高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册2 动量定理课堂教学课件ppt

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1.知道冲量的概念,知道冲量是矢量。(物理观念)2.知道动量定理的确切含义,掌握其表达式。(物理观念)3.会应用动量定理求解冲量及动量的变化等问题。(科学思维)4.会用动量定理解释碰撞、缓冲等生活中的现象。(科学态度与责任)
基础落实·必备知识全过关
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一、冲量　动量定理1.动量定理(1)内容:在一个过程中物体所受　　　　与作用时间的乘积等于物体　　　　　　　。 (2)公式:Ft=p'-p。F指物体所受合力2.冲量 冲量是过程量,与时间相对应(1)定义:力与　　　　　　　　　　的乘积,用字母I表示。 (2)公式:I=　　　。 (3)单位:　　　　　,符号是　　　　　。 
二、动量定理的应用根据动量定理,在物体的动量变化一定的条件下,作用时间较短则受到的作用力较　　,作用时间较长则受到的作用力较　　。 
情境链接在体育运动中经常会用到物理知识,例如:跳高时,在下落处要放厚厚的海绵垫子;跳远时,要跳在沙坑中。这样做的目的是什么?
教材拓展阅读教材P11“发展空间”,试着做一做这个实验,你能解释这个现象吗?
提示 这样做可以延长作用的时间,以减小地面对人的作用力。
提示 由于铁锤敲击前的速度比较大,敲击后又十分迅速地变为静止,铁锤把自己的动量在很短的时间内传递给了瓦和砖的系统,根据动量定理,也就是锤对瓦有很大的平均作用力,这个作用力足以使瓦片粉碎。对于下面的鸡蛋来说,由于砖与鸡蛋、鸡蛋与地面间垫的是比较软的材料,延长了相互作用的时间,使它们之间的作用力减小,从而保全了鸡蛋。
易错辨析(1)冲量是矢量,其方向与力的方向相同。(　　)(2)力越大,力对物体的冲量越大。(　　)(3)若物体在一段时间内,其动量发生了变化,则物体在这段时间内的合力一定不为零。(　　)(4)运动员接篮球时手向后缓冲一下,是为了减小动量的变化量。(　　)
探究点一　冲量的理解和计算
导学探究如图所示,一质量为m的物体在动摩擦因数为μ的水平面上运动,受到一个与运动方向相同的恒力F作用。重力加速度为g。在时间t内拉力F的冲量和合力的冲量各是多大?
提示 拉力F的冲量为Ft。合力的冲量为(F-μmg)t。
知识归纳1.对冲量的理解(1)冲量是过程量,它描述的是力的作用对时间的累积效应。(2)冲量是矢量,冲量的方向与力的方向相同。
2.冲量的计算(1)求某个恒力的冲量:由该力和力的作用时间的乘积得出。(2)求合冲量的两种方法:可分别求每一个力的冲量,再求各冲量的矢量和;如果各个力的作用时间相同,也可以先求合力,再用公式I合=F合Δt求解。(3)求变力的冲量:①若力与时间呈线性关系变化,则可用平均力求变力的冲量。②若给出了力随时间变化的图像(如图所示),可用面积法求变力的冲量。③利用动量定理求解。
应用体验【例1】 如图所示,在倾角α=37°的斜面上,一质量为5 kg的物体沿斜面滑下,物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.2。已知g取10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8。求物体下滑2 s的时间内,物体所受各力的冲量。
答案 见解析解析 重力的冲量IG=G·t=mg·t=5×10×2 N·s=100 N·s,方向竖直向下。支持力的冲量IN=N·t=mgcs α·t=5×10×0.8×2 N·s=80 N·s,方向垂直斜面向上。摩擦力的冲量If=f·t=μmgcs α·t=0.2×5×10×0.8×2 N·s=16 N·s,方向沿斜面向上。
方法技巧　计算冲量的大小时,一定要注意是哪个力在哪一段时间内的冲量,只要力不为零,一段时间内的冲量就不为零,与其他力是否存在及物体的运动状态无关。
对点演练1(2023山东德州高二期末)如图所示,质量为m的物体水平向右运动,某时刻物体受到一个与水平方向成θ角的恒力F的作用,之后由A位置运动到B位置,此过程物体运动的时间为t。已知重力加速度大小为g,则此过程(　　)A.支持力的冲量大小为0B.支持力的冲量大小为mgtC.恒力F的冲量大小为FtD.恒力F的冲量大小为Ftcs θ
解析 对物体在竖直方向有N+Fsin θ=mg,IN=Nt,支持力的冲量为IN=(mg-Fsin θ)t,故A、B错误;恒力F的冲量为IF=Ft,故C正确,D错误。
探究点二　动量定理的基本应用
导学探究如图所示,H是汽车安全气囊,内部有化学物质,当汽车受到强烈撞击时,安全气囊内的化学物质会在瞬间爆发产生大量气体,充满气囊,填充在驾驶人员与挡风玻璃、仪表板、方向盘之间,减轻驾驶人员受伤的程度。某次事故发生时,汽车的速度是20 m/s,司机冲向气囊后经0.2 s停止运动,司机冲向气囊的质量大约为40 kg,这时司机受到气囊的平均作用力是多少?
提示 设司机受到的平均作用力大小为F,以汽车行驶的方向为正方向,根据动量定理有-Ft=0-mv解得F=4 000 N,方向与汽车速度方向相反。
知识归纳1.对动量定理的定量理解(1)动量定理的表达式Ft=mv'-mv是矢量式,等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义。(2)动量定理反映了合力的冲量是动量变化的原因。(3)公式中的F是物体所受的合力,若合力是变力,则F应是合力在作用时间内的平均值。2.对动量定理的定性应用(1)物体动量的变化量一定时,力的作用时间越短,力就越大;力的作用时间越长,力就越小。(2)作用力一定时,力的作用时间越长,物体动量的变化量越大;力的作用时间越短,物体动量的变化量越小。
3.应用动量定理的步骤
应用体验【例2】 质量m=70 kg的撑竿跳高运动员从最高点h=5.0 m高处落到海绵垫上,经Δt1=1 s停止,则海绵垫对运动员的平均作用力大小约为多少?如果落到普通沙坑中,经Δt2=0.1 s停止,则沙坑对运动员的平均作用力大小约为多少?(忽略空气阻力,g取10 m/s2)
答案 1 400 N　7 700 N解析 在全过程以运动员为研究对象,初、末动量的数值都是0,所以运动员的动量变化量为零,以竖直向下为正方向,根据动量定理,合力的冲量为零,根据h= gt2可知,物体下落到地面上所需要的时间t=1 s从开始下落到落到海绵垫上停止的过程有mg(t+Δt1)-FΔt1=0代入数据,解得F=1 400 N下落到沙坑的过程有mg(t+Δt2)-F'Δt2=0代入数据,解得F'=7 700 N。
对点演练2汽车安全性能是衡量汽车品质的重要指标,实车碰撞试验是综合评价汽车安全性能最有效的方法。某次测试中质量为1 500 kg的实验汽车在车道上加速至16 m/s后撞上刚性壁障,碰后以4 m/s的速度反向弹回,车滑行2 m后停止,数据传感器记录此次碰撞时间为0.5 s,重力加速度g取10 m/s2,求:(1)碰撞过程中壁障对实验汽车的平均作用力大小;(2)实验汽车与车道之间的动摩擦因数。
答案 (1)6×104 N　(2)0.4解析 (1)取实验汽车反向弹回后的速度方向为正方向,由动量定理可得Ft=mv2-mv1解得F=6×104 N。
由牛顿第二定律有μmg=ma解得μ=0.4。
1.(用动量定理解释生活现象)(多选)下列物理现象的解释正确的是(　　)A.敲击钉子时,不用橡皮锤仅仅是因为橡皮锤太轻B.跳远时,在沙坑里填沙,是为了减小冲量C.运输易碎品时用柔软材料包装、船舷常常悬挂旧轮胎,都是为了延长作用时间,减小作用力D.在车内推车推不动,是因为合外力冲量为零
解析 敲击钉子时,不用橡皮锤是因为橡皮锤与钉子的作用时间长,使钉子受到的作用力较小,故A错误;跳远时,在沙坑里填沙,是为了延长人与地的作用时间,使人受到的作用力减小,避免人受到伤害,故B错误;据动量定理Ft=Δp知,当Δp相同时,t越长,作用力越小,故C正确;车能否移动或运动状态能否改变取决于合外力的作用,与内部作用无关,故D正确。
2.(动量定理的理解)下列关于物体的动量、动能和力的做功、冲量的说法正确的是(　　)A.物体的动能发生变化,其动量一定发生变化B.动能和动量是过程量,功和冲量是状态量C.某个力做功为零,其冲量也为零D.动能大的物体,其动量也一定大
解析 物体的动能发生变化时,速度大小一定发生变化,故动量一定发生变化,故A正确。动量是状态量,等于质量与速度的乘积;动能是指物体在某一状态时由于运动而具有的能量,是状态量;功是力和力的方向上位移的乘积,功对应一段过程,是过程量;冲量是力在时间上的积累,是过程量,故B错误。力对物体做功为零,但冲量不一定为零,只要力有时间积累,就有冲量,故C
3.(冲量的计算)打篮球是高中生喜欢的体育活动之一。原地拍球的时候,由于撞地时篮球动能有所损失,所以需要在高点向下击打篮球,如图所示。假设图中同学某次在篮球上升的最高点竖直向下击球,手与篮球的作用距离为0.25 m(还没到达地面),篮球离手瞬间获得5 m/s的速度,篮球的质量为0.4 kg,不计空气阻力,g取10 m/s2,则本次拍篮球的过程(　　)A.手对篮球做的功为5.0 JB.手对篮球做的功为4.0 JC.手对篮球的冲量为2.5 N·sD.手对篮球的冲量为2.0 N·s
解析 同学拍篮球的过程,由动能定理可得mgh+W= mv2,解得手对篮球做的功为W=4.0 J,A错误,B正确;同学拍篮球的过程,以竖直向下为正方向,由动量定理可得I+mgΔt=mv=2.0 N·s,则I<2.0 N·s,故手对篮球的冲量小于2.0 N·s,C、D错误。
4.(动量、动量定理的理解应用)(2023山东济宁高二期末)如图所示,颠球是足球运动中的一项基本功。若某次颠球中,颠出去的足球竖直向上运动之后又落回到原位置,设整个运动过程中足球所受阻力大小不变。下列说法正确的是(　　)A.足球从颠出到落回的时间内,重力的冲量为零B.足球从颠出到落回的时间内,阻力的冲量为零C.足球上升阶段与下降阶段合力的冲量大小相等D.足球上升阶段动量的减少量大于下降阶段动量的增加量