第五章 动量、动量守恒定律
高三物理 第五章 动量 第一单元 动量、冲量 动量定理 知识精讲 人教版
高三物理 第五章 动量 第一单元 动量、冲量 动量定理 知识精讲 人教版一. 本周教学内容：第五章动量第一单元 动量、冲量动量定理二. 知识要点：1. 考点目标知识点要求程度动量、冲量、动量定理II 动量守恒定律II 碰撞II 航天技术的发展和宇宙航行 I动量定理和动量守恒定律的应用只限于一维的情况概述：本章内容包括动量和冲量两个根本概念与动量定理和动量守恒定律两条根本规律。
冲量是力对时间的累积，是过程量；动量是物体机械运动量的量度，是状态量。
动量定理明确了力对时间的累积效应使物体的动量发生改变。
物体在相互作用时物体间有动量的传递，但在系统外力的冲量为零时，物体系统的总动量将不改变，即动量守恒。
动量守恒定律比牛顿运动定律的适用范围更广泛，是自然界普遍适用的根本规律之一。
由于应用动量守恒定律解决的问题过程较复杂，又常常跟能量守恒综合考查，使得应用动量守恒定律求解的题目难度较大，加之动量定理、动量守恒定律都是矢量方程，这也给应用这些规律解决问题增加了难度。
所以，本章也是高中物理复习的难点之一。
本章知识可分两个单元组织复习：〔1〕动量和冲量，动量定理〔2〕动量守恒定律三. 知识点：1. 动量〔1〕定义：运动物体的叫做动量，动量的单位：。
〔2〕物体的动量表征物体的运动状态，其中的速度为瞬时速度，通常以地面为参考系。
〔3〕动量是量，其方向与的方向一样。
两个物体的动量一样必须是大小相等，方向一样。
〔4〕注意动量与动能的区别和联系：动量、动能和速度都是描述物体运动的状态量，动量是矢量，动能是标量，动量和动能的关系是：p 2=2mE k 。
2. 动量的变化量〔1〕ΔP =0P P t -〔2〕动量的变化量是矢量，共方向与速度变化的方向一样，与合外力冲量的方向一样，跟动量的方向无关。
〔3〕求动量变化量的方法：①ΔP =0P P t -＝mv t －mv 0；②Ft P =∆3. 冲量〔1〕定义：，叫做该力的冲量，I=，冲量的单位：。
第5章-角动量角动量守恒定律
② 在点2处
2
力矩 M 2
力矩定义式 M r v
P
{ 方向：垂直图平面向里， 大小； M 2 Gm0m / R
R
m
900
m0
1
角动量 L2
同上理可得 m 的速度v2 Gm0 / R
{
方向：垂直图平面向外，
L2
大小； L2 m Gm0 R
例4、地球在远日点时，它离太阳的距离为r1 1.52 1011 m，
子从静止开始以速度 v 相对绳子向上爬，求重物上升
的速度。
(复习题一、三. 19)
解 设猴子、重物对地面的速度分别为 v1、v 2 。
由猴、重物组成的系统角动量守恒，得
v1 v2
R
∵ v1 v猴绳 v绳-地 v v绳-地
v1
v2
而 v绳地 v物地 v2 , 则 v1 v v2
物体运动仅受有心力作用时， 力对力心 O点的力矩始终为零。
m 有心
在有心力作用下，运动物体
r 力F
对力心 O 的角动量守恒。
力心o
L1 L2
r1
mv1
r2
mv2
行星绕太阳运动：
引力指向太阳，行星在引
力动的(，力有而矩心且为力零)r作，//F用M，下对r绕 力太F心阳O0运,
，且有
d
2 2
d12
d
2 3
，试求：(1)小球所受重
{ 力相对 A,
解 (1) MA
B力, 矩C 的M力矩r；
(2)小球相对 F
方向：垂直图平面向里，
大小；
动量守恒定律教案
动量守恒定律教案第一章：动量守恒定律的引入1.1 动量的概念解释动量的定义：动量是物体的质量与其速度的乘积。
展示动量的计算公式：p = mv。
1.2 动量守恒的直观理解通过简单的例子（如碰撞球）来说明动量守恒的概念。
强调动量守恒定律的应用范围：在没有外力作用的情况下，系统的总动量保持不变。
第二章：动量守恒定律的数学表达2.1 动量守恒定律的数学表述给出动量守恒定律的数学表达式：Δp = 0，即系统的总动量变化为零。
解释守恒定律的意义：系统内各物体的动量变化之和为零。
2.2 动量守恒定律的证明简述动量守恒定律的证明过程，包括动量的守恒原理和动量的守恒方程。
第三章：动量守恒定律的应用3.1 碰撞问题解释碰撞中动量守恒定律的应用：在弹性碰撞和完全非弹性碰撞中，系统的总动量分别守恒。
展示弹性碰撞和完全非弹性碰撞的例子，并应用动量守恒定律解决问题。
3.2 爆炸问题讨论爆炸过程中动量守恒的应用：爆炸产生的气体或碎片系统的总动量守恒。
通过实际案例分析，展示动量守恒定律在解决爆炸问题中的应用。
第四章：动量守恒定律的实验验证4.1 实验设计设计一个简单的动量守恒实验，例如两个滑块碰撞实验。
解释实验原理和实验步骤，确保实验结果能够验证动量守恒定律。
4.2 实验结果与分析进行实验并记录实验数据，包括滑块的质量和速度。
分析实验结果，计算系统总动量变化，验证动量守恒定律的正确性。
第五章：动量守恒定律在实际应用中的意义5.1 动量守恒定律在工程领域的应用举例说明动量守恒定律在工程领域中的应用，如汽车碰撞分析、火箭发射等。
强调动量守恒定律在设计和分析系统动态行为中的重要性。
5.2 动量守恒定律在科学研究中的应用讨论动量守恒定律在物理学其他领域中的应用，如粒子物理学、天体物理学等。
强调动量守恒定律在科学理论和实验研究中的基础地位。
第六章：动量守恒定律的exceptions 和conditions6.1 非弹性碰撞解释非弹性碰撞中动量守恒的不完全性。
动量及动量守恒定律
动量定理
t2
t1
t2
t1
(F1
(F2
F12 )dt
F21)dt
m1v1
m 2v2
m1v10 m2 v 20
因为内力 F12 F21 0 ，故
质点系
F1
F12
m1
F2
F21
m2
t2
t1
(F1
F2
)dt
(m1v1
X
v1
Y
变质量问题
F
f N
v2
v(m1 0
t)g
dP dt
竖直 (m0 t)g N v1
N v1 (m0 t)g
水平 F f v2
v2
F v2 f
v2 N
(m0 t)g (v2 v1)
X
v1N
Y
Ff
(m0 t)g
例 一柔软链条长为l,单位长度的质量为.链条放在 桌上,桌上有一小孔,链条一端由小孔稍伸下,其余部分堆 在小孔周围.由于某种扰动,链条因自身重量开始落下 .求 链条下落速度与落下距离之间的关系 . 设链与各处的摩 擦均略去不计,且认为链条软得可以自由伸开 .
t2 n
Fiex )dt (
Fiin )dt
n
mi vi
n
mi vi0
t1 i1
i 1
i 1
I
p
p0
物理意义：作用于系统的合外力的冲量等于系统 动量的增量。
质点系的总动量的变化只与质点系所受的外力的矢 量和有关，与内力的冲量无关。
《动量与动量守恒》课件
动量的计算公式
总结词
动量的计算公式是P=mv，其中m表示物体的质量，v表示物 体的速度。
详细描述
动量的计算公式是P=mv，其中m表示物体的质量，单位是 千克（kg），v表示物体的速度，单位是米/秒（m/s）。这 个公式用于计算物体的动量，即物体运动时的质量和速度的 乘积。
动量单位与符号
总结词
在国际单位制中，动量的单位是千克·米/秒（kg·m/s），符号为P。
动量定理在日常生活和科技领域中有广泛的应用。例如，在车辆安全设计中，可以利用 动量定理来分析碰撞过程中车辆的变形和受力情况，从而优化车辆的结构设计。在航天 工程中，可以利用动量定理来分析火箭发动机喷气速度与推力之间的关系，从而优化火
箭的设计和发射过程。此外，在体育运动、军事等领域中也有广泛的应用。
06 动量与动量守恒的实验验证
详细描述
动量定理的推导过程可以通过牛顿第二定律 （F=ma）和积分运算来完成。首先，根据 牛顿第二定律，物体的加速度与作用力成正 比，然后通过积分运算，可以得到物体动量 的变化量与作用力与时间的乘积成正比，即 动量定理的表述。
动量定理的应用
总结词
动量定理在日常生活和科技领域中有广泛的应用。
详细描述
VS
详细描述
动量守恒定律只在满足一定条件时才成立 。这些条件包括系统不受外力作用或者系 统所受的外力作用之和为零。这是因为动 量守恒定律是在理想状态下推导出来的， 忽略了空气阻力、摩擦力等外部因素的影 响。因此，在实际应用中，只有当系统满 足这些条件时，才能应用动量守恒定律。
动量守恒定律的推导
总结词
总结词
动量定理的表述是物体动量的变化量等于作用力与时间的乘积。
详细描述
动量定理是物理学中的一个基本定理，它描述了物体动量的变化与作用力之间的关系。具体来说，一 个物体动量的变化量等于作用力与作用时间的乘积。这个定理在经典力学和相对论力学中都有应用。
动量定理,动量守恒定律
3
0
Fx dt m vx m v3
1 2 3 4
对不对？
y
N
f
m
o
F
x
1 :
N 10 0.672 ？ t
t , F 1.12t
物体可能飞离桌面，
何时飞离？
mg
令 10 0.672 0 得： t 14.9 s
N 10 - 0.672 t N 0
§4.3 动量定理
一、质点的动量定理 1. 微分形式 2. 积分形式
dp F dt Fdt dp 令 dI Fdt
t1
— 力的元冲量
t2 I Fdt — 力的冲量
t2 p2 得： I Fdt dp p2 p1 p t1 p1
三、动量定理
t2 I内 F内dt 0
t1
t1
四、动量守恒定律——空间平移对称性 孤立系统：
F外 0 p总 恒矢量 vc 恒矢量
m
M
h
当 m 自由下落 h 距离，绳被拉紧 m 的瞬间， 和 M 获得相同的运动速率 M v ，此后 m 向下减速运动， 向上 减速运动。M 上升的最大高度为：
v H 2a
2
分两个阶段求解
第一阶段：绳拉紧，求共同速率 v
解1：
解2：
M m m不能提起M , 共同速率 v 0
绳拉紧时冲力很大，忽略重力， M
*质点所受合力的冲量等于质点动量的增量
分量式：
Ix Iy Iz
t1
t2
t1 t2
Fx dt p x Fy dt p y Fz dt p z
动量定理与动量守恒定律
动量定理与动量守恒定律动量是物体运动的重要物理量，揭示了物体运动的性质以及相互作用过程中的变化规律。
动量定理和动量守恒定律是描述物体运动中动量变化和守恒的重要原理。
一、动量定理动量定理又称牛顿第二定律，它指出：当外力作用于物体时，物体的动量变化率等于外力的合力。
在公式表示上，动量定理可以表达为：F = ma其中，F为物体所受到的合外力，m为物体的质量，a为物体的加速度。
根据动量定理，可以得出以下结论：1. 外力对物体的作用时间越长，物体的动量变化越大。
2. 给定外力作用时间不变的情况下，物体的质量越大，其动量的变化越小。
3. 给定物体质量不变的情况下，外力的大小越大，物体的动量变化越大。
二、动量守恒定律动量守恒定律是描述封闭系统中动量守恒的原理。
在封闭系统中，物体之间发生相互作用，它们的动量之和保持不变。
根据动量守恒定律，可以得出以下结论：1. 在没有外力作用的封闭系统中，物体的总动量保持不变。
2. 当物体发生碰撞或相互作用时，只要没有外力干扰，物体的动量总和保持不变。
3. 动量的守恒还适用于多个物体之间的相互作用，无论是弹性碰撞还是非弹性碰撞。
应用动量守恒定律，可以对各种现象进行解释，例如：1. 汽车碰撞：当两辆车发生碰撞时，它们的合动量在碰撞前后保持不变，因此可以用动量守恒定律来分析和解释碰撞过程。
2. 运动员跳远：运动员在起跳瞬间通过腿部发力，推动自己前进。
由于系统是封闭的，跳远过程中动量守恒，从而产生更大的跳远距离。
3. 火箭喷气推进：火箭通过排出高速喷射的气体，产生反冲力推动自身前进。
根据动量守恒，喷气气体的动量变化与火箭的动量变化相互抵消，从而实现火箭的推进。
综上所述，动量定理和动量守恒定律是物理学中对物体运动和相互作用过程进行描述的重要原则。
了解和应用这些定律，可以更好地理解和解释物体的运动行为，对各种物理现象进行分析和解决问题。
大学物理动量守恒
大学物理动量守恒一、动量守恒定律动量守恒定律是自然界中最重要、最普遍、最基本的规律之一。
它表述了一个基本物理规律，即在没有外力作用的情况下，物体的动量总保持不变。
动量守恒定律可以表述为：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变。
动量是矢量，具有方向和大小两个分量。
在表述动量守恒定律时，必须同时考虑这两个分量。
二、动量守恒的条件动量守恒的条件是系统不受外力或者所受外力的矢量和为零。
这个条件可以理解为系统内部的相互作用力相互抵消，或者系统受到的外部作用力为零。
在这种情况下，系统内部的物体之间的相互作用不会改变系统的总动量。
三、动量守恒的应用动量守恒定律在物理学中有着广泛的应用，特别是在研究物体碰撞、衰变、爆炸等过程中，它可以提供重要的理论基础。
在这些过程中，物体的形状、大小和运动状态都会发生变化，但是动量守恒定律保证了系统总动量的不变。
四、动量守恒的意义动量守恒定律是物理学中最基本的规律之一，它反映了自然界的对称性和基本性质。
它不仅在理论上有着广泛的应用，而且在实践中也有着广泛的应用。
例如，在航天技术中，动量守恒定律被用来设计火箭的推进系统和飞行轨迹；在军事领域，动量守恒定律被用来设计导弹和枪炮的弹道和射击精度。
动量守恒定律是物理学中非常重要的规律之一，它反映了自然界的本质和基本性质。
它不仅在理论上有着广泛的应用，而且在实践中也有着广泛的应用。
高中物理动量守恒题型归类标题：高中物理动量守恒题型归类在物理学的海洋中，动量守恒是一个非常重要的概念。
它表述的是，在一个封闭系统中，如果只考虑相互作用的力，那么系统的总动量将保持不变。
这一原理广泛应用于各种物理场景，从天体运动到分子碰撞，从电磁学到量子力学。
在这篇文章中，我们将重点探讨高中物理中的动量守恒题型及其解法。
一、单一物体的动量守恒单一物体的动量守恒通常指的是一个物体在受到外力作用后，其动量保持不变。
例如，一个在光滑水平面上滑行的物体，当它撞上另一个物体时，两个物体的总动量将保持不变。
5_5角动量 角动量守恒定律
第五章 刚体的转动 二 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 1 刚体定轴转动的角动量
5 – 5 角动量守恒
L=
∑ m i ri v i
i
= ( ∑ m i ri )ω
2 i
ω
v ri
mi
z
L = Jω
2 刚体定轴转动的角动量定理 d L d ( Jω ) M = = dt dt
O
v vi
∫t1
t2
M d t = Jω 2 − Jω1
非刚体定轴转动的角动量定理
∫
t2
t1
Mdt = J 2ω 2 − J1ω1
5 – 5 角动量守恒 刚体定轴转动的角动量定理
第五章 刚体的转动
∫
t2
t1
Mdt = Jω2 − Jω1
3 刚体定轴转动的角动量守恒定律 若 M = 0 ，则 L = Jω = 常量 讨论 不变， 不变； 不变. 若 J 不变， 不变；若 J 变， 也变，但 L = Jω 不变 ω ω 也变， 内力矩不改变系统的角动量. 内力矩不改变系统的角动量 在冲击等问题中 冲击等问题中 守 恒条件
5 – 5 角动量守恒
第五章 刚体的转动
冲量、动量、动量定理. 力的时间累积效应 冲量、动量、动量定理 冲量矩、角动量、 力矩的时间累积效应 冲量矩、角动量、 角动量定理. 角动量定理
v v 2 质点运动状态的描述 质点运动状态的描述 p = m v E k = m v 2 v v 刚体定轴转动运动状态的描述 刚体定轴转动运动状态的描述 L = Jω Ek = Jω 2 2 v v v v ω ≠ 0, p = 0 ω = 0, p = 0
vM = (2 gh)
l u= ω 2
第五章 动量
第五章 动量一、.动量和冲量1．动量物体的质量m 和速度v 的乘积叫做动量：p =mv⑴动量是描述物体运动状态的一个状态量，它与时刻相对应。
⑵动量是矢量，它的方向和速度的方向相同。
2．冲量力F 和力的作用时间t 的乘积叫做冲量：I =Ft⑴冲量是描述力的时间积累效应的物理量，是过程量，它与时间相对应。
⑵冲量是矢量，它的方向由力的方向决定（不能说和力的方向相同）。
如果力的方向在作用时间内保持不变，那么冲量的方向就和力的方向相同。
⑶高中阶段只要求会用I=Ft 计算恒力的冲量。
对于变力的冲量，高中阶段只能利用动量定理通过物体的动量变化来求。
⑷冲量和功不同。
恒力在一段时间内可能不作功，但一定有冲量。
例1．质量为m 的小球由高为H 倾角为α的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g H g H t 2sin 1sin 22αα==，力的大小依次是mg 、mg cos α和mg sin α，所以它们的冲量依次是：特别要注意，该过程中弹力虽然不做功，但对物体有冲量。
二、动量定理1．动量定理物体所受合力的冲量等于物体的动量变化。
既I =Δp⑴动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因，冲量是物体动量变化的量度。
这里所说的冲量必须是物体所受的合力的冲量（或者说是物体所受各外力冲量的矢量和）。
⑵动量定理给出了冲量（过程量）和动量变化（状态量）间的互求关系。
⑶动量定理的表达式是矢量式。
在一维的情况下，各个矢量必须以同一个规定的方向为正。
例2．以初速度v 0平抛出一个质量为m 的物体，抛出后t 秒内物体的动量变化是多少？解：本题若用动量变化求，将遇到矢量相减的问题。
若利用动量定理求则相当简单：抛出后物体所受合力就是重力，所以Δp =F t =m g t有了动量定理，不论是求合力的冲量还是求物体动量的变化，都有了两种可供选择的等价的方法。
本题用冲量求解，比先求末动量，再求初、末动量的矢量差要方便得多。
动量守恒定律教案
动量守恒定律教案第一章：动量的概念1.1 动量的定义向学生介绍动量的概念，动量等于物体的质量乘以速度。
通过示例或实验，让学生观察和理解动量的变化。
1.2 动量的矢量性解释动量是一个矢量量，具有大小和方向。
讨论动量的正负方向，以及如何表示动量的矢量。
第二章：动量守恒定律的定义2.1 动量守恒定律的表述向学生介绍动量守恒定律，即在没有外力作用的情况下，系统的总动量保持不变。
通过示例或实验，让学生观察和理解动量守恒的现象。
2.2 动量守恒定律的应用解释动量守恒定律在碰撞和爆炸情况下的应用。
通过实际案例或问题，让学生应用动量守恒定律解决问题。
第三章：碰撞中的动量守恒3.1 弹性碰撞和完全非弹性碰撞解释弹性碰撞和完全非弹性碰撞的概念。
通过示例或实验，让学生观察和理解不同类型碰撞中动量守恒的特点。
3.2 碰撞中的动量守恒问题解决方法向学生介绍解决碰撞中动量守恒问题的方法。
通过实际案例或问题，让学生应用动量守恒定律解决碰撞问题。
第四章：爆炸中的动量守恒4.1 爆炸中动量守恒的原理解释在爆炸过程中动量守恒的原理。
通过示例或实验，让学生观察和理解爆炸中动量守恒的现象。
4.2 爆炸中的动量守恒问题解决方法向学生介绍解决爆炸中动量守恒问题的方法。
通过实际案例或问题，让学生应用动量守恒定律解决爆炸问题。
第五章：动量守恒定律在实际应用中的例子5.1 动量守恒在物理学中的应用讨论动量守恒定律在物理学中的重要应用，如原子核反应、粒子物理学等。
通过示例或问题，让学生了解动量守恒在这些领域中的应用。
5.2 动量守恒在工程和日常生活中的应用探讨动量守恒定律在工程和日常生活中的应用，如汽车安全气囊、运动器材设计等。
通过实际案例或问题，让学生了解动量守恒在这些领域的应用和意义。
第六章：动量守恒定律的数学表达6.1 动量守恒定律的数学形式介绍动量守恒定律的数学表达式，即系统内所有物体的动量矢量和等于系统外作用力的动量矢量。
通过示例或问题，让学生理解和应用动量守恒定律的数学表达式。
简述质点系的动量定理及动量守恒定律
动量是物体运动状态的一种量度，它与物体的质量和速度成正比。
质点系的动量定理和动量守恒定律是描述物体运动规律的重要定律，对于理解和研究物体的运动具有重要意义。
本文将从简述质点系的动量定理开始，逐步深入探讨动量守恒定律，希望能够为读者提供一份深入浅出的参考。
1. 质点系的动量定理质点系的动量定理是描述质点系受力情况下动量的变化规律的定理。
根据牛顿第二定律，质点系的动量定理可以表述为：当一个质点系受到合外力时，它的动量随时间的变化率等于合外力的作用，即\[ \frac{d\vec{p}}{dt}=\vec{F} \]其中，\[ \vec{p} \]代表质点系的动量，\[ \vec{F} \]代表合外力的矢量。
这个定理表明了力对物体动量的影响，是经典力学中非常重要的基本定律之一。
2. 动量守恒定律当质点系受到合内力作用时，它的动量不会发生改变，这就是动量守恒定律的基本内容。
对于一个封闭系统来说，合内力为零，因此动量守恒定律可以表述为：在一个封闭系统内，当没有合外力作用时，质点系的动量保持不变，即\[ \vec{p}_1 + \vec{p}_2 + \cdots + \vec{p}_n = \vec{p}_1' +\vec{p}_2' + \cdots + \vec{p}_n' \]其中，\[ \vec{p}_i \]代表质点i的初始动量，\[ \vec{p}_i' \]代表质点i的最终动量。
动量守恒定律是一个非常重要的物理定律，它对于理解和分析自然界中的各种物理现象具有重要作用。
3. 个人观点和理解动量定理和动量守恒定律的提出和应用，使我们能够更深入地理解物体运动规律，并且在工程技术和自然科学研究中得到了广泛的应用。
在实际生活中，通过对动量定理和动量守恒定律的应用，我们可以更好地理解交通事故、火箭发射和碰撞实验等现象。
这些定律的深入理解和应用，有助于我们更加科学地分析和解决相关问题。
力学中的动量守恒-理解动量守恒定律
动量守恒定律的重要性
科学研究
帮助科学家预测自然现象 促进物理学不断发展
应用技术
推动火箭、汽车等工程设 备的发展 提高工程设计的精准度
教育意义
培养学生的逻辑思维和实 践能力 拓展学生的物理认知边界
社会影响
提升人类文明水平 为社会科技进步贡献力量
动量守恒定律的 研究
动量守恒定律是力学 中的基础定律之一， 研究动量守恒的规律 可以帮助我们更好地 理解自然界中的运动 现象。未来，随着科 学技术的进步，动量 守恒定律将在更多领 域得到应用和完善。
感谢观看
THANKS
● 06
第六章 总结与展望
动量守恒定律的重要性总 结
动量守恒定律是力学中的基本定律之一，它在物 理学中具有广泛的应用。通过动量守恒定律，我 们可以分析不同力学系统的运动规律，预测碰撞 过程中物体的运动轨迹，为科学研究提供重要参 考。
未来发展展望
随着科学技术的不断发展，动量守恒定律的研究 也将取得更深入的成果。未来，我们可能会在更 多复杂系统中应用动量守恒定律，探索新的物理 现象，为人类认识宇宙提供新的突破。
动量守恒定 律分析
分析碰撞后物体 的速度和能量损
失
动量守恒定律在工程中的应用
汽车碰撞安全设计
优化车身结构 提高乘员安全性
飞机起降动力学分 析
研究飞机动力学特性 优化飞行性能
流体力学研究
分析流体流动动量 改进系统设计
机械运动设计
优化机械传动 提高效率
实例分析：火箭发射
01 动量守恒定律分析
火箭发射过程中动力学特性
动量守恒定律在流体力学中的应用
流体速度场 分析
通过动量守恒定 律推导速度场方
第五章：动量定理,动量定律(1)
分析：这道题要列动量守恒方程。
再举一个例子说明动量定理的用处，既然动量定理 是用牛二推出来的，岂不是都能用牛二解决，那学 动量定理到底有什么用？
例：某物体被力作用，、、、、
分析：有一个抽桌布的实验，别说是2v了，就是速 度为无穷大时，铁块几乎不动。
分析：如果不用动量定理，得讨论加速度，然后加 速减速等等。如果用动量定理就太简单了。直接考 虑初态末态。
2.系统动量守恒定律：也称之为质心守恒定律。
分析：找到体系的合外力，把合外力对时间做积累， 积累之后等于体系总动量的改变。而合外力最大的 优势是不考虑内力，也就是这道题最不清楚的弹簧 的力。
分析：这道题很巧妙，运算量并不大。但是，如果
你想不通你就列不出那么巧妙的一个方程。那就是 假设绳子永远不断，那么经过t1+t2时间后的总动 量是多大，如果绳子断了，总动量变了吗？没变。 因为绳子是个内力，不改变总动量。
系统的动量定理。告诉我们，一个系统的总动量是 由外力决定。
内力总是成对出现，并且等大反向，且同时出现，
同时消失。所以，内力的冲量和为零。所以，内力
对时间积累当然是零。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，内力对位移的积累不一 定和为零。
讨论：其实系统的总动量就是质心动量（把所有质 量集中在质心时的动量）。所以，在质心系中看， 总动量一定是零。
第五章：动量定理，动量定律 （1）
力对时间做积累。
举一个斜抛的例子，如果将速度矢量三角形的每条 边都乘以m，就得到动量三角形。
实际上，动量定理比牛二律更准确，因为相对论下 牛二律不正确 ，但动量定理是成立的。因为相对 论下质量不是常数，不能提出来。所以，力学最根 本的不是牛二律，而是动量和能量，尤其在高能物 理中。
第五章 角动量角动量守恒定理
第五章角动量角动量守恒定理本章结构框图学习指导本章概念和内容是中学没有接触过的，是大学物理教学的重点和难点。
许多同学容易将平动问题与转动问题中的概念和规律混淆，例如两种冲击摆问题。
建议采用类比方法，对质量与转动惯量、动量与角动量、力与力矩、冲量与角冲量、平动动能和转动动能、运动学的线量和角量、动量定理和角动量定理、动量守恒和角动量守恒……一一加以比较。
本章的重点是刚体定轴转动问题，注意定轴条件下，各种规律都应该用标量式表示。
还请注意动量守恒在天体问题、粒子问题中的应用。
基本要求1.理解质点、质点系、定轴刚体的角动量概念。
2.理解定轴刚体的转动惯量概念，会进行简单计算。
3.理解力矩的物理意义, 会进行简单计算。
4.掌握刚体定轴转动定律，熟练进行有关计算。
5.理解角冲量（冲量矩）概念，掌握质点、质点系、定轴刚体的角动量定理，熟练进行有关计算。
6.掌握角动量守恒的条件，熟练应用角动量守恒定律求解有关问题。
内容提要1.基本概念刚体对定轴的转动惯量：是描述刚体绕定轴转动时，其转动惯性大小的物理量。
定义为刚体上每个质元（质点、线元、面元、体积元）的质量与该质元到转轴距离平方之积的总和。
即：I的大小与刚体总质量、质量分布及转轴位置有关。
质点、质点系、定轴刚体的角动量：角动量也称动量矩，它量度物体的转动运动量，描述物体绕参考点（轴）旋转倾向的强弱。
表5.1对质点、质点系、定轴刚体的角动量进行了比较。
表5.1质点、质点系和定轴刚体的角动量力矩：力的作用点对参考点的位矢与力的矢积叫做力对该参考点的力矩（图5.1）：即：大小：（力×力臂）方向：垂直于决定的平面，其指向由右手定则确定。
对于力矩的概念应该注意明确以下问题：•区分力对参考点的力矩和力对定轴的力矩：力对某轴的力矩是力对轴上任意一点的力矩在该轴上的投影。
例如：某力对x、y、z轴的力矩就是该力对原点的力矩在三个坐标轴上的投影：由上可知：力对参考点的力矩是矢量，而力对定轴的力矩是代数量。
动量守恒与动量定理
动量守恒与动量定理动量是一个物体的运动状态的量度，它是由物体的质量和速度决定的。
在物理学中，动量守恒是指在一个封闭系统中，当没有外力作用时，系统的总动量保持不变。
动量定理是指当有外力作用时，物体的动量变化率等于外力的大小乘以作用时间。
1. 动量守恒动量守恒定律是描述封闭系统中动量守恒的基本原理。
当一个封闭系统内没有外力作用时，系统的总动量保持不变。
例如，考虑一个封闭系统，由两个物体组成。
初始时，物体1的质量为m1，速度为v1；物体2的质量为m2，速度为v2。
根据动量的定义，物体1的动量为p1 = m1v1，物体2的动量为p2 = m2v2。
根据动量守恒定律，系统的总动量为p = p1 + p2 = m1v1 + m2v2。
当没有外力作用时，系统的总动量保持不变，即p = m1v1 + m2v2 = 常量。
动量守恒定律在物理学中有广泛的应用。
例如，在碰撞问题中，我们可以利用动量守恒定律来求解物体碰撞后的速度或方向的变化。
2. 动量定理动量定理是描述物体在外力作用下动量变化的基本原理。
动量定理表明，物体的动量变化率等于外力的大小乘以作用时间。
设物体质量为m，速度为v。
根据动量的定义，物体的动量为p = mv。
当物体受到外力F作用时，根据牛顿第二定律F = ma，可以得到物体的加速度为a = F/m。
将加速度代入动量定义式中，可得物体的动量变化率为dp/dt = m(dv/dt) = m(a) = F。
动量定理表明，物体的动量变化率等于外力的大小。
动量定理在解决物体的运动问题中非常有用。
通过计算外力对物体的作用时间，我们可以确定物体动量的变化情况。
例如，在推动物体的问题中，我们可以利用动量定理来计算所需的外力大小和作用时间。
3. 动量守恒与动量定理的关系动量守恒定律和动量定理是相互关联的。
当没有外力作用时，系统的总动量保持不变，即动量守恒成立。
当有外力作用时，根据动量定理，物体的动量会发生变化。
在一个封闭系统中，如果没有外力作用，根据动量守恒定律，系统的总动量保持不变。
大学物理第五讲 动量、动量守恒、功、动能和动能定理
0.3t)dt
0
36.45 (J)
24
二、质点的动能和动能定理
动能定理的推导
dA
r F
drr
F ds
ma
ds
m
dv dt
ds
mvdv
质点由a到b，力做总功为
Ek
1 mv2 2
r
r Fn
a• r
r F
•dsr
r F
• vb
b
va
Aab
b
dA
a
vb mvdv
M
LL
所以：
vr人车
vr人
m M
vr人
M M
m
vr人
12
t
M m t
0 v人车dt M 0 v人dt
vr人车
M M
m
vr人
L M mx x M L
M
M m
vr车
m M
vr人
v车
v人
m
x
M
X v车dt M v人dt
o
m x m L
M
(mvr )
1
r mv1
x
1
mvr2
7
二、质点系的动量定理
rr 设质点系中第 i 个质点受内力和外力分别为 fi 和Fi ,
应用质点动量定理
r ( Fi
r fi )dt
d
(mi
r vi
)
对整个系统求和
r r (Fi fi )dt d
第五章 动量与动量守恒定律
三种碰撞动量都是守恒的， 三种碰撞动量都是守恒的，差别 只在于碰撞前后动能的变化！ 只在于碰撞前后动能的变化！
五、“人船模型”专题 人船模型”
例1．质量为M的气球上有一个质量为m 质量为M的气球上有一个质量为m 的人，共同静止在距地面高为h 的人，共同静止在距地面高为h的静止 空气中， 空气中，现在从气球上放下一根不计质 量的软绳， 量的软绳，以便这个人沿着软绳匀速滑 到地面。 到地面。求： 软绳至少有多长？ (1) 软绳至少有多长？ 若人下滑的速度为v (2) 若人下滑的速度为v1（相对地面的 速度） 人滑到地面的时间是多少？ 速度）,人滑到地面的时间是多少？
M − 2m v= v0 M
例2.一辆总质量为M的列车,在平 2.一辆总质量为 的列车, 一辆总质量为M 直轨道上以速度v匀速行驶, 直轨道上以速度v匀速行驶,某时 刻最后一节质量为m 刻最后一节质量为m的车厢突然脱 设列车的牵引力不变, 勾.设列车的牵引力不变,所受阻 力大小与质量成正比, 力大小与质量成正比,当最后一节 车厢刚好停止的瞬间, 车厢刚好停止的瞬间,列车的速度 为多少？ 为多少？
v′=Mv/(M-m)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
碰 撞
（按相对速度方向）
(1)正碰 正碰——两小球碰撞时的速度方向 正碰 两小球碰撞时的速度方向 沿连心线方向。 沿连心线方向。 (2) 斜碰 斜碰——两小球碰撞时的速度方向 两小球碰撞时的速度方向 不在连心线上。 不在连心线上。
碰 撞 (按形变) 按形变)
(1) 完全弹性碰撞 完全弹性碰撞——有形变阶段又有完 有形变阶段又有完 全恢复阶段的碰撞。这一过程无动能损失。 全恢复阶段的碰撞。这一过程无动能损失。 (2) 非完全弹性碰撞 非完全弹性碰撞——发生形变后不能 发生形变后不能 完全恢复的碰撞。这一过程有动能损失。 完全恢复的碰撞。这一过程有动能损失。 (3) 完全非弹性碰撞 完全非弹性碰撞——形变完全不能恢 形变完全不能恢 复的碰撞。如碰撞后粘在一起。 复的碰撞。如碰撞后粘在一起。这一过程 动能损失最大。 动能损失最大。
高中物理专题复习 动量及动量守恒定律
高中物理专题复习动量及动量守恒定律一、动量守恒定律的应用1.碰撞两个物体在极短时间内发生相互作用，这种情况称为碰撞。
由于作用时间极短，一般都满足内力远大于外力，所以可以认为系统的动量守恒。
碰撞又分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三种。
仔细分析一下碰撞的全过程：设光滑水平面上，质量为m 1的物体A 以速度v 1向质量为m 2的静止物体B 运动，B 的左端连有轻弹簧。
在Ⅰ位置A 、B 刚好接触，弹簧开始被压缩，A 开始减速，B 开始加速；到Ⅱ位置A 、B 速度刚好相等（设为v ），弹簧被压缩到最短；再往后A 、B 开始远离，弹簧开始恢复原长，到Ⅲ位置弹簧刚好为原长，A 、B 分开，这时A 、B 的速度分别为21v v ''和。
全过程系统动量一定是守恒的；而机械能是否守恒就要看弹簧的弹性如何了。
⑴弹簧是完全弹性的。
Ⅰ→Ⅱ系统动能减少全部转化为弹性势能，Ⅱ状态系统动能最小而弹性势能最大；Ⅱ→Ⅲ弹性势能减少全部转化为动能；因此Ⅰ、Ⅲ状态系统动能相等。
这种碰撞叫做弹性碰撞。
由动量守恒和能量守恒可以证明A 、B 的最终速度分别为：121121212112,v m m m v v m m m m v +='+-='。
⑵弹簧不是完全弹性的。
Ⅰ→Ⅱ系统动能减少，一部分转化为弹性势能，一部分转化为内能，Ⅱ状态系统动能仍和⑴相同，弹性势能仍最大，但比⑴小；Ⅱ→Ⅲ弹性势能减少，部分转化为动能，部分转化为内能；因为全过程系统动能有损失（一部分动能转化为内能）。
这种碰撞叫非弹性碰撞。
⑶弹簧完全没有弹性。
Ⅰ→Ⅱ系统动能减少全部转化为内能，Ⅱ状态系统动能仍和⑴相同，但没有弹性势能；由于没有弹性，A 、B 不再分开，而是共同运动，不再有Ⅱ→Ⅲ过程。
这种碰撞叫完全非弹性碰撞。
可以证明，A 、B 最终的共同速度为121121v m m m v v +='='。
在完全非弹性碰撞过程中，系统的动能损失最大，为：()()21212122121122121m m v m m v m m v m E k +='+-=∆。
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第五章动量、动量守恒定律一、主要内容本章内容包括动量、冲量、反冲等基本概念和动量定理、动量守恒定律等基本规律。
冲量是物体间相互作用一段时间的结果，动量是描述物体做机械运动时某一时刻的状态量，物体受到冲量作用的结果，将导致物体动量的变化。
冲量和动量都是矢量，它们的加、减运算都遵守矢量的平行四边形法则。
二、基本方法本章中所涉及到的基本方法主要是一维的矢量运算方法，其中包括动量定理的应用和动量守定律的应用，由于力和动量均为矢量。
因此，在应用动理定理和动量守恒定律时要首先选取正方向，正规定的正方向一致的力或动量取正值，反之取负值而不能只关注力或动量数值的大小；另外，理论上讲，只有在系统所受合外力为零的情况下系统的动量才守恒，但对于某些具体的动量守恒定律应用过程中，若系统所受的外力远小于系统内部相互作用的内力，则也可视为系统的动量守恒，这是一种近似处理问题的方法。
三、错解分析在本章知识应用的过程中，初学者常犯的错误主要表现在：只注意力或动量的数值大小，而忽视力和动量的方向性，造成应用动量定理和动量守恒定律一列方程就出错；对于动量守恒定律中各速度均为相对于地面的速度认识不清。
对题目中所给出的速度值不加分析，盲目地套入公式，这也是一些学生常犯的错误。
例1从同样高度落下的玻璃杯，掉在水泥地上容易打碎，而掉在草地上不容易打碎，其原因是：( )A．掉在水泥地上的玻璃杯动量大，而掉在草地上的玻璃杯动量小B．掉在水泥地上的玻璃杯动量改变大，掉在草地上的玻璃杯动量改变小C．掉在水泥地上的玻璃杯动量改变快，掉在草地上的玻璃杯动量改变慢D．掉在水泥地上的玻璃杯与地面接触时，相互作用时间短，而掉在草地上的玻璃杯与地面接触时间长。
【错解】选B。
【错解原因】认为水泥地较草地坚硬，所以给杯子的作用力大，由动量定理I=△P，即F·t=△P，认为F大即△P，大，所以水泥地对杯子的作用力大，因此掉在水泥地上的动量改变量大，所以，容易破碎。
【分析解答】设玻璃杯下落高度为h。
它们从h高度落地瞬间的量变化快，所以掉在水泥地上杯子受到的合力大，冲力也大，所以杯子所以掉在水泥地受到的合力大，地面给予杯子的冲击力也大，所以杯子易碎。
正确答案应选C，D。
【评析】判断这一类问题，应从作用力大小判断入手，再由动量大，而不能一开始就认定水泥地作用力大，正是这一点需要自己去分析、判断。
例2 把质量为10kg的物体放在光滑的水平面上，如图5－1所示，在与水平方向成53°的N的力F作用下从静止开始运动，在2s内力F对物体的冲量为多少？物体获得的动量是多少？【错解】错解一：2s内力的冲量为设物体获得的动量为P2，由动量定理【错解原因】对冲量的定义理解不全面，对动量定理中的冲量理解不移。
错解一主要是对冲量的概念的理解，冲最定义应为“力与力作用时间的乘积”，只要题目中求力F的冲量，就不应再把此力分解。
这类解法把冲量定义与功的计算公式W=Fcosa·s混淆了。
错解二主要是对动量定理中的冲量没有理解。
实际上动量定理的叙述应为“物体的动量改变与物体所受的合外力的冲量相等”而不是“与某一个力的冲量相等”，此时物体除了受外力F的冲量，还有重力及支持力的冲量。
所以解错了。
【分析解答】首先对物体进行受力分析：与水平方向成53°的拉力F，竖直向下的重力G、竖直向上的支持力N。
由冲量定义可知，力F的冲量为：I F=F·t=10×2=10(N·s)因为在竖直方向上，力F的分量Fsin53°，重力G，支持力N的合力为零，合力的冲量也为零。
所以，物体所受的合外力的冲量就等干力F在水平方向上的分量，由动量定理得：Fcos53°·t=P2-0所以P2=Fcos53°·t=10×0.8×2(kg·m/s)P2=16kg·m/s【评析】对于物理规律、公式的记忆,要在理解的基础上记忆，要注意弄清公式中各物理量的含量及规律反映的物理本质，而不能机械地从形式上进行记忆。
另外，对于计算冲量和功的公式、动能定理和动量定理的公式，由于它们从形式上很相似，因此要特别注意弄清它们的区别。
例3 在距地面高为h，同时以相等初速V0分别平抛，竖直上抛，竖直下抛一质量相等的物体m，当它们从抛出到落地时，比较它们的动量的增量△P，有 ( )A．平抛过程较大 B．竖直上抛过程较大C．竖直下抛过程较大 D．三者一样大【错解】错解一：根据机械能守恒定律，抛出时初速度大小相等，落地时末速度大小也相等，它们的初态动量P1=mv0。
是相等的，它们的末态动量P2=mv 也是相等的，所以△P=P2-P1WIJ一定相等。
选D。
错解二：从同一高度以相等的初速度抛出后落地，不论是平抛、竖直上抛或竖直下抛，因为动量增量相等所用时间也相同，所以冲量也相同，所以动量的改变量也相同，所以选D。
【错解原因】错解一主要是因为没有真正理解动量是矢量，动量的增量△P=P2=P1也是矢量的差值，矢量的加减法运算遵从矢量的平行四边形法则，而不能用求代数差代替。
平抛运动的初动量沿水平方向，末动量沿斜向下方；竖直上抛的初动量为竖直向上，末动量为竖直向下，而竖直下抛的初末动量均为竖直向下。
这样分析，动量的增量△P就不一样了。
方向，而动量是矢量，有方向。
从运动合成的角度可知，平抛运动可由一个水平匀速运动和一个竖直自由落体运动合成得来。
它下落的时间由为初速不为零，加速度为g的匀加速度直线运动。
竖直下抛落地时间t3＜t1，所以第二种解法是错误的。
【分析解答】 1．由动量变化图5－2中可知，△P2最大，即竖直上抛过程动量增量最大，所以应选B。
【评析】对于动量变化问题，一般要注意两点：(1)动量是矢量，用初、末状态的动量之差求动量变化，一定要注意用矢量的运算法则，即平行四边形法则。
(2)由于矢量的减法较为复杂，如本题解答中的第一种解法，因此对于初、末状态动量不在一条直线上的情况，通常采用动量定理，利用合外力的冲量计算动量变化。
如本题解答中的第二种解法，但要注意，利用动量定理求动变化时，要求合外力一定为恒力。
例4如图5－3所示，一个质量为M的小车置于光滑水平面。
一端用轻杆AB固定在墙上，一个质量为m的木块C置于车上时的初速度为v0。
因摩擦经t 秒木块停下，(设小车足够长)，求木块C和小车各自受到的冲量。
【错解】以木块C为研究对象，水平方向受到向右的摩擦力f，以v0)。
为正方向，由动量定理有：-ft=0=mv0 所以I木=ft=mv0所以，木块C受的冲量大小为mv0，方向水平向右。
又因为小车受到的摩擦力水平向左，大小也是f(牛顿第三定律)。
所以小车受到的冲量I车= ft =mv0,大小与木块受到的冲量相等方向相反，即水平向左。
【错解原因】主要是因为对动量定理中的冲量理解不深入，动量定理的内容是：物体所受合外力的冲量等于它的动量的变化量。
数学表达式为I合=P2-P1，等式左侧的冲量应指合外力的冲量。
在上述解答中，求木块C受到的冲量为my0是正确的。
因为C受到的合外力就是／(重力mg与支持力N互相平衡)，但小车的冲量就错了。
因为小车共受5个力：重力Mg，压力N=mg，支持力N′[N′=(m ＋M)g]，摩擦力f和AB杆对小车的拉力T，且拉力T=f，所以小车所受合力为零，合力的冲量也为零。
【分析解答】以木块C为研究对象，水平方向受到向右的摩擦力f，以V0为正方向由动量定理有：-ft=0-mv0∴I木=f·t=mv0所以，木块C所受冲量为mv0，方向向右。
对小车受力分析，竖直方向N′=Mg ＋N=(M＋m)g，水平方向T=f′，所以小车所受合力为零，由动量定理可知，小车的冲量为零。
从动量变化的角度看，小车始终静止没动，所以动量的变化量为零，所以小车的冲量为零。
正确答案是木块C的冲量为mv0，方向向右。
小车的冲量为零。
【评析】在学习动量定理时，除了要注意动量是矢量，求动量的变化△P 要用矢量运算法则运算外，还要注意F·t中F的含义，F是合外力而不是某一个力。
参考练习：质量为100g的小球从0.8m高处自由落下到一厚软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.20s，则这段时间软垫对小球的冲量为______(g=10m/s2，不计空气阻力)(答案为0．6N·s)例5 向空中发射一物体．不计空气阻力，当物体的速度恰好沿水平方向时，物体炸裂为a,b两块．若质量较大的a块的速度方向仍沿原来的方向则 ( )A．b的速度方向一定与原速度方向相反B．从炸裂到落地这段时间里，a飞行的水平距离一定比b的大C．a，b一定同时到达地面D．炸裂的过程中，a中受到的爆炸力的冲量大小一定相等【错解】错解一：因为在炸裂中分成两块的物体一个向前，另一个必向后，所以选A。
锗解二：因为不知道a与b的速度谁大，所以不能确定是否同时到达地面，也不能确定水平距离谁的大，所以不选B，C。
错解三：在炸裂过程中，因为a的质量较大，所以a受的冲量较大，所以D 不对。
【错解原因】错解一中的认识是一种凭感觉判断，而不是建立在全面分析的基础上。
事实是由于没有讲明a的速度大小。
所以，若要满足动量守恒，(m a+m b)v=m a v a＋m b v b，v b的方向也可能与v a同向。
错解二是因为没有掌握力的独立原理和运动独立性原理。
把水平方向运动的快慢与竖直方向的运动混为一谈。
错解三的主要错误在于对于冲量的概念没有很好理解。
【分析解答】物体炸裂过程发生在物体沿水平方向运动时，由于物体沿水平方向不受外力，所以沿水平方向动量守恒，根据动量守恒定律有：(m a+m b)v=m a v b＋m b v b当v a与原来速度v同向时,v b可能与v a反向，也可能与v a同向,第二种情况是由于v a的大小没有确定，题目只讲的质量较大，但若v a很小，则m a v a还可能小于原动量(m a+m b)v。
这时,v b的方向会与v a方向一致，即与原来方向相同所以A 不对。
a，b两块在水平飞行的同时，竖直方向做自由落体运动即做平抛运选项C是正确的由于水平飞行距离x=v·t，a、b两块炸裂后的速度v a。
v b。
不一定相等，而落地时间t又相等，所以水平飞行距离无法比较大小，所以B不对。
根据牛顿第三定律，a，b所受爆炸力F a=-F b，力的作用时间相等，所以冲量I=F·t的大小一定相等。
所以D是正确的。
此题的正确答案是：C，D。
【评析】对于物理问题的解答，首先要搞清问题的物理情景，抓住过程的特点(物体沿水平方向飞行时炸成两块，且a仍沿原来方向运动)，进而结合过程特点(沿水平方向物体不受外力)，运动相应的物理规律(沿水平方向动量守恒)进行分析、判断。