動量定律 導學案-高二上學期物理人教版（2019）選擇性必修第一冊

使用時間：xxxx年xx月xx日設計人：高中物理演員第頁第一章第2節(jié)1.2動量定律班級：姓名：一、學習目標1.知道沖量的定義并會進行推導，掌握如何求恒力的沖量和變力的沖量；2.掌握動量定理的內容和表達式及適用范圍，了解動量定理的應用；3.掌握用動量定理解決流體模型和其他問題。二、課堂導入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碼頭與船體的撞擊。其中有怎樣的道理呢？兩個物體碰撞時，彼此間會受到力的作用，那么一個物體動量的變化和它所受的力有怎樣的關系呢？三、課堂主體任務1.沖量（I）(1)定義：(2)定義式：I＝_________(F為恒力)單位：符號為。(3)物理意義：沖量是反映力的作用對時間的效應，力，作用時間，沖量就越大。(4)矢量性：如果力的方向不變，則沖量I的方向與力的方向。(5)完成下表：沖量與功的比較：沖量功區(qū)別公式標、矢量單位意義正負作用效果(6)某個力對物體有沖量,力對物體不一定做功；某個力對物體做了功,力對物體一定有沖量。(7)思考與討論：如何求變力的沖量？a.方法：微元法b.推導過程？c.結論：由圖可知F-t圖線與時間軸之間所圍的“面積”的大小表示對應時間t0內，力F0的沖量的大小。注：①沖量的計算要明確求哪個力的沖量，還是物體的合外力的沖量。②I=Ft只能求恒力的沖量。③合力的沖量計算：幾個力的合力的沖量計算，既可以先算出各個分力的沖量后再求矢量和，又可以先算各個分力的合力再算合力的沖量。例1.（課后習題）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作用時間t后，物體仍保持靜止?，F(xiàn)有以下看法：你認為這些看法正確嗎？請簡述你的理由。A.物體所受拉力F的沖量方向水平向右B.物體所受拉力F的沖量大小是FtcosθC.物體所受摩擦力的沖量大小為0D.物體所受合力的沖量大小為0例2:如圖所示，足夠長的固定光滑斜面傾角為θ，質量為m的物體以速度v從斜面底端沖上斜面，達到最高點后又滑回原處，所用時間為t。對于這一過程，下列判斷正確的是()A.斜面對物體彈力的沖量為零B.物體受到的重力的沖量大小為mgtC.物體受到的合力的沖量大小為零任務2.動量定理(1)內容：物體在一個過程中所受_____力的等于它在這個過程。(2)公式：FΔt＝＝。(3)動量定理的推導：為了分析問題的方便，我們先討論物體受恒力的情況。如圖1.2-1，假定一個質量為m的物體在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做勻變速直線運動。在初始時刻，物體的速度為v，經(jīng)過一段時間?t，它的速度為v′，那么，這個物體在這段時間的加速度就是：a=?v根據(jù)牛頓第二定律F＝ma，則有：F=ma=m(即：Ft=mv′-mv=p′-p(4)定理表明合外力的沖量是動量變化的原因；(5)動量定理是矢量式，合外力的沖量方向與物體動量變化的方向;(6)動量的變化率：動量的變化跟發(fā)生這一變化所用的時間的比值，即：F=?p可見，動量的變化率等于。當動量變化較快時，物體所受合力較大，反之較??；當動量均勻變化時，物體所受合力為。例3:（課本例題）一個質量為0.18kg的壘球，以25m/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)?5m/s，設球棒與壘球的作用時間為0.01s。球棒對壘球的平均作用力是多大？例4:（課后習題）如圖，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)?，設打擊時間為0.01s。（1）不計鐵錘所受的重力，鐵錘釘釘子的平均作用力是多大？（2）考慮鐵錘所受的重力，鐵錘釘釘子的平均作用力是多大？（3）你分析一下，在計算鐵錘釘釘子的平均作用力時，在什么情況下可以不計鐵錘所受的重力。任務3.流體模型對“連續(xù)”質點系發(fā)生持續(xù)作用時,物體動量(或其他量)連續(xù)發(fā)生變化。這類問題的處理思路是:正確選取研究對象,即選取很短時間Δt內動量(或其他量)發(fā)生變化的那部分物體作為研究對象,建立如下的“柱狀”模型:在時間Δt內所選取的研究對象均分布在以S為截面積、長為vΔt的柱體內,這部分質點的質量為Δm=ρSvΔt,以這部分質點為研究對象,研究它在Δt時間內動量(或其他量)的變化情況根據(jù)動量定理,流體微元所受的合外力的沖量等于該流體微元動量的增量,即FΔt=ΔmΔv求解。1.基本方法：用動量定理解決流體問題，一般采用微元法：即取一個很短時間Δt，對Δt內流出液體Δm用動量定理。2.解題的關鍵：（1）確定Δm與Δt、液體的速度、密度等的關系。（2）確定Δm作用前后速度的變化。（3）Δt趨近零時，Δm很小，所受的重力均不計。3.特點：⑴對水槍噴射問題，當空中水柱穩(wěn)定后，空中水的體積不變，任何時間內從槍口射出的水等于射向墻壁或物體的水。⑵若水柱不散開，水柱的橫截面積與水的速度成反比。課堂總結：動量定律的應用步驟：1.確定研究對象：一般為單個物體；2.明確物理過程：受力分析，求出合外力的沖量；3.明確研究對象的初末狀態(tài)及相應的動量；4.選定正方向，確定在物理過程中研究對象的動量的變化；5.根據(jù)動量定理列方程，統(tǒng)一單位后代入數(shù)據(jù)求解。①在足球場上，你?？吹竭\動員用頭去頂球的現(xiàn)象，試設想如果迎面飛來的不是足球而是一塊大石頭，他們會用頭去頂嗎？②用錘子使勁壓釘子，就很難把釘子壓入木塊中去，如果用錘子以一定的速度敲釘子，釘子就很容易鉆入木塊，這是為什么？③直接跳在水泥地上行嗎？④雜技表演時，?？煽匆娪腥擞描F錘猛擊放在“大力士”身上的條石，石裂而人不傷，試分析其中的道理。隨堂練習1.（多選）關于沖量和動量，下列說法中正確的是（）A.沖量是反映力的作用時間積累效果的物理量B.動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量C.沖量是物體動量變化的原因D.沖量是描述物體狀態(tài)的物理量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)的大小與時間t的關系和物體速度v與時間t的關系分別如圖所示，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量B．拉力F在4秒內的沖量是8N·sC．拉力F在4秒內的沖量是3N·sD．物體在4秒內的動能變化是6J4.一個質量為10kg的物體，以10m/s的速度做直線運動，受到一個反向的作用力F，經(jīng)過4s，速度變?yōu)榉聪?m/s。這個力是多大？5.質量為0.5kg的小球沿光滑水平面以v1＝5m/s的速度沖向墻壁后又以v2＝4m/s的速度反向彈回，如圖所示，若球跟墻的作用時間為0.05s，則小球所受到的平均力大小為_______N.6.一個質量為60kg的蹦床運動員，從離水平網(wǎng)面3.2m高處自由下落，著網(wǎng)后沿豎直方向蹦回到離水平網(wǎng)面5.0m高處。已知運動員與網(wǎng)接觸的時間為0.8s，g取10m/s2。（1）求運動員與網(wǎng)接觸的這段時間內動量的變化量。（2）求網(wǎng)對運動員的平均作用力大小。（3）求從自由下落開始到蹦回離水平網(wǎng)面5.0m高處這一過程中運動員所受重力的沖量、彈力的沖量。7.曾經(jīng)有一則新聞報道，一名4歲兒童從3層高的樓房掉下來，被一名見義勇為的青年接住。請你估算一下，兒童受到的合力的沖量是多大？設兒童與青年之間的相互作用時間為0.1s，則兒童受到的合力的平均值有多大？8.某游樂園入口旁有一鯨魚噴泉,在水泵作用下會從鯨魚模型背部噴出豎直向上的水柱,將站在沖浪板上的玩偶模型托起,懸停在空中,伴隨著音樂旋律,玩偶模型能夠上下運動,如圖所示。這一景觀可做如下簡化,假設水柱從橫截面積為S的噴口持續(xù)以速度v0豎直向上噴出,設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,保證所有水都能噴到?jīng)_浪板的