16-2-动量和动量定理(上课用)

动量概念的由来在上节课探究的问题中，发现碰撞的两个物体，它们的质量和速度的乘积mv矢量和在碰撞前后很可能是保持不变的，这让人们认识到mv这个物理量具有特别的意义，物理学中把它定义为物体的动量。１、定义：物体的质量和速度的乘积，叫做物体的动量p，用公式表示为p=mv2、单位：在国际单位制中，动量的单位是千克·米/秒，符号是kg·m/s；3、性质：矢量性：动量是矢量，方向由速度（运动）方向决定，某一时刻动量的方向与该时刻速度的方向相同瞬时性：动量是描述物体运动状态的物理量，是状态量；相对性：动量是相对的，与参考系的选择有关。一、动量若速度变化,动能不一定变化kg·m2/s2（J）标量Ek=mv2/2动能若速度变化,则动量一定变化kg·m/s（N·S）矢量p=mv动量动量与动能有什么区别？动量与动能间量值关系：2kpmE2122kpEpvm思考与讨论同一物体，P变，EK不一定变；EK变，则p一定变1、一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一块坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动PP′ΔP课堂练习2、碰撞后钢球的动量大小？方向如何?3、碰撞前后钢球的动量有没有变化？1、碰撞前钢球的动量大小？方向如何？二、动量的变化量p1、某段运动过程（或时间间隔）末状态的动量p’跟初状态的动量p的矢量差，称为动量的变化（或动量的增量），即2、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。PP′p=p'–p=mv3、同一直线上动量变化的运算：ΔPPP′ΔPP′PP′ΔPP′P′规定好正方向PP′不在同一直线上的动量变化的运算，遵循平行四边形定则：ΔPPP′ΔP也称三角形法则：从初动量的末端指向末动量的末端动量的变化p动量的变化的原因是什么呢？而牛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。而速度的变化是因为有加速度动量的变化与速度的变化有关结论：动量的变化与合外力有关解决单个物体的动量变化可以从牛顿运动定律入手'vvat'vvFmt4、牛顿第二定律推导动量的变化设置物理情景：质量为m的物体，在合力F的作用下，经过一段时间t，速度由v变为v’，如是图所示：分析：由牛顿第二定律知：而加速度定义有：变形可得：F=ma联立可得：'Ftmvmv=⊿p/⊿t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。物体所受的合外力等于物体“动量的变化率”１、定义：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I，用公式表示为I=Ft2、单位：在国际单位制中，冲量的单位是牛·秒，符号是N·s3、冲量是矢量：方向由力的方向决定，若为恒定方向的力，则冲量的方向跟这力的方向相同4、冲量是过程量，反映了力对时间的积累效应5、I=Ft一般用于恒力或者平均力计算三、冲量力的空间积累使动能发生变化N·m（J）标量W=FS功力的时间积累使动量发生变化N·S矢量I=Ft冲量冲量与功有什么区别？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，但是作用力的功与反作用力的功不一定相等。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。例：人在船上行走——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1、作用力与反作用力：2、内力：t0F0FtO由图可知F-t图线与时间轴之间所围的“面积”的大小表示对应时间t0内，力F0的冲量的大小。思考与讨论如果在一段时间内的作用力是一个变力，又该怎样求这个变力的冲量？公式I=Ft中的F必须取平均值1、内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化，这就是动量定理。2、表达式：pI或3、加深理解：1）物理研究方法：过程量可通过状态量的变化来反映；2）表明合外力的冲量是动量变化的原因；3）动量定理是矢量式，合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同。合外力冲量的方向与物体动量变化的方向相同，即与速度变化量的方向一致，但与初、末动量方向无关mvmvtF'合四、动量定理注意：4、动量定理的适用范围1）、动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力，对于变力，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值；2、动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题，还可以解决曲线运动中的有关问题，将较难的计算问题转化为较易的计算问题；3、动量定理不仅适用于宏观低速物体，也适用于微观现象和高速运动问题。动量定理的优点：不考虑中间过程，只考虑初末状态。例1、如图所示，一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为45m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01s。求球棒对垒球的平均作用力。（1260N）5、动量定理的应用步骤1、确定研究对象：一般为单个物体；4、选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化；5、根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解。2、明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量；3、明确研究对象的初末状态及相应的动量；例2：一质量为m的小球从某一高处自由下落了t1时间后落到一个软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了时间t2，则这段时间内软垫对小球的冲量为多少？软垫对小球的平均作用力多大？解答：选初始位置为初状态，选下陷到最低点为末状态，则重力与F的合冲量为零，所以软垫对小球的冲量大小为mg(t1+t2)，方向竖直向上。软垫对小球的平均作用力大小为：221tttmg练2、质量为m的物体，以速率v沿半径为R的圆，在光滑水平面上做匀速圆周运动。求物体运动半周所受的合力的冲量的大小。练3、关于冲量、动量及动量变化，下列说法正确的是：（）A.冲量方向一定和动量变化的方向相同B.冲量的大小一定和动量变化的大小相同C.动量的方向改变，冲量方向一定改变D.动量的大小不变，冲量一定为0.AB动量定理解释生活现象①△P一定，t短则F大，t长则F小；由Ft=ΔP可知：②t一定，F大则△P大，F小则△P小；③F一定，t长则△P大，t短则△P小。——缓冲装置1、用锤子使劲压钉子，就很难把钉子压入木块中去，如果用锤子以一定的速度敲钉子，钉子就很容易钻入木块，这是为什么？动量定理的公式如下，F△t=m△v，上式中，F表示锤子对钉子的压力，△t表示锤子对钉子的打击时间，m是锤子的质量，△v表示锤子打击前后速度损失。如果用锤压钉子，则m△v很小很小，△t很长，所以F就很小，很难把钉子压入。用锤子打击钉子，△v较大，△t很小很小，则F就很大，很容易打进木块。这就是说，动量在瞬间损失的情况下，将产生很大的力。（比如发生车祸）建筑工人或蹦极运动员身上绑的安全带是有弹性的橡皮绳还是不易伸长的麻绳？小实验非弹性绳断橡皮绳不断思考与讨论生活中的应用包装用的泡沫材料船靠岸时边缘上的废旧轮胎生活中的应用报道1、1962年，一架“子爵号”客机，在美国的伊利奥特市上空与一只天鹅相撞，客机坠毁，十七人丧生。报道2、1980年，一架英国的“鸽式”战斗机在威夫士地区上空与一只秃鹰相撞，飞机坠毁，飞行员弹射逃生……问题：小小飞禽何以能撞毁飞机这样的庞然大物？思考与讨论已知鸟的质量为1kg，身长为15cm，飞机的速度为600m/s，试求鸟对飞机的撞击所产生的作用力大小。这道题，能给你带来怎样的思考呢？在我们的天空中飘浮着很多的太空垃圾，如火箭的碎片，卫星的残骸等等，这些人类文明的产物也在危险着人类，所以我们面临的问题就是如何治理宇宙空间的这些垃圾？课后思考摩托车头盔里的衬垫生活中的应用生活中的应用1、关于冲量和动量，下列说法中正确的是（）A、冲量是反映力的作用时间积累效果的物理量B、动量是描述物体运动状态的物理量C、冲量是物体动量变化的原因D、冲量是描述物体状态的物理量ABC课堂练习2、对于力的冲量的说法，正确的是（）A、力越大，力的冲量就越大B、作用在物体上的力大，力的冲量也不一定大C、F1与其作用时间t1的乘积F1t1的大小，等于F2与其作用时间t2的乘积F2t2的大小，则这两个冲量相同D、静置于水平地面上的桌子受到水平推力F的作用，经时间t始终处于静止状态，则此推力的冲量为零B5、甲、乙两个质量相同的物体，以相同的初速度分别在粗糙程度不同的水平面上运动，乙物体先停下来，甲物体又经较长时间停下来，下面叙述中正确的是（）A、甲物体受到的冲量大B、乙物体受到的冲量大C、两个物体受到的冲量大小相等D、无法判断C2、玻璃杯从同一高度落下，掉在水泥地上比掉在草地上容易碎，这是由于在玻璃杯与水泥地撞击过程中（）A、玻璃杯的动量较大B、玻璃杯受到的冲量较大C、玻璃杯的动量变化较大D、玻璃杯的动量变化较快D课堂练习7、人从高处跳到低处时，为了安全，一般都是让脚尖先着地，这样做是为了（）C8、将重物P压住纸带，当用一水平力缓缓拉动纸带时，重物会随纸带一起运动，当迅速拉动纸带时，纸带将会从重物下抽出，则下列解释正确的是（）A、在缓缓拉动时，纸带给重物的摩擦力较大B、在迅速拉动时，纸带给重物的摩擦力较小C、在缓缓拉动时，纸带给重物的冲量较大D、在迅速拉动时，纸带给重物的冲量较小A、减小冲量B、减小动量的变化量C、增长与地面作用时间，从而减小冲力D、增大人对地面的压强，起到安全作用CD课堂练习3、质量为5kg的小球，从距地面高为20m处水平抛出，初速度为10m／s，不计空气阻力，g=10m/s2，从抛出到落地过程中，重力的冲量是（）A、60N·sB、80N·sC、100N·sD、120N·sC课堂练习4、质量为2Kg的物体A，放在光滑的水平面上，受如图F=10N的力作用了10秒，则在此过程中F的冲量大小是________，重力的冲量大小是_________，支持力的冲量是_______，合力的冲量是__________。（g=10m/s2）注意：求冲量时，一定要明确是求哪个力在哪一段时间内的冲量。合力的冲量为I合=F合t，或I合=∑Fit10100101001100N9、一质量为100g的小球从0.8m高处自由下落到一个软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.2s，则这段时间内软垫对小球的冲量为多少？课堂练习10、质量为m的物体，以速率v沿半径为R的圆，在光滑水平面上做匀速圆周运动。求物体运动半周所受的合力的冲量的大小。11、质量为m的物体，静止在足够大的水平面上，物体与桌面的动摩擦因数为μ，有一水平恒力F作用于物体上，并使之加速前进，经t1秒后撤去恒力F，求物体运动的总时间t。12、如图所示，试比较出A、B两物体所受合力的大小及所受合力的冲量的大小。OptAB课堂练习1、在日常行走中，若一个大人和一个小孩发生了碰撞，你将可能看到什么样的现象？2、在足球场上，你常看到运动员用头去顶球的现象，试设想如果迎面飞来的不是足球而是一块大石头，他们会用头去顶吗？3、用不同的力去骑自行车，要达到同样的速度，是用力大的先达到还是用力小的？思考与讨论已知鸟的质量为1kg，身长为15cm，鸟与飞机相撞面积S=0.01m2，飞机的速度为600m/s，试求鸟对飞机的撞击所产生压强的大小。这道题，能给你带来怎样的思考呢？在我们的天空中飘浮着很多的太空垃圾，如火箭的碎片，卫星的残骸等等，这些人类文明的产物也在危险着人类，所以我们面临的问题就是如何治理宇宙空间的这些垃圾？课后思考PP′不在同一直线上的动量变化的运算，遵循平行四边形定则：ΔPPP′ΔP也称三角形法则：从初动量的矢量末端指向末动量的矢量末端动量的变化p2、质量为m的钢球自高处落下，以速率v1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v2，在碰撞过程中，钢球动量变化为多少？课堂练习