用時間為0.1s。求：鐵錘受到的平均沖力。,問題10:如何利用動量定理解題？,動量定理的應用步驟,1、確定研究對象：一般為單個物體；,4、選定正方向，確定在物理過程中研究對象的動量的變化；,5、根據(jù)動量定理列方程，統(tǒng)一單位后代入數(shù)據(jù)求解。,2、明確物理過程：受力分析，求出合外力的沖量；,3、明確研究對象的初末狀態(tài)及相應的動量；,,,,,,I=Ft,恒力F的沖量,沖量的大小數(shù)值上等于藍色矩形的面積,變力的沖量,為變力F在t時間內(nèi)的平均值,落在塑料盤上,落在海綿墊上,雞蛋所受的合力隨時間的變化,問題11:你對變力的

10、沖量掌握有多少？,1、在足球場上，你常看到運動員用頭去頂球的現(xiàn)象，試設想如果迎面飛來的不是足球而是一塊大石頭，他們會用頭去頂嗎？,2、用錘子使勁壓釘子，就很難把釘子壓入木塊中去，如果用錘子以一定的速度敲釘子，釘子就很容易鉆入木塊，這是為什么？,問題12:閱讀教材“動量定理的應用”，你能舉出一些生活中的例子嗎？,3、雜技表演時，?？煽匆娪腥擞描F錘猛擊放在“大力士”身上的大石塊，石裂而人不傷，這又是為什么？,4、建筑工人或蹦極運動員身上綁的安全帶是有彈性的橡皮繩還是不易伸長的麻繩？,小實驗,非彈性繩斷,橡皮繩不斷,問題12:你能舉出一些生活中的例子嗎？,包裝用的泡沫材料,問題12:你能舉出一些生活

11、中的例子嗎？,船靠岸時邊緣上的廢舊輪胎,摩托車頭盔里的襯墊,問題12:你能舉出一些生活中的例子嗎？,一個質(zhì)量為0.18kg的壘球，以25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后反向水平飛回，速度大小變?yōu)?5m/s，設球棒與壘球的作用時間 為0.01s。球棒對壘球的平均作用力是多大？,解析,沿壘球飛向球棒時的方向建立坐標軸，壘球的初動量為,p=mv=0.1825 kgm/s=4.5kgm/s,壘球的末動量為,p=mv=(0.18)25 kgm/s= 8.1kgm/s,由動量定理知壘球所受的平均作用力為,壘球所受的平均作用力的大小為1260N，,負號表示力的方向與壘球飛來的方向相反,鞏固練習,2、關于沖量和動量，下列說法中正確的是（ ） A、沖量是反映力的作用時間積累效果的物理量 B、動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量 C、沖量是物體動量變化的原因 D、沖量是描述物體狀態(tài)的物理量,ABC,鞏固練習,3、甲、乙兩個質(zhì)量相同的物體，以相同的初速度分別在粗糙程度不同的水平面上運動，乙物體先停下來，甲物體又經(jīng)較長時間停下來，下面敘述中正確的是（ ） A、甲物體受到的沖量大 B、乙物體受到的沖量大 C、兩個物體受到的沖量大小相等 D、無法判斷,C,