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《动量和动量定理》(教学)课件
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
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。
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?
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:
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。
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。
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 p 1 : p 2 = 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。
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。
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?
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, 碰撞前钢球的动 量为p = mv =0.2×2kg· m/s =0.4kg· m/s.
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;
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
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?
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。
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
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;
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?
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
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)