《高中物理选修5-第一次课(动量与冲量、动量定理)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理选修5-第一次课(动量与冲量、动量定理)（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、161 动量和冲量教学目标： 1.理解冲量和动量的概念，知道它们的单位和定义；2理解冲量和动量的矢量性，理解动量变化的概念；知道运用矢量运算法则计算动量变化，会正确计算一维的动量变化。重点难点：动量和冲量的概念；动量变化量的计算教学过程： 引入新课 演示取几颗弹丸，分发给学生传看。将一颗弹丸装入玩具手枪，一手持枪，一手持纸靶，沿平行于黑板的方向击发：弹丸穿透纸靶。接着，佯装再次装弹(不让学生知道实际是空膛)，声明：数到三时，开枪然后举枪指向某一区域的同学，缓缓地数出“一、二 、三”，不等枪响，手枪所指区域的同学即作出或抵挡或躲避的防御反应。 讨论分析师问：你们躲避什么?为什么要躲避? 生答：子
2、弹，它有杀伤力. 师问：刚才传看弹丸时，为什么不躲不闪? 生答：没有速度的子弹，不具有杀伤力。师问：空气中的气体分子具有很大的速度(可达105m/s)，它们无时不在撞击着我们最珍贵也是最薄弱的部位眼睛，为什么我们却毫不在乎? 生答：气体分子质量很小。师问：手枪所指区域以外的同学，为什么没有作出防御反应? 生答：子弹不是射向他们。讨论总结运动的物体能够产生一定的机械效果(如弹丸穿透纸靶)，这个效果的强弱取决于物体的质量和速度两个因素，这个效果只能发生在物体运动的方向上。 物理学家们为了描述运动物体的这一特性，引入动量概念。进行新课一、动量1.定义：物体的质量与速度的乘积，称为物体的动量。2.表达
3、式：P=mv 动量与动能的关系： 或 3.单位：千克米每秒，符号：kgm/s。4.理解要点：(1)状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动。显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念。(2)矢量：动量的方向与速度方向一致。综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘
4、积，动量的方向与速度方向一致。5.动量的变化（1）运动物体在某一过程的末动量P/与初动量P的差。（2）表达式：P=P/P。（3）动量的变化P是矢量，其运算遵循平行四边形定则，如图所示。 如果始、末动量都在同一直线上或相互平行，则在该直线上选定一个正方向后，就可以将矢量运算转换成代数运算了。例1一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个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，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？思考讨论怎样使一个物体的动量发生变化? 讨论总结施加力的作用并持续一段时间。使物体的动量发生相同的变化，既可以用较大的力短时间作用，也
5、可以用较小的力长时间作用。结论：持续作用在物体上的力，可以产生这样的效果：使物体的动量发生变化。二、冲量l.定义：力与作用时间的乘积，称为这个力对物体的冲量。2.表达式：I=Ft3.单位：牛秒，符号：Ns由上式可以看出冲量和动量的单位是相同的，即lNs=lkgm/s，但这并不意味着这两个单位可以混用。4.理解要点（1）过程量：冲量描述力对时间的累积作用效果。（2）矢量性：冲量的方向与力的方向相同。（3）I=Ft一般只适用于恒力冲量的计算。对于变力的冲量，需用其他方法计算。例2物体受到一个水平向右的推力的作用而静止在水平桌面上，求：（1）推力在6s内的冲量是多少?方向如何?（2）这个冲量在数值上
6、与Ft图中阴影面积有何联系?（3）如果推力方向不变，在6s内从零均匀增大到15N，计算推里在6s内的冲量。t/sF/N246510150t/sF/N246510150例3质量为0.5kg的物体以4m/s的速率做匀速圆周运动，则：（1）物体的动量是否保持不变?（2）物体在半周期内的动量变化是多大?方向如何?一个周期内的动量变化是多大?1/4周期内的动量变化是多大?例4倾角为=370的粗糙斜面上放置一质量m=2kg的物体，求下面两种情况下物体所受各力在5s内的冲量：（1）物体与斜面的动摩擦因数=0.8；（2）物体与斜面的动摩擦因数=0.5。课堂练习1质量为0.2kg的垒球以30m/s的速度飞向击球
7、手经击球手奋力打击后，以50m/s的速度反弹。设打击前后，垒球沿同一直线运动，试分析： (1)打击后，垒球的动量大小是变大了还是变小了，变大或变小了多少?(2)在打击过程中，垒球的动量变化是多大?方向如何?(3)思考：在(1)、(2)两问中，结果为什么会不同?2在光滑水平桌面上静置一物体，现用方向不变的水平力作用在物体上，已知力的大小随时间变化如图所示，试求06s内作用力的总冲量。162 动量定理教学目标：1.学习动量定理，理解和掌握冲量和动量改变的关系；2.学会利用牛顿运动定律推导动量定理。重点难点：1.动量定理是矢量定理的理解，注意方向性；2.掌握利用动量定理解决问题的基本方法。教学过程：
8、复习引入讨论1以初速度v0竖直向上抛出一物体，空气阻力不可忽略。关于物体受到的冲量，以下说法中正确是：（BCD）A.物体上升阶段和下落阶段受到重力的冲量方向相反B.物体上升阶段和下落阶段受到空气阻力冲量的方向相反C.物体在下落阶段受到重力的冲量大于上升阶段受到重力的冲量FD.物体从抛出到返回抛出点，所受各力冲量的总和方向向下讨论2 以10m/s的速度运动的球，能不能用头去顶？讨论3鸡蛋从1m高处掉落地上，鸡蛋会破吗？一、动量定理1.推导：（1）放在光滑水平面上的物体，在水平拉力F的作用下向右加速运动，经过时间t，速度从v1增加到v2，则有： F=ma 有： Ft=mv2-mv1（2）若水平面粗
9、糙，有：F-f=ma 有： (F-f)t=mv2-mv1综合（1）、（2）有：Ft=mv2-mv1 即I合=P2.内容：物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化。3.表达式：I合=P ，Ft=mv2-mv1例1 质量2kg的木块与水平面间的动摩擦因数=0.2，木块在F=5N的水平恒力作用下由静止开始运动。g=10m/s2，求恒力作用在木块上10s末物体的速度。解法1：恒力作用下的木块运动中共受到竖直向下的重力mg，水平面向上的支持力N，沿水平方向的恒力F和摩擦力，如图所示。木块运动的加速度 ， 木块运动10s的速度vt=at=0.510=5m/s解法2：木块的受力分析同上。在10s内木块所受合力
10、的冲量I=Ft-ft。木块初速度是零，10s末速度用v表示。10s内木块动量的改变就是mv。根据动量定理I=mv，10s末木块的速度 两种解法相比较，显然利用动量定理比较简单。动量定理绕过了加速度的环节，处理和时间有关的力和运动的问题时就比较方便。4.说明：（1）动量定理的研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统。当研究对象为物体系时，物体系总动量的增量等于相应时间内物体系所受的合外力的冲量。所谓物体系总动量的增量是指系统内各物体的动量变化量的矢量和。所谓物体系所受的合外力的冲量是指系统内各物体所受的一切外力的冲量的矢量和，而不包括系统内部物体之间的相互作用力（内力）的冲量；这是因为
11、内力总是成对出现的，而且它们的大小相等、方向相反，其冲量的矢量和总等于零。（2）动量定理公式中的F是研究对象所受的所有外力的合力，它可以是恒力，也可以是变力。当合外力为变力时，F应该是合外力对作用时间的平均值（如果能平均，比如力随时间均匀变化的情况）。（3）动量定理公式中的Ft是合外力的冲量，即外力冲量的矢量和，是使研究对象动量发生变化的原因，即冲量是动量变化的原因。在所研究的物理过程中：如果各个外力的作用时间相同，求合外力的冲量时，可以先按矢量合成法则求所有外力的合力，然后再乘以力的作用时间；也可以先求每个外力在作用时间内的冲量，然后再按矢量合成法则求所有外力冲量的矢量和；如果作用在研究对象
12、上的各个力的作用时间不相同，就只能求每个力在相应时间内的冲量，然后再求所有外力冲量的矢量和。（4）动量定理中mv2mv1是研究对象的动量增量，是过程末态动量与初态动量的差值（矢量差）。（5）动量定理中的等号（=），表明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相等，方向相同，但绝不能认为合外力的冲量就是动量的增量。合外力的冲量是引起研究对象的运动状态改变的外来因素（原因），而动量的增量则是研究对象受外力冲量后所导致的必然结果（结果）。（6）I=P是矢量式，在应用动量定理时，应该遵循矢量运算的平行四边形定则。所以，对一条直线上运动的物体，在应用动量定理解题时应先规定正方向。（7）牛顿定律跟动量定理的
13、关系根据 Fma 得： Fma 即这是牛顿第二定律的另一种表达形式：合外力F等于物体动量的变化率。5.关于应用（1）应用动量定理I=p求变力的冲量的方法如果物体受到变力的作用，则不能直接用Ft求变力的冲量，而应求出该力作用下物体动量的变化p，等效代换变力的冲量I=p。（2）应用p=Ft求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化在曲线运动中，速度方向时刻在变化，求动量的变化p=p2p1需要应用矢量运算方法，比较麻烦。如果作用力是恒力，可以求出恒力的冲量等效代换动量的变化。如平抛运动中动量的变化问题。思考以初速度v0平抛出一个质量为m的物体，求抛出后t秒内物体的动量变化。答案：p=Ft=mgt，方向竖
14、直向下二、应用动量定理解题的一般步骤1.明确研究对象和研究过程研究对象可以是一个物体，也可以是几个物体组成的系统。系统内各物体可以是保持相对静止的，也可以是相对运动的。研究过程既可以是全过程，也可以是全过程中的某一阶段。2.正确进行受力分析只分析研究对象以外的物体施给研究对象的力。所有外力的矢量和为合外力。研究对象内部的相互作用力（内力）会改变系统内某一物体的动量，但不影响系统的总动量，因此不必分析内力。如果在所选定的研究过程中的不同阶段中物体的受力情况不同，就要分别计算它们的冲量，然后求它们的矢量和。3.规定正方向由于力、冲量、速度、动量都是矢量，在一维的情况下，列式前要先规定一个正方向，和
15、这个方向一致的矢量为正，反之为负。4.写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量（或各外力在各个阶段的冲量的矢量和）5.根据动量定理列式求解。三、常见类型和例题（一）掌握求恒力和变力冲量的方法恒力F的冲量求法：直接根据I=Ft求；变力的冲量求法：由动量定理或F-t图线与横轴所夹的面积来求。例1质量为m的小球由高为H倾角为光滑斜面顶端，无初速滑到底端过程中，重力、弹力、合力的冲量各是多大？解：力的作用时间都是力的大小依次是mg、mgcos和mgsin所以它们的冲量依次是： 特别注意：该过程中弹力虽然不做功，但对物体有冲量。例2一个物体同时受到两个力F1、F2的作用，F1、F2与时间t的关系如图所示，如果该物体从静止开始运动，经过t=10s，F1、F2
