高中人教版 (2019)2 动量定理优秀教学设计

预习案

【自主学习】

1.什么叫冲量？其定义式及单位是什么？什么叫动量定理？

2. .F-t图线与横轴所围的面积表示的物理意义是什么？

课堂案

一.动量定理与图像

例1．教材第5页第2题，尝试用动量定理求解

课堂练习1：教材第29页B组第1题

二.动量定理与流体

例2．教材第29页B组第4题

三.动量定理与变力的冲量

例3.物体A和B用轻绳相连，挂在轻质弹簧下静止不动，如图甲所示，A的质量为m，B的质量为M。当连接A、B的绳突然断开后，物体A上升过程中经某一位置时的速度大小为vA，这时物体B下落的速度大小为vB，如图乙所示。这段时间里，弹簧的弹力对物体A的冲量为多少？

课堂练习2：教材第29页B组第3题

四.动量定理与整体法

例4.如图所示，A、B两小物块通过平行于斜面的轻细线相连，均静止于斜面上，以平行于斜面向上的恒力拉A，使A、B同时由静止以加速度a沿斜面向上运动，经时间t1，细线突然断开，再经时间t2，B上滑到最高点，已知A、B的质量分别为m1、m2，细线断后拉A的恒力不变，求B到达最高点时A的速度大小。

总结：

【进阶闯关检测】

A类基础关

1.质量为1 kg的物体做直线运动，其速度—时间图像如图所示。则物体在前10 s内和后10 s内所受外力的冲量分别是(　　)

A．10 N·s,10 N·s

B．10 N·s，－10 N·s

C．0,10 N·s

D．0，－10 N·s

2．(2019·全国卷Ⅰ)最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展。若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s，产生的推力约为4.8×106 N，则它在1 s时间内喷射的气体质量约为(　　)

A．1.6×102 kg  B．1.6×103 kg    C．1.6×105 kg   D．1.6×106 kg

B类能力关

3．宇宙飞船在飞行过程中有很多技术问题需要解决，其中之一就是当飞船进入宇宙微粒尘区时如何保持速度不变的问题。假设一宇宙飞船以v＝2.0×103 m/s的速度进入密度ρ＝2.0×10－6 kg/m3的微粒尘区，飞船垂直于运动方向上的最大截面积S＝5 m2，且认为微粒与飞船相碰后都附着在飞船上。则飞船要保持速度v所需推力多大？

4.如图所示，一子弹穿过两块静止放置在光滑水平面上的相互接触、质量分别为m和2m的木块A、B，设子弹穿过木块A、B的时间分别为t1和t2，木块对子弹的阻力恒为Ff，则子弹穿过两木块后，木块A的速度大小为(　　)

A.     B.    C.   D.

C类综合关（选做）

5．一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经Δt时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v，在此过程中(　　)

A．地面对他的冲量为mv＋mgΔt，地面对他做的功为mv2

B．地面对他的冲量为mv＋mgΔt，地面对他做的功为零

C．地面对他的冲量为mv，地面对他做的功为mv2

D．地面对他的冲量为mv－mgΔt，地面对他做的功为零

6.水平推力F1和F2分别作用于水平面上等质量的a、b两物体上，作用一段时间后撤去推力，物体将继续运动一段时间后停下，a、b两物体的v­t图像分别如图中OAB、OCD所示，图中AB∥CD，则(　　)

A．F1的冲量大于F2的冲量             B．F1的冲量等于F2的冲量

C．两物体受到的摩擦力大小相等       D．两物体受到的摩擦力大小不等

7. (13分)如图所示，质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进，当速度为v0时，拖车突然与汽车脱钩，到拖车停下瞬间司机才发现。若汽车的牵引力一直未变，车与路面间的动摩擦因数为μ，那么拖车刚停下时，汽车的瞬时速度是多大？

8．(15分)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g。求：

(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；

(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度。

【进阶闯关检测】答案

A类基础关

1.质量为1 kg的物体做直线运动，其速度—时间图像如图所示。则物体在前10 s内和后10 s内所受外力的冲量分别是(　　)

A．10 N·s,10 N·s

B．10 N·s，－10 N·s

C．0,10 N·s

D．0，－10 N·s

解析　由图像可知，在前10 s内初、末状态的动量相同，p1＝p2＝5 kg·m/s，由动量定理知I1＝0；在后10 s内末状态的动量p3＝－5 kg·m/s，由动量定理得I2＝p3－p2＝－10 N·s，故正确答案为D项。

答案　D

2．(2019·全国卷Ⅰ)最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展。若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s，产生的推力约为4.8×106 N，则它在1 s时间内喷射的气体质量约为(　　)

A．1.6×102 kg   B．1.6×103 kg

C．1.6×105 kg   D．1.6×106 kg

解析　本题考查动量定理的应用，意在考查考生的分析推理能力。根据动量定理有FΔt＝Δmv－0，解得Δm＝＝1.6×103 kg，所以B项正确。

答案　B

B类能力关

3．宇宙飞船在飞行过程中有很多技术问题需要解决，其中之一就是当飞船进入宇宙微粒尘区时如何保持速度不变的问题。假设一宇宙飞船以v＝2.0×103 m/s的速度进入密度ρ＝2.0×10－6 kg/m3的微粒尘区，飞船垂直于运动方向上的最大截面积S＝5 m2，且认为微粒与飞船相碰后都附着在飞船上。则飞船要保持速度v所需推力多大？

解析　推力的作用在于使附着在飞船上的微粒具有与飞船相同的速度，设飞船在微粒尘区飞行Δt时间，则在这段时间内附着在飞船上的微粒质量Δm＝ρSvΔt，微粒由静止到与飞船一起运动，微粒的动量增加，由动量定理Ft＝Δp得FΔt＝Δmv＝ρSvΔtv，所以推力F＝ρSv2＝2.0×10－6×5×(2.0×103)2 N＝40 N。

答案　40 N

4.如图所示，一子弹穿过两块静止放置在光滑水平面上的相互接触、质量分别为m和2m的木块A、B，设子弹穿过木块A、B的时间分别为t1和t2，木块对子弹的阻力恒为Ff，则子弹穿过两木块后，木块A的速度大小为(　　)

A.   B.

C.   D.

解析　A与B分离时二者的速度是相等的，分离后A的速度不变，在分离前子弹对系统的作用力使A与B的速度增大，由动量定理得Fft1＝(m＋2m)v，所以v＝，故选B。

答案　B

C类综合关（选做）

5．一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经Δt时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v，在此过程中(　　)

A．地面对他的冲量为mv＋mgΔt，地面对他做的功为mv2

B．地面对他的冲量为mv＋mgΔt，地面对他做的功为零

C．地面对他的冲量为mv，地面对他做的功为mv2

D．地面对他的冲量为mv－mgΔt，地面对他做的功为零

解析　设地面对运动员的平均作用力为F，则由动量定理得(F－mg)Δt＝mv，故地面对运动员的冲量FΔt＝mv＋mgΔt；运动员从下蹲状态到身体刚好伸直离开地面，由于地面对人的作用力沿力的方向没有位移，地面对运动员做功为零，因此B项正确。

答案　B

6.水平推力F1和F2分别作用于水平面上等质量的a、b两物体上，作用一段时间后撤去推力，物体将继续运动一段时间后停下，a、b两物体的v­t图像分别如图中OAB、OCD所示，图中AB∥CD，则(　　)

A．F1的冲量大于F2的冲量

B．F1的冲量等于F2的冲量

C．两物体受到的摩擦力大小相等

D．两物体受到的摩擦力大小不等

解析　AB与CD平行，说明撤去推力后两物体的加速度相同，而撤去推力后物体受到的合力等于摩擦力，根据牛顿第二定律可知，两物体受到的摩擦力大小相等。根据动量定理得F1t1－ftOB＝0，F2t2－ftOD＝0。由题图可知，tOB＜tOD，则有F1t1＜F2t2，即F1的冲量小于F2的冲量，故C项正确，A、B、D三项错误。

答案　C

7. (13分)如图所示，质量为M的汽车带着质量为m的拖车在平直公路上以加速度a匀加速前进，当速度为v0时，拖车突然与汽车脱钩，到拖车停下瞬间司机才发现。若汽车的牵引力一直未变，车与路面间的动摩擦因数为μ，那么拖车刚停下时，汽车的瞬时速度是多大？

解析　以汽车和拖车组成的系统为研究对象，全过程系统受的合外力始终为F＝(M＋m)a，设从汽车脱钩到拖车停下的过程所经历的时间为t，末状态拖车的动量为零，汽车的末速度为v。则系统的初动量为(M＋m)v0，末动量为Mv，全过程对系统应用动量定理可得

(M＋m)a·t＝Mv－(M＋m)v0①

拖车只在摩擦力作用下做匀减速运动，由匀变速运动规律可得t＝②

联立①②两式解得v＝v0。

答案　v0

8．(15分)某游乐园入口旁有一喷泉，喷出的水柱将一质量为M的卡通玩具稳定地悬停在空中。为计算方便起见，假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出；玩具底部为平板(面积略大于S)；水柱冲击到玩具底板后，在竖直方向水的速度变为零，在水平方向朝四周均匀散开。忽略空气阻力。已知水的密度为ρ，重力加速度大小为g。求：

(1)喷泉单位时间内喷出的水的质量；

(2)玩具在空中悬停时，其底面相对于喷口的高度。

解析　(1)设Δt时间内，从喷口喷出的水的体积为ΔV，质量为Δm，则

Δm＝ρΔV①

ΔV＝v0SΔt②

由①②式得，单位时间内从喷口喷出的水的质量为

＝ρv0S。③

(2)设玩具悬停时其底面相对于喷口的高度为h，水从喷口喷出后到达玩具底面时的速度大小为v。对于Δt时间内喷出的水，由机械能守恒定律得

(Δm)v2＋(Δm)gh＝(Δm)v④

在h高度处，Δt时间内喷射到玩具底面的水沿竖直方向的动量变化量的大小为Δp＝(Δm)v⑤

Δt时间内喷射到玩具底面的水的冲量非常小，忽略不计，

设水对玩具的作用力的大小为F，根据动量定理有

FΔt＝Δp⑥

由于玩具在空中悬停，由力的平衡条件得F＝Mg⑦

联立③④⑤⑥⑦式得h＝－。

答案　(1)ρv0S　(2)－