《动量和动量定理》(教学)课件

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例:人在船上行走——人对船的作用力与船对人的反作用力 的冲量的矢量和等于零,但是人对船的作用力和船对人的反作 用力都做正功,使人和船的动能都增加。
例题5. 对于力的冲量,下列说法正确的 是( )B A. 力越大,力的冲量就越大; B. 作用在物体上的力大,力的冲量不 一定大; C. 力与位移垂直时,力的冲量为零; D. 物体在水平推力作用下, 经一段时间t 后仍处于静止状态,则此推力的冲量 为零。
碰撞后钢球的速度为v′= - 0.2m/s, 碰撞后钢球的动量为: p' = mv' = 0.2×2kg· m/s= 0.4kg· m/s
p = p' p = 0.4kg· m/s 0.4kg· m/s =0.8kg· m/s, 且动量变化的方向向左.
课堂练习
1、质量为m的钢球自高处落下,以速率v1碰地, 竖直向上弹回,与水平地面碰撞时间极短,离 地时速率为v2,在碰撞过程中,钢球动量变化为 多少?
例题6. 如右图所示, 一物体在与水平方向成 角的拉力F作用下匀速前 进了时间t,则( AD) A. 拉力F对物体的冲量大小为Ft;
F
θ
B. 拉力F对物体的冲量大小为Ftsin; C. 摩擦力对物体的冲量大小为Ftsin;
D. 合外力对物体的冲量大小为0。
思考与讨论
如果在一段时间内的作用力是一个变力, 又该怎样求这个变力的冲量?
P P′ ΔP P′ ΔP P P′ P′ ΔP P′ P
P′
动量的变化p
不在同一直线上的动量变化的 运算,遵循平行四边形定则:
ΔP
P′ P′ ΔP
P
P
也称三角形法则:从初动量的矢量末端 指向末动量的矢量末端
例题 2 .一个质量是 0.1kg的钢球,以 6m/s 的 速度水平向右运动,碰到一块坚硬的障碍物 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?方向如何?
3、动量定理不仅适用于宏观低速物体,也适用于 微观现象和变速运动问题。
动量定理的优点:不考虑中间过程, 只考虑初末状态。
牛顿第二定律的动量表述 1、内容:物体所受的合外力等于物体动量的 变化率,即 v ' v p ' p
F合 m
t

t
2、牛顿第二定律与动量定理的区别: 1)牛顿第二定律反映的是物体某一瞬时所受 合外力与加速度之间的关系,两者一一对应, 是一个瞬时表达式,仅当合外力为恒力时,加 速度为恒量; 2)动量定理是研究物体在合外力持续作用下 的一段时间内的积累效应,使物体的动量获得 增加。
冲量(impulse)
1、定义:作用在物体上的力和作用时间的乘 积,叫做该力对这个物体的冲量I,用公式表 示为: I=Ft
2、单位:在国际单位制中,冲量单位是牛·秒, 符号是N·s 3、冲量是矢量:方向由力的方向决定,若为 恒定方向的力,则冲量的方向跟这力的方向 相同
4、冲量是过程量,反映了力对时间的积累效应
情景问题一 运 动 员 头 顶 足 球 如果飞过来的不是足球, 而是一 个铅球呢,你敢不敢顶?为什么?
结论:
运动物体的作用效 果与物体的质量有关。
别人很慢地朝你 投来一颗质量为20g 的子弹来你敢不敢用 手去接?如果子弹从 枪里面发出来呢?
结论: 运动物体的作用效果 还与速度有关。
所以,要更准确、更全面地反 映运动物体的作用效果,必须同时 考虑其速度及质量, 为此我们要引 入一个新的物理量——动量。
思考与讨论 冲量
冲量与功有什么区别?
矢 量 标 量
I=Ft W= FS

N · 力的空间积累 N·m( J) S 使动能发生变化
力的时间积累 使动量发生变化
1、作用力与反作用力:作用力的冲量与反作用力的 冲量总是等值、反向并在同一条直线上,但是作用力 的功与反作用力的功不一定相等。 2、内力:对物体系统内部,内力作用的冲量的矢量 和等于零,但内力的功的代数和不一定为零。
设置物理情景:质量为m的物体,在合力F的作用下, 经过一段时间t,速度由v 变为v’,如图所示:
分析:由牛顿第二定律知: F = m a
v ' v 联立可得: F m t =
v ' v 而加速度定义有: a t
⊿p/⊿t
这就是牛顿第二定律的另一种表达形式。 变形可得: Ft mv ' mv 表明动量的变化与力的时间积累效果有关。
非弹性绳断
橡皮绳不断
思考与讨论 报道1、1962年,一架“子爵号”客机,在美 国的伊利奥特市上空与一只天鹅相撞,客机坠毁, 十七人丧生。 报道2、1980年,一 架英国的“鸽式”战 斗机在威尔士地区上 空与一只秃鹰相撞, 飞机坠毁,飞行员弹 射逃生……
问题:小小飞禽何以能撞毁飞机这 样的庞然大物?
思考与讨论
动量与动能有什么区别?
动量 动能 p=mv Ek= mv2/2 矢 量 标 量 若速度变化, kg· m/s (N· S) 则Δp一定不为零 kg· m2/s2
( J)
若速度变化, ΔEk可能为零
动量与动能之间量值关系:
p
2mEk
1 Ek pv 2
例题4. 以下关于动能和动量的关系正确 的是: ( ) AD A. 物体的动能改变,其动量一定改变; B. 物体的动量改变,则其动能一定改变;
1)物理研究方法:过程量可通过状态量的变化来反映; 2)表明合外力的冲量是动量变化的原因; 3)动量定理是矢量式,合外力的冲量方向与物 体动量变化的方向相同: 合外力冲量的方向与合外力的方向或速 度变化量的方向一致,但与初动量方向可相同, 也可相反,甚至还可成角度。
动量定理的适用范围
1、动量定理不但适用于恒力,也适用于随时间变 化的变力,对于变力,动量定理中的F应理解为变 力在作用时间内的平均值; 2、动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题, 还可以解决曲线运动中的有关问题,将较难的计算 问题转化为较易的计算问题;
5、根据动量定理列方程,统一单位后代入 数据求解。
动量定理解释生活现象
由Ft=ΔP可知: ①△P一定,t短则F大,t长则F小; ——缓冲装置 ②t一定,F大则△P大,F小则△P小; ③F一定,t长则△P大,t短则△P小。
思考与讨论 1、在足球场上,你常看到运动员用 头去顶球的现象,试设想如果迎面飞 来的不是足球而是一块大石头,他们 能用头去顶吗?
规定正方向
P′ P
ΔP
例题3. 一个质量是0.2kg 的钢球,以2m/s的速度 水平向右运动,碰到一 块竖硬的大理石后被弹 回,沿着同一直线以 2m/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?
v
v′
解:取水平向右的方向为正方向,碰 撞前钢球的速度v=2m/s, 碰撞前钢Biblioteka Baidu的动 量为p = mv =0.2×2kg· m/s =0.4kg· m/s.
0.4 N· s 0.6 N· s 4、一质量为100g的小球从0.8m高处自由下落到一个 软垫上,若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了 0.2s,则这段时间内软垫对小球的冲量为多少? 5、质量为2Kg的物体A,放在光滑的水平 面上,受如图F=10N的力作用了10秒, 100N· s 则在此过程中 F 的冲量大小是 _____ , · s ,支持力的 重力的冲量大小是_200N__ 113.7,合力的冲量是 N· s 50 N· s , 冲量是 ____ ______ 合力的冲量与各分量的关系是 矢量和 。 (g=10m/s2)
动量(momentum)
1、定义:物体的质量和速度的乘积,叫做物体的动 量p,用公式表示为 p=mv 2、单位:在国际单位制中,动量的单位是 千克·米/秒,符号是 kg· m/s ; 3、动量是矢量:方向由速度方向决定,动量的 方向与该时刻速度的方向相同; 4、动量是描述物体运动状态的物理量,是状态量; 5、动量是相对的,与参考系的选择有关。
注意:物体的动量,总是指物体在某一时刻的动量, 即具有瞬时性,故在计算时相应的速度应取这一时刻 的瞬时速度
动量概念的由来
如图所探究的问题中,发现碰撞的两 个物体,它们的质量和速度的乘积mv在碰撞 前后很可能是保持不变的,这让人们认识到 mv这个物理量具有特别的意义,物理学中把 它定义为物体的动量。
8.在水平面上有甲、乙两物体,其质量之比为m1:m2=1: 2,与地面之间的动摩擦因数相同,以相同的初动能开 始运动,则两物体从开始运动到停止 (1)通过的位移之比为 C (2)所用的时间之比为 D A. 1:1. B. 1:2. C. 2:1. D. √2 : 1
2、用锤子使劲压钉子,就很难把钉 子压入木块中去,如果用锤子以一定 的速度敲钉子,钉子就很容易钻入木 块,这是为什么?
思考与讨论
3、杂技表演时,常可看见有人用铁锤猛击放在“大 力士”身上的大石块,石裂而人不伤,这又是为什么? 4、建筑工人或蹦极运动员身上绑的安全带是有弹性 的橡皮绳还是不易伸长的麻绳? 小实验
课堂练习
2、如图所示,一个质量为0.18kg的垒球,以 25m/s的水平速度飞向球棒,被球棒打击后反 向水平飞回,速度大小变为45m/s,设球棒与 垒球的作用时间 为0.01s。求球棒对垒球的平
均作用力。
动量定理的应用步骤
1、确定研究对象:一般为单个物体; 2、明确运动过程; 3、进行受力分析,确定每个力的冲量及其 合外力的冲量; 4、选定正方向,确定研究对象的初、末状态 的动量及其动量的变化;
F
公式 I=F t 中的F 必须取平均值
F0
O
t0
t
由图可知 F-t 图线与时间轴之间所 围的“面积”的大小表示对应时间t0内, 力F0的冲量的大小。
动量定理(theorem of momentum)
1、内容:物体所受合外力的冲量等于物体的 动量变化,这就是动量定理。 2、表达式: Ft mv ' mv 或 I p 3、加深理解:
一辆汽车在急刹车时,若对车施加很 大的阻力,车在很__ 短时间内停止;如果施 很小 __的阻力,也会停下来,不过时间要长 得多。这两种情况,对汽车运动状态改变 相同。可见引起状态改变要考虑作 的效果__ 力作用的时间 这两个因素。 用__ 力和_______________
牛顿第二定律推导动量的变化
生活中的应用
包装用的泡沫材料
生活中的应用
船靠岸时边缘上的废旧轮胎
生活中的应用
摩托车头盔里的衬垫
生活中的应用
科学漫步
1、汽车的碰撞试验 1)汽车的安全气囊的 保护作用 2)轿车前面的发 动机舱并不是越坚 固越好
2、了解历史上关于运动量度的争论
瓦碎蛋全
高空砸鸡蛋 鸡蛋从一米多高的地方落到地板上,肯定会被 打破,但如果在地板上放一块泡沫塑料垫,让鸡蛋 落到泡沫塑料上,结果鸡蛋却保持完好无损
例1.下列情况中, 物体动量不变的是 (A)
A. 在平直路面上匀速前进的汽车 B. 汽车在转弯过程中速度大小不变 C. 水平飞出的球撞到竖直墙面后又 沿原路返回 D. 匀速直线运动的洒水车正在洒水.
动量的变化p 1、某段运动过程(或时间间隔)末状态的动量
p ' 跟初状态的动量p的矢量差,称为动量的变化 p = p' - p (或动量的增量),即 2、动量变化的三种情况: 大小变化、方向改变或大小和方向都改变。 3、同一直线上动量变化的运算:
3、已知鸟的质量为1kg,身长为15cm,鸟与飞 机相撞面积S=0.01m2,飞机的速度为600m/s, 试求鸟对飞机的撞击所产生压强的大小。 2.4×108帕
这道题,能给你带来怎样的思考呢?在我们 的天空中飘浮着很多的太空垃圾,如火箭的碎片, 卫星的残骸等等,这些人类文明的产物也在威胁 着人类,所以我们进入太空时面临的问题之一就 是如何治理宇宙空间的这些垃圾。
6、质量为5kg的小球,从距地面高为20m处水平抛出, 初速度为10m/s,不计空气阻力,g=10m/s2,从抛出到 落地过程中,重力的冲量是( C ) A、60N·s B、80N·s C、100N·s D、120N·s
7.两个物体的质量之比m1:m2=1:2. (1).若动能相等,则动量之比 p1:p2= 1:√2 . (2).若动量相等,则动能之比 Ek1:Ek2= 2:1 .
C. 动能是矢量,动量是标量;
D. 物体的速度不变,则动量不变,动能 也不变。
思考与讨论
在前面所学的动能定理中,我们知道, 动能的变化是由于力的位移积累即力做功 的结果,那么,动量的变化又是什么原因 引起的呢? 动量的变化与速度的变化有关, 而速度的变化是因为有加速度,而牛 顿第二定律告诉我们,加速度是由物 体所受的合外力产生的。
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