選擇性必修 第一冊(cè)2 動(dòng)量定理精品ppt課件

這是一份選擇性必修 第一冊(cè)2 動(dòng)量定理精品ppt課件，共35頁(yè)。PPT課件主要包含了思考探究，深入理解，典型例題，課堂總結(jié)，CONTENTS，導(dǎo)入與思考，學(xué)習(xí)目標(biāo)，探究思考，F(xiàn)ma，v-v等內(nèi)容，歡迎下載使用。
有些船和碼頭常懸掛一些老舊輪胎，主要的用途是減輕船舶靠岸時(shí)碼頭與船體撞擊。
理解動(dòng)量定理的確切含義及其表達(dá)式；會(huì)運(yùn)用動(dòng)量定理解決實(shí)際問(wèn)題．
理解沖量的概念，知道沖量是矢量．
會(huì)用動(dòng)量定理解釋碰撞、緩沖等生活現(xiàn)象．
我們知道兩個(gè)物體碰撞時(shí)，彼此間會(huì)受到力的作用。
右邊的生活中的實(shí)例中，輪胎、泡沫、襯墊起到了緩沖作用，且知道物體速度發(fā)生了變化，即動(dòng)量發(fā)生了變化。
動(dòng)量的變化與速度的變化有關(guān)，而速度的變化是因?yàn)橛屑铀俣?，而牛頓第二定律告訴我們，加速度是由物體所受的合外力產(chǎn)生的。
設(shè)置物理情景：質(zhì)量為m的物體，在合力F的作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間Δt，速度由v變?yōu)関′，如圖所示：
由牛頓第二定律：
變形可得： FΔt = m?? – m?0
表明動(dòng)量的變化與力的時(shí)間積累效果有關(guān)。
FΔt =p?-p=ΔP
定義：物體在一個(gè)過(guò)程中所受力的沖量等于它在這個(gè)過(guò)程始末的動(dòng)量變化量。
單位：在國(guó)際單位制中，沖量的單位是?！っ?，符號(hào)是N·s
公式： I=FΔt ①
I =p?-p ②
F（t?-t） =m?? – m?0 ③
定義：物理學(xué)中把力與力作用時(shí)間的乘積叫作力的沖量，用字母I表示沖量。
(2)各個(gè)力的沖量的矢量和
1.若力與時(shí)間成線(xiàn)性關(guān)系變化，則可用平均力求變力的沖量，即公式I=FΔt 中的F 取平均值.
2.若給出了力隨時(shí)間變化的圖象如圖所示，可用面積法求變力的沖量．
沖量是矢量，若為恒力，則沖量的方向跟該力的方向相同，若為變力，則由動(dòng)量變化方向確定。
沖量是過(guò)程量，反映了力對(duì)時(shí)間的積累效應(yīng)，求沖量時(shí)一定要明確所求的是哪一個(gè)力在哪一段時(shí)間內(nèi)的沖量。
沖量的計(jì)算:1.要明確求哪個(gè)力的沖量，還是物體的合外力的沖量。幾個(gè)力的合力的沖量計(jì)算，既可以先算出各個(gè)分力的沖量后再求矢量和，又可以先算各個(gè)分力的合力再算合力的沖量。2.恒力沖量利用I=FΔt進(jìn)行計(jì)算，變力的沖量計(jì)算，要先求得F 的平均值，再利用公式計(jì)算，也可以用面積法求解，但一般利用動(dòng)量定理I=m?? – m?0求解更為方便。
例1.質(zhì)量為m的物體放在水平地面上，在與水平方向成角的拉力F作用下由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，速度達(dá)到v．則在這段時(shí)間內(nèi)，拉力F和重力的沖量分別是（???????）A．Ft，0 B．Ftcsθ，0 C．mv，0 D．Ft，mgt
【答案】D【詳解】因兩力作用時(shí)間均為t，則有：重力的沖量為mgt，拉力的沖量為Ft；故D正確，ABC錯(cuò)誤，故選D．
1　如圖，一物體靜止在水平地面上，受到與水平方向成θ角的恒定拉力F作用時(shí)間t后，物體仍保持靜止。以下說(shuō)法中正確的是（　?。〢．物體的動(dòng)量變化量為FtB．物體所受合力的沖量大小為0C．物體所受摩擦力的沖量大小為0D．物體所受拉力F的沖量大小是Ftcsθ，方向水平向右
【答案】B【詳解】A．物體保持靜止?fàn)顟B(tài)，速度一直為0，所以物體的動(dòng)量變化量為0，A錯(cuò)誤；B．物體所受合力為零，所以物體所受合力的沖量大小為0，B正確；C．根據(jù)恒力沖量的定義可知，沖量等于力與時(shí)間的乘積，故摩擦力對(duì)物體的沖量為Ftcsθ，C錯(cuò)誤；D．拉力F對(duì)物體的沖量大小為Ft，方向與F方向一直，D錯(cuò)誤。故選B。
例2.一質(zhì)量m=4kg的物體靜置在粗糙的水平地面上，物體與地面的摩擦因數(shù)μ=0.5從t=0時(shí)刻開(kāi)始對(duì)物體施加一水平力F，其大小如圖所示。已知最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，重力加速度g=10m/s2，則在0~1.0s時(shí)間內(nèi)，摩擦力對(duì)物體產(chǎn)生的沖量大小為（　?。〢．10N·sB．16N·sC．20N·sD．25N·s
【答案】B【詳解】最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，則 ，0~0.4s，F(xiàn)fmax,物體運(yùn)動(dòng)，摩擦力為滑動(dòng)摩擦力，大小為20N，則滑動(dòng)摩擦力的沖量 ，所以，摩擦力對(duì)物體產(chǎn)生的沖量大小為 ，故選B。
2　放在水平面上的物塊，受到與水平方向夾角為60°，斜向上拉力F的作用，F(xiàn)的大小與時(shí)間t的關(guān)系和物體速度v與時(shí)間t的關(guān)系分別如圖所示，根據(jù)圖象提供的信息，下面判斷正確的是（　　）A．由圖象可以求出物體的質(zhì)量B．拉力F在4秒內(nèi)的沖量是8N·sC．拉力F在4秒內(nèi)的沖量是3N·sD．物體在4秒內(nèi)的動(dòng)能變化是6J
【答案】B【詳解】A．物體加速階段的加速度為：a=2m/s2，對(duì)物體受力分析，受拉力F、重力mg、支持力N、滑動(dòng)摩擦力f，假設(shè)動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，根據(jù)牛頓第二定律，有Fcs60°-μ（mg-Fsin60°）=ma，由于μ未知，故無(wú)法求出物體的質(zhì)量，故A錯(cuò)誤；BC．根據(jù)沖量定義式I=Ft，得到拉力F的沖量為I=1N×2s+3N×2s=8N?s，故B正確，C錯(cuò)誤；D．由于物體質(zhì)量無(wú)法求出，故動(dòng)能增加量未知，故D錯(cuò)誤；故選B。
動(dòng)量定理的優(yōu)點(diǎn)：不考慮中間過(guò)程，只考慮初末狀態(tài)。
動(dòng)量的變化率： ，即等于物體所受合外力。當(dāng)動(dòng)量變化較快時(shí)，物體所受合力較大，反之較?。划?dāng)動(dòng)量均勻變化時(shí)，物體所受合力為恒力。
適用范圍: 1.動(dòng)量定理不但適用于恒力，也適用于隨時(shí)間變化的變力； 2.動(dòng)量定理不僅可以解決勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，還可以解決曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中的有關(guān)問(wèn)題，將較難的計(jì)算問(wèn)題轉(zhuǎn)化為較易的計(jì)算問(wèn)題； 3.動(dòng)量定理不僅適用于宏觀(guān)低速物體，也適用于微觀(guān)現(xiàn)象和變速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。
動(dòng)量定理是矢量式，合外力的沖量方向與物體動(dòng)量變化的方向相同,即合外力沖量的方向與合外力的方向或速度變化量的方向一致，但與初動(dòng)量方向可相同，也可相反，甚至還可成角度
例3.質(zhì)量為1kg的物體做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其速度—時(shí)間圖像如圖3所示，則物體在0~5s內(nèi)和10s~20s內(nèi)所受合外力的沖量分別是（　?。〢．10N?s，-10N?sB．5N?s，0C．5N?s，10N?sD．5N?s，-10N?s
【答案】D【詳解】由題圖可知，在0~5s內(nèi)初動(dòng)量為 ,末動(dòng)量為 ,由動(dòng)量定理知在10s~20s內(nèi)初動(dòng)量 ,末動(dòng)量為 ,由動(dòng)量定理得 ，故選D。
3?。ǘ噙x）如圖，一個(gè)質(zhì)量為0.18 kg的壘球，以25 m/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)?5 m/s，設(shè)球棒與壘球的作用時(shí)間為0.01 s。下列說(shuō)法正確的是（　?。〢．球棒對(duì)壘球的平均作用力大小為1 260 NB．球棒對(duì)壘球的平均作用力大小為360 NC．球棒對(duì)壘球做的功為238.5 JD．球棒對(duì)壘球做的功為126 J
【答案】AD【詳解】AB．根據(jù)動(dòng)量定理F?t=mv?2﹣mv?1，得 ，符號(hào)表示力的方向與初速度的方向相反，則選項(xiàng)A正確、B錯(cuò)誤；CD．根據(jù)動(dòng)能定理，球棒對(duì)壘球做的功選項(xiàng)C錯(cuò)誤、D正確。故選AD．
為什么水杯落在水泥地面上會(huì)摔碎，而落在軟墊上卻完好無(wú)損呢？
Δp一定，Δt短則F大，Δt長(zhǎng)則F小
水杯從同一高度下落，分別與水泥地面和海綿墊接觸前的速度是相同的，也即初動(dòng)量相同，碰撞后速度均變?yōu)榱?，即末?dòng)量均為零，因而在相互作用過(guò)程中水杯的動(dòng)量變化量相同。而兩種情況下的相互作用時(shí)間不同，與水泥地面碰時(shí)作用時(shí)間短，與海綿墊相碰時(shí)作用時(shí)間較長(zhǎng)，由 FΔt =Δp 知，水杯與水泥地面相碰時(shí)作用力大，會(huì)被打破，與海綿墊相碰時(shí)作用力較小，因而不會(huì)被打破。
例4.1998年6月18日，清華大學(xué)對(duì)富康轎車(chē)成功地進(jìn)行了中國(guó)轎車(chē)史上的第一次碰撞安全性實(shí)驗(yàn)，成功“中華第一撞”，從此，我國(guó)汽車(chē)整體安全性碰撞實(shí)驗(yàn)開(kāi)始與國(guó)際接軌，在碰撞過(guò)程中，關(guān)于安全氣囊的保護(hù)作用認(rèn)識(shí)正確的是（　?。〢．安全氣囊的作用減小了駕駛員的動(dòng)量變化B．安全氣囊減小了駕駛員受到撞擊力的沖量C．安全氣囊主要是減小了駕駛員的動(dòng)量變化率D．安全氣囊延長(zhǎng)了撞擊力的作用時(shí)間，從而使得動(dòng)量變化更大
【答案】C【詳解】在碰撞過(guò)程中，人的動(dòng)量的變化量是一定的，而使用安全氣囊后增加了作用的時(shí)間，根據(jù)動(dòng)量定理FΔt=Δp，可以知道，作用時(shí)間t增加，駕駛員受到的沖擊力F則變小，即減少了駕駛員的動(dòng)量變化率。故選C。
4　體操運(yùn)動(dòng)員從同樣高度翻滾落地時(shí)，總有一個(gè)屈膝的動(dòng)作，其原因是（　　）A．屈膝落地動(dòng)量小，不易受傷B．屈膝落地動(dòng)量改變小，不易受傷C．不屈膝落地動(dòng)量改變大，容易受傷D．屈膝落地可以延長(zhǎng)作用時(shí)間，從而減小腿部受力，不易受傷
【答案】D【詳解】人從高處跳下落地時(shí)，總有一個(gè)曲膝的動(dòng)作，是為了增加運(yùn)動(dòng)員與地面的作用時(shí)間，根據(jù)動(dòng)量定理FΔt=Δp，在動(dòng)量變化相同的情況下可以減小作用力，避免運(yùn)動(dòng)員受到傷害；不會(huì)減小動(dòng)量變化量，也不會(huì)減小地面對(duì)人的沖量，故ABC錯(cuò)誤，D正確。
例5.一位撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員，質(zhì)量m＝70kg，從h＝5.0m高處落到海綿墊上，從接觸海綿墊開(kāi)始，經(jīng)Δt1＝1s后，人停止運(yùn)動(dòng)，g取10m/s2，求：（1）該運(yùn)動(dòng)員身體受到的平均沖力的大??；（2）如果是落到普通沙坑中，經(jīng)Δt2＝0.1s停下，則沙坑對(duì)運(yùn)動(dòng)員的平均沖力為大？
運(yùn)用動(dòng)量定理解題的一般步驟
1. 確定研究對(duì)象：一般為單個(gè)物體；
2. 明確物理過(guò)程：受力分析，求出合外力的沖量；
3. 明確研究對(duì)象的初末狀態(tài)及相應(yīng)的動(dòng)量；
4. 選定正方向，確定在物理過(guò)程中研究對(duì)象的動(dòng)量的變化；
5. 根據(jù)動(dòng)量定理列方程，統(tǒng)一單位后代入數(shù)據(jù)求解。
5　深圳實(shí)驗(yàn)學(xué)校高二年級(jí)班級(jí)籃球賽于5月份進(jìn)行，為保證比賽順利進(jìn)行，籃球協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)王強(qiáng)同學(xué)為了檢查籃球氣是否充足，于是手持籃球自離地面高度0.8m處以3m/s的初速度豎直向下拋出，球與地面相碰后豎直向上彈起的最大高度為0.45m，已知籃球的質(zhì)量為0.6kg，球與地面接觸時(shí)間為0.1s，若把在這段時(shí)間內(nèi)球?qū)Φ孛娴淖饔昧Ξ?dāng)作恒力處理，空氣阻力不計(jì)，g=10m/s2，求：（1）整個(gè)過(guò)程中，重力的沖量；（2）球?qū)Φ孛孀饔昧Φ拇笮　?br/>　應(yīng)用動(dòng)量定理處理“流體模型”的沖擊力問(wèn)題
對(duì)“連續(xù)”質(zhì)點(diǎn)系發(fā)生持續(xù)作用時(shí),物體動(dòng)量(或其他量)連續(xù)發(fā)生變化。這類(lèi)問(wèn)題的處理思路是:正確選取研究對(duì)象,即選取很短時(shí)間Δt內(nèi)動(dòng)量(或其他量)發(fā)生變化的那部分物體作為研究對(duì)象,建立如下的“柱狀”模型:在時(shí)間Δt內(nèi)所選取的研究對(duì)象均分布在以S為截面積、長(zhǎng)為vΔt的柱體內(nèi),這部分質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量為Δm=ρSvΔt,以這部分質(zhì)點(diǎn)為研究對(duì)象,研究它在Δt時(shí)間內(nèi)動(dòng)量(或其他量)的變化情況根據(jù)動(dòng)量定理,流體微元所受的合外力的沖量等于該流體微元?jiǎng)恿康脑隽?即FΔt=ΔmΔv求解。
例6.某游樂(lè)園入口旁有一噴泉，噴出的水柱將一質(zhì)量為M的卡通玩具穩(wěn)定地懸停在離地面高為h的空中、為計(jì)算方便，假設(shè)水柱從噴口持續(xù)以某一速度豎直向上噴出；玩具底部為平板，面積為S；水柱沖擊到玩具底板后，在豎直方向上水的速度變?yōu)榱?，在水平方向朝四周均勻散開(kāi)，忽略空氣阻力。已知水的密度為ρ，重力加速度大小為g。求：（1）單位時(shí)間沖擊到玩具底面水的質(zhì)量m。（2）水柱從噴口噴出時(shí)的速度v0。
1.建立“柱狀”模型,沿流速v的方向選取一段柱形流體,其橫截面積為S。
2. 微元研究,作用時(shí)間Δt內(nèi)的一段柱狀流體的長(zhǎng)度為Δl,對(duì)應(yīng)的質(zhì)量為Δm=ρSvΔt。
3. 建立方程,應(yīng)用動(dòng)量定理研究這段柱狀流體。
6　香港迪士尼游樂(lè)園入口旁有一噴泉，在水泵作用下會(huì)從鯨魚(yú)模型背部噴出豎直向上的水柱，將站在沖浪板上的米老鼠模型托起，穩(wěn)定地懸停在空中，伴隨著音樂(lè)旋律，米老鼠模型能夠上下運(yùn)動(dòng)，引人駐足，如圖所示．這一景觀(guān)可做如下簡(jiǎn)化，假設(shè)水柱以一定的速度從噴口豎直向上噴出，水柱的流量為Q（流量定義：在單位時(shí)間內(nèi)向上通過(guò)水柱橫截面的水的體積），設(shè)同一高度水柱橫截面上各處水的速率都相同，沖浪板底部為平板且其面積大于水柱的橫截面積，保證所有水都能?chē)姷經(jīng)_浪板的底部．水柱沖擊沖浪板前其水平方向的速度可忽略不計(jì)，沖擊沖浪板后，水在豎直方向的速度立即變?yōu)榱?，在水平方向朝四周均勻散開(kāi)．已知米老鼠模型和沖浪板的總質(zhì)量為M，水的密度為ρ，重力加速度大小為g，空氣阻力及水的粘滯阻力均可忽略不計(jì)．（1）求噴泉單位時(shí)間內(nèi)噴出的水的質(zhì)量；（2）由于水柱頂部的水與沖浪板相互作用的時(shí)間很短，因此在分析水對(duì)沖浪板的作用力時(shí)可忽略這部分水所受的重力．試計(jì)算米老鼠模型在空中懸停時(shí)，水到達(dá)沖浪板底部的速度大??；
【答案】（1） ；（2） ；【詳解】（1）設(shè)很短時(shí)間內(nèi)，從噴口噴出的水的體積為△V，質(zhì)量為△m，水柱在噴口的初速度為v0，噴口的橫截面積為S．則 ， ，解得單位時(shí)間內(nèi)從噴口噴出的水的質(zhì)量為（2）設(shè)米老鼠模型和沖浪板在空中懸停時(shí)，水柱頂部的水沖擊沖浪板底面速度由v變?yōu)?，時(shí)間這些水對(duì)板的作用力的大小為F′，板對(duì)水的作用力的大小為F，以向下為正方向，不考慮水柱頂部水的重力，根據(jù)動(dòng)量定理有 ，根據(jù)牛頓第三定律F= F′，由于米老鼠模型在空中懸停，根據(jù)力平衡條件得 ，聯(lián)立可解得 。
1.如圖，小滑塊在水平外力作用下，沿水平地面從A點(diǎn)由靜止向右滑行、滑至B點(diǎn)時(shí)撤去外力F，到C點(diǎn)時(shí)速度恰好為零，不計(jì)空氣阻力，則下列說(shuō)法正確的是（　?。〢．段滑塊動(dòng)量的改變量大于阻力的沖量B．段和段滑塊動(dòng)量的變化量大小相等方向相同C．滑塊運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程，做的功與克服阻力的功大小相等D．滑塊運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程，的沖量與阻力的沖量大小相等，方向相同
2.安全氣囊是汽車(chē)安全保障的重要設(shè)施，它與座椅安全帶配合使用，可以為乘員提供有效的防撞保護(hù)，在汽車(chē)相撞時(shí)，汽車(chē)安全氣囊可使頭部受傷率減少25%，面部受傷率減少80%左右。若某次汽車(chē)安全測(cè)試中，汽車(chē)發(fā)生劇烈碰撞時(shí)，安全氣囊未打開(kāi)，與安全氣囊順利打開(kāi)相比，下列說(shuō)法正確的是（設(shè)每次測(cè)試汽車(chē)速度相同）（　　）A．安全氣囊未打開(kāi)時(shí)，模擬乘員的動(dòng)量變化量B．安全氣囊打開(kāi)時(shí)，模擬乘員受到的撞擊力小C．安全氣囊未打開(kāi)時(shí)，模擬乘員受到撞擊力的沖量大D．安全氣囊打開(kāi)時(shí)，模擬乘員的動(dòng)量變化快
【答案】B【詳解】AC．無(wú)論安全氣囊是否打開(kāi)，模擬乘員的初末動(dòng)量不變，動(dòng)量變化量不變，根據(jù) ，受到撞擊力的沖量不變，故AC錯(cuò)誤；BD．安全氣囊打開(kāi)時(shí)，模擬乘員速度變化的時(shí)間增加，而動(dòng)量變化量不變，則模擬乘員的動(dòng)量變化慢，根據(jù) ，可知，模擬乘員受到的撞擊力小，故B正確D錯(cuò)誤。故選B。
3.這是一個(gè)真實(shí)的事件：一個(gè)兩歲小孩，由于家人看護(hù)失誤，從10樓墜下，好心人奮不顧身地沖上前去成功用手臂接住孩子。但其左臂卻折斷，小孩和好心人均受傷較重。假設(shè)兩歲小孩體重10kg。好心人接住小孩過(guò)程持續(xù)的時(shí)間大約為0.1s，重力加速度g取10m/s2，試估算好心人左臂所受的沖力大小約為（　　）A．24 NB．2.4×102N C．2.4×103 N D．2.4×105 N
【答案】C【詳解】小孩的運(yùn)動(dòng)可看作自由落體運(yùn)動(dòng)，下落高度約為h=27m，落地速度大小為規(guī)定豎直向上的方向?yàn)檎较?，設(shè)好心人左臂所受沖力大小為F，由動(dòng)量定理得(F－mg)t=0－mv，解得F=2.4×103N，故選C。
4.如圖所示，用0.5kg的鐵錘釘釘子，打擊前鐵錘的速度為4m/s，打擊后鐵錘的速度變?yōu)?，設(shè)打擊時(shí)間為0.01s。鐵錘所受重力不可忽略。求：(1)鐵錘打擊釘子這段時(shí)間內(nèi)動(dòng)量變化量p的大小及方向；(2)釘子對(duì)鐵錘的平均作用力f的大小。
【答案】(1)；方向豎直向上；(2)205N【詳解】(1)設(shè)豎直向下為正方向 ，所以鐵錘動(dòng)量變化量大小為2N.s。(2)根據(jù)動(dòng)量定理 ，解得 。
1.定義：沖量：力與力作用時(shí)間的乘積動(dòng)能定理：物體在一個(gè)過(guò)程中所受力的沖量等于它在這個(gè)過(guò)程始末的動(dòng)量變化量。
2.相關(guān)公式：I=FΔt=p?-p=ΔP， I=F（t?-t） =m?? – m?0
3.對(duì)動(dòng)能定理的理解：（1）動(dòng)能定理表明合外力的沖量是使物體動(dòng)量變化的原因。（2）動(dòng)能定理的表達(dá)式是矢量，合外力的沖量跟物體動(dòng)量變化量不僅有大小，還要注意方向問(wèn)題，在解題時(shí)，要注意規(guī)定正方向。
4.動(dòng)能定理的普適性：（1）即適用于直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，也適用于曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)； （2）即適用于單過(guò)程運(yùn)動(dòng)，也適用于多過(guò)程運(yùn)動(dòng)；（3）即適用于單個(gè)物體，也適用于多個(gè)物體組成的系統(tǒng)；（4）即適用于解決恒力問(wèn)題，也適用于解決變力問(wèn)題。