2024-2025學(xué)年新教材高中物理第1章動(dòng)量守恒定律2.動(dòng)量定理課件新人教版選擇性必修第一冊

第一章2.動(dòng)量定理學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過學(xué)習(xí),理解沖量的概念及其矢量性。(物理觀念)2.通過理論推導(dǎo),掌握動(dòng)量定理,理解其確切含義。(科學(xué)思維)3.通過實(shí)例分析,能夠利用動(dòng)量定理解釋緩沖、碰撞等有關(guān)現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。(科學(xué)思維)基礎(chǔ)落實(shí)·必備知識全過關(guān)一、沖量

沖量是過程量、矢量1.定義:力與力的

的乘積叫沖量。

2.公式:I=

。

3.單位:

,符號是

。

4.矢量性:力的方向不變時(shí),沖量的方向與

相同。

5.物理意義:反映力的作用對

的累積效應(yīng)。

作用時(shí)間

FΔt牛秒

N·s力的方向

時(shí)間

二、動(dòng)量定理合力的沖量或各個(gè)力沖量的矢量和1.內(nèi)容:物體在一個(gè)過程中所受力的沖量等于它在這個(gè)過程始末的

。

2.表達(dá)式:I=

或F(t'-t)=

。

三、動(dòng)量定理的應(yīng)用

映了物體所受合力的沖量是物體動(dòng)量變化的原因根據(jù)動(dòng)量定理可知:如果物體的動(dòng)量發(fā)生的變化是一定的,那么作用時(shí)間

,物體受的力就大;作用時(shí)間

,物體受的力就小。

動(dòng)量變化量p'-pmv'-mv短

長情境鏈接如圖所示,建筑工人戴的安全帽內(nèi)有帆布墊(也叫緩沖帶),把頭和帽子的外殼隔開一定的空間。其中有怎樣的道理呢?提示

當(dāng)安全帽受到墜物沖擊時(shí),帆布墊能夠延長作用時(shí)間,從而減小墜物的沖擊力,保護(hù)頭部。教材拓展閱讀教材P9STSE,安全氣囊有什么作用?原理是什么?提示

安全氣囊主要作用是防止汽車碰撞時(shí)車內(nèi)人員和車內(nèi)部件之間發(fā)生碰撞而造成的傷害。原理:當(dāng)汽車遭受一定沖擊力以后,隱藏在車內(nèi)的安全氣囊就在瞬間充氣彈出,在車內(nèi)人員的身體與車內(nèi)部件碰撞之前能及時(shí)到位,在人體接觸到安全氣囊時(shí),延長作用時(shí)間,減輕身體所受沖擊力,最終達(dá)到減輕車內(nèi)人員傷害的效果。易錯(cuò)辨析(1)沖量是矢量,恒力的沖量方向與恒力的方向相同。(

)(2)力越大,力對物體的沖量越大。(

)(3)若物體在一段時(shí)間內(nèi),其動(dòng)量發(fā)生了變化,則物體在這段時(shí)間內(nèi)的合力一定不為零。(

)(4)物體所受合力沖量的方向與物體動(dòng)量變化量的方向相同。(

)(5)跳遠(yuǎn)時(shí),在沙坑里填沙,是為了減小沖量。(

)√×決定沖量大小的量還有時(shí)間,若時(shí)間極短,沖量也可能很小。

√√×跳遠(yuǎn)時(shí),在沙坑里填沙,是為了延長人與地的作用時(shí)間,減小作用力。

重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一沖量的理解與計(jì)算導(dǎo)學(xué)探究文具盒靜止在桌面上,經(jīng)過一段時(shí)間,重力對它做的功為零,這段時(shí)間內(nèi)重力的沖量也為零嗎?提示

文具盒靜止一段時(shí)間,其位移為零,故重力做功為零,而沖量是指力與時(shí)間的乘積,所以重力的沖量不為零。知識歸納1.沖量與功的比較

比較項(xiàng)沖量功區(qū)別公式I=FΔtW=Fx標(biāo)、矢量矢量標(biāo)量意義力對時(shí)間的累積,在F-t圖像中可以用圖線與t軸圍成的面積表示力對位移的累積,在F-x圖像中可以用圖線與x軸圍成的面積表示正、負(fù)表示與正方向相同或相反表示動(dòng)力做功或阻力做功作用效果改變物體的動(dòng)量改變物體的動(dòng)能2.沖量的求解方法(1)恒力沖量的求解用公式I=FΔt計(jì)算,這時(shí)沖量的數(shù)值等于力的大小與作用時(shí)間的乘積,沖量的方向與恒力方向一致。(2)變力沖量的求解①若力的方向不變且大小隨時(shí)間均勻變化,則該力的沖量可以用平均力來計(jì)算,其公式為I=Δt。②利用F-t圖像中的“面積”求變力的沖量。面積大小表示沖量的大小,面積的正負(fù)表示沖量的方向。某力F隨時(shí)間t變化的圖像(F-t圖像)如圖所示,則圖中陰影部分的面積就表示力在時(shí)間Δt=t2-t1內(nèi)的沖量。③用動(dòng)量定理I=p'-p求解。(3)求合沖量的兩種方法:可分別求每一個(gè)力的沖量,再求各沖量的矢量和;另外,如果各個(gè)力的作用時(shí)間相同,也可以先求合力,再用公式I合=F合Δt求解。典例剖析角度1對沖量的理解【例題1】

(多選)(2024山東菏澤高二月考)關(guān)于沖量,下列說法正確的是(

)A.沖量是物體動(dòng)量變化的原因B.作用在靜止的物體上的力的沖量一定為0C.動(dòng)量越大的物體受到的沖量越大D.沖量的方向與力的方向相同AD解析

力作用一段時(shí)間便有了沖量,而力作用一段時(shí)間后,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化,物體的動(dòng)量也發(fā)生了變化,因此說沖量使物體的動(dòng)量發(fā)生了變化,A正確。只要有力作用在物體上,經(jīng)歷一段時(shí)間,這個(gè)力便有了沖量,與物體處于什么狀態(tài)無關(guān),B錯(cuò)誤。物體所受沖量I=FΔt與物體動(dòng)量的大小p=mv無關(guān),C錯(cuò)誤。沖量是矢量,其方向與力的方向相同,D正確。對點(diǎn)演練1.(多選)(2024山東聊城高二月考)下面關(guān)于物體動(dòng)量和沖量的說法正確的是(

)A.物體所受合外力沖量越大,它的動(dòng)量也越大B.物體所受合外力沖量不為0,它的動(dòng)量一定要改變C.物體動(dòng)量增量的方向,就是它所受沖量的方向D.物體所受合外力越大,它的動(dòng)量變化就越快BCD解析

由Ft=Δp知,Ft≠0,Δp≠0,即動(dòng)量一定變化,Ft越大,Δp越大,但動(dòng)量不一定大,它還與初態(tài)的動(dòng)量有關(guān),故A錯(cuò)誤,B正確;沖量不僅與Δp大小相等,而且方向相同,故C正確;由F=知,物體所受合外力越大,動(dòng)量的變化率

越大,即動(dòng)量變化越快,故D正確。角度2沖量的計(jì)算【例題2】

(2024山東青島高二期末)如圖所示,質(zhì)量為m的滑塊沿傾角為θ的固定斜面向上滑動(dòng),經(jīng)過時(shí)間t1速度減小到零,隨后開始下滑,經(jīng)過時(shí)間t2回到斜面底端,滑塊在運(yùn)動(dòng)過程中受到的摩擦力大小始終為Ff,重力加速度為g。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中,下列說法正確的是(

)A.重力對滑塊的總沖量為mg(t1+t2)sinθB.支持力對滑塊的總沖量為mg(t1+t2)cosθC.合外力的總沖量為0D.摩擦力的總沖量為Ff(t1+t2)B解析

重力對滑塊的總沖量為mg(t1+t2),A項(xiàng)錯(cuò)誤;支持力對滑塊的總沖量為mg(t1+t2)cos

θ,B項(xiàng)正確;整個(gè)過程中滑塊的動(dòng)量發(fā)生了改變,故合外力的總沖量不為0,C項(xiàng)錯(cuò)誤;上滑過程和下滑過程摩擦力的方向相反,故若以沿斜面向上為正方向,摩擦力的總沖量為Ff(t2-t1),D項(xiàng)錯(cuò)誤。方法技巧

計(jì)算沖量的兩點(diǎn)技巧(1)求各力的沖量或者合力的沖量時(shí),首先做好受力分析,判斷是恒力還是變力。(2)若是恒力,可直接用力與作用時(shí)間的乘積計(jì)算;若是變力,要根據(jù)力的特點(diǎn)求解,或者利用動(dòng)量定理求解。對點(diǎn)演練2.(2024安徽合肥高二期末)質(zhì)量為m的小球從距地面高h(yuǎn)處自由下落,與地面碰撞時(shí)間為Δt,地面對小球的平均作用力為F,取豎直向上為正方向,在與地面碰撞過程中(

)B.地面對小球作用力的沖量為FΔtC.合外力對小球的沖量為(mg+F)ΔtD.合外力對小球的沖量為(mg-F)ΔtB解析

在與地面碰撞過程中,因取豎直向上為正方向,故重力的沖量為-mgΔt,地面對小球作用力的沖量為FΔt,所以合外力對小球的沖量為(F-mg)Δt,故B正確。探究點(diǎn)二動(dòng)量定理的理解及應(yīng)用導(dǎo)學(xué)探究如圖所示,假定一個(gè)質(zhì)量為m的物體在碰撞時(shí)受到另一個(gè)物體對它的作用力是恒力F,在這個(gè)力的作用下,經(jīng)過時(shí)間t,速度從v變?yōu)関'。應(yīng)用牛頓第二定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)這個(gè)物體的動(dòng)量改變量Δp與恒力F及作用時(shí)間t的關(guān)系。知識歸納1.動(dòng)量定理的理解(1)動(dòng)量定理的表達(dá)式mv'-mv=FΔt是矢量式,等號包含了大小相等、方向相同兩方面的含義。(2)動(dòng)量定理反映了合外力的沖量是動(dòng)量變化的原因。(3)公式中的F是物體所受的合外力,若合外力是均勻變化的力,則F應(yīng)是合外力在作用時(shí)間內(nèi)的平均值。2.動(dòng)量定理的應(yīng)用(1)定性分析有關(guān)現(xiàn)象①物體的動(dòng)量變化量一定時(shí),力的作用時(shí)間越短,力就越大;力的作用時(shí)間越長,力就越小。②物體所受的合外力一定時(shí),力的作用時(shí)間越長,動(dòng)量變化量越大;力的作用時(shí)間越短,動(dòng)量變化量越小。(2)定量計(jì)算有關(guān)物理量動(dòng)量定理p'-p=I中,動(dòng)量變化量Δp與合外力的沖量大小相等,方向相同,據(jù)此有:①應(yīng)用I=Δp,求變力的沖量。②應(yīng)用Δp=FΔt,求恒力作用下曲線運(yùn)動(dòng)中物體動(dòng)量的變化。③應(yīng)用動(dòng)量定理可以計(jì)算某一過程中的平均作用力,通常用于計(jì)算持續(xù)作用的變力的平均值。典例剖析【例題3】

(2024山東泰安月考)用0.5kg的鐵錘把釘子釘進(jìn)木頭里,打擊時(shí)鐵錘的速度v=4.0m/s,如果打擊后鐵錘的速度變?yōu)?,打擊的作用時(shí)間是0.01s,那么:(1)忽略鐵錘所受的重力,鐵錘釘釘子時(shí),釘子受到的平均作用力是多大?(2)考慮鐵錘所受的重力,鐵錘釘釘子時(shí),釘子受到的平均作用力又是多大?(g取10m/s2)解析

(1)以鐵錘為研究對象,忽略所受重力時(shí),只受釘子的作用力,方向豎直向上,設(shè)為F1,取豎直向上為正方向,由動(dòng)量定理可得F1t=0-m(-v)由牛頓第三定律知,釘子受到的平均作用力為200

N,方向豎直向下。(2)若考慮鐵錘所受的重力,設(shè)此時(shí)受釘子的作用力為F2,以鐵錘為研究對象,取豎直向上為正方向由動(dòng)量定理可得(F2-mg)t=0-m(-v)由牛頓第三定律知,此時(shí)釘子受到的平均作用力為205

N,方向豎直向下。答案

(1)200N

(2)205N方法技巧

應(yīng)用動(dòng)量定理定量計(jì)算的一般步驟對點(diǎn)演練3.質(zhì)量m=70kg的撐竿跳高運(yùn)動(dòng)員從最高點(diǎn)h=5.0m高處落到海綿墊上,經(jīng)Δt1=1s停止,則海綿墊對運(yùn)動(dòng)員的平均作用力大小約為多少?如果是落到普通沙坑中,經(jīng)Δt2=0.1s停止,則沙坑對運(yùn)動(dòng)員的平均作用力大小約為多少?(忽略空氣阻力,g取10m/s2)

解析

在全過程以運(yùn)動(dòng)員為研究對象,初、末動(dòng)量的數(shù)值都是0,所以運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量變化量為零,以豎直向下為正方向,根據(jù)動(dòng)量定理,合力的沖量為零,根據(jù)h=gt2可知,物體下落到地面上所需要的時(shí)間是t=1

s從開始下落到落到海綿墊上停止的過程有mg(t+Δt1)-FΔt1=0代入數(shù)據(jù),解得F=1

400

N下落到沙坑的過程有mg(t+Δt2)-F'Δt2=0代入數(shù)據(jù),解得F'=7

700

N。答案

1400N

7700N探究點(diǎn)三應(yīng)用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象導(dǎo)學(xué)探究在日常生活中,有不少這樣的事例:跳遠(yuǎn)時(shí)要跳在沙坑里;跳高時(shí)在落地處要放海綿墊子;從高處往下跳,落地后雙腿往往要彎曲;輪船邊緣及輪渡的碼頭上都裝有橡膠輪胎等,這樣做的目的是什么?提示

題給方式可經(jīng)過較長的作用時(shí)間使速度減小為0,在動(dòng)量變化量相同的情況下,受到的沖擊力減小,從而起到保護(hù)作用。知識歸納動(dòng)量變化量與作用力的關(guān)系

分類原理解釋Δp一定由F合=知,物體的動(dòng)量變化量一定時(shí),力的作用時(shí)間越短,力就越大,反之力就越小F合一定由Δp=F合Δt知,作用力一定時(shí),力的作用時(shí)間越長,動(dòng)量變化量越大,反之動(dòng)量變化量就越小典例剖析【例題4】

(2024陜西西安高二月考)行駛中的汽車如果發(fā)生劇烈碰撞,車內(nèi)的安全氣囊會被彈出并瞬間充滿氣體。若碰撞后汽車的速度在很短時(shí)間內(nèi)減小為0,關(guān)于安全氣囊在此過程中的作用,下列說法正確的是(

)A.增加了司機(jī)單位面積的受力大小B.減少了碰撞前后司機(jī)動(dòng)量的變化量C.將司機(jī)的動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換成汽車的動(dòng)能D.延長了司機(jī)的受力時(shí)間并增大了司機(jī)的受力面積D解析

汽車劇烈碰撞瞬間,安全氣囊彈出,立即跟司機(jī)身體接觸。司機(jī)在很短時(shí)間內(nèi)由運(yùn)動(dòng)到靜止,動(dòng)量的變化量是一定的,由于安全氣囊的存在,受力時(shí)間變長,據(jù)動(dòng)量定理Δp=FΔt知,司機(jī)所受作用力減小;又知安全氣囊打開后,司機(jī)的受力面積變大,因此減少了司機(jī)單位面積的受力大小;碰撞過程中,動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。綜上可知,選項(xiàng)D正確。方法技巧

解決利用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象的問題時(shí),先弄明白作用過程中三個(gè)物理量(Δp、F、Δt),哪個(gè)物理量一定,哪個(gè)物理量變化,然后由動(dòng)量定理變形得出未知量的變化情況。對點(diǎn)演練4.(多選)(2024廣東江門高二月考)對下列物理現(xiàn)象的解釋,正確的是(

)A.釘釘子時(shí),不用橡皮錘僅僅是因?yàn)橄鹌ゅN太輕B.跳遠(yuǎn)時(shí),在沙坑里填沙,是為了減小沖量C.易碎品運(yùn)輸時(shí),要用柔軟材料包裝,船舷常常懸掛舊輪胎,都是為了延長作用時(shí)間,減小作用力D.在車內(nèi)推車推不動(dòng),是因?yàn)楹贤饬_量為0CD解析

釘釘子時(shí),不用橡皮錘是因?yàn)橄鹌ゅN與釘子的作用時(shí)間長,使釘子受到的作用力減小,故A錯(cuò)誤;跳遠(yuǎn)時(shí),在沙坑里填沙,是為了延長人與地面的接觸時(shí)間,使人受到的作用力減小,避免人受到傷害,故B錯(cuò)誤;據(jù)動(dòng)量定理Ft=Δp知,當(dāng)Δp相同時(shí),t越長,作用力越小,故C正確;車能否移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)能否改變?nèi)Q于合外力的作用,與內(nèi)部作用無關(guān),故D正確。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(應(yīng)用動(dòng)量定理解釋現(xiàn)象)(2024江蘇無錫高二月考)人從高處跳到低處,為了安全,一般都是腳尖先著地,這樣做的目的是(

)A.減小著地時(shí)所受沖量B.使動(dòng)量增量變得更小C.增大人對地面的壓強(qiáng),起到安全作用D.延長與地面的作用時(shí)間,從而減小地面對人的作用力D解析

人在和地面接觸時(shí),人的速度減為0,由動(dòng)量定理可知(F-mg)t=mv,而腳尖著地可以增加人與地面的作用時(shí)間,由公式可知可以減小所受地面的沖擊力,故選D。12342.(沖量的理解與計(jì)算)(2024山西大同高二月考)用細(xì)繩系一小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng),從A點(diǎn)再次轉(zhuǎn)到A點(diǎn)的過程中,不計(jì)空氣阻力,下列說法正確的是(

)A.合力的沖量為0B.合力的沖量不為0C.重力的沖量為0D.繩中拉力的沖量大小大于重力的沖量大小A解析

根據(jù)動(dòng)量定理可知,合力的沖量等于動(dòng)量的變化量,小球從A點(diǎn)再次轉(zhuǎn)到A點(diǎn)的過程中,動(dòng)量變化量為0,則合力的沖量為0,選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;重力的沖量為mgt,不為0,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;合力的沖量等于拉力和重力的沖量的矢量和,合力的沖量為0,則繩中拉力的沖量大小等于重力的沖量大小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。123412343.(動(dòng)量定理的理解與應(yīng)用)(2024山東東營月考)跳水運(yùn)動(dòng)