高中物理选修5第一次课动量与冲量动量定理Word格式.docx

1、1.定义：物体的质量与速度的乘积，称为物体的动量。2.表达式：P=mv 动量与动能的关系： 或 3.单位：千克米每秒，符号：kgm/s。4.理解要点：（1）状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动。显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念。（2）矢量：动量的方向与速度方向一致。综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效

2、果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。5.动量的变化（1）运动物体在某一过程的末动量P/与初动量P的差。（2）表达式：P=P/P。（3）动量的变化P是矢量，其运算遵循平行四边形定则，如图所示。 如果始、末动量都在同一直线上或相互平行，则在该直线上选定一个正方向后，就可以将矢量运算转换成代数运算了。例1一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个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？思考讨论怎样使一个物体的动量发生变化?讨论总结施加力的作用并持续一段时间。使

3、物体的动量发生相同的变化，既可以用较大的力短时间作用，也可以用较小的力长时间作用。结论：持续作用在物体上的力，可以产生这样的效果：使物体的动量发生变化。二、冲量l.定义：力与作用时间的乘积，称为这个力对物体的冲量。I=Ft牛秒，符号：Ns由上式可以看出冲量和动量的单位是相同的，即lNs=lkgm/s，但这并不意味着这两个单位可以混用。4.理解要点（1）过程量：冲量描述力对时间的累积作用效果。（2）矢量性：冲量的方向与力的方向相同。（3）I=Ft一般只适用于恒力冲量的计算。对于变力的冲量，需用其他方法计算。例2物体受到一个水平向右的推力的作用而静止在水平桌面上，求：（1）推力在6s内的冲量是多少

4、?方向如何?（2）这个冲量在数值上与Ft图中阴影面积有何联系?（3）如果推力方向不变，在6s内从零均匀增大到15N，计算推里在6s内的冲量。例3质量为0.5kg的物体以4m/s的速率做匀速圆周运动，则：（1）物体的动量是否保持不变?（2）物体在半周期内的动量变化是多大?一个周期内的动量变化是多大?1/4周期内的动量变化是多大?例4倾角为=370的粗糙斜面上放置一质量m=2kg的物体，求下面两种情况下物体所受各力在5s内的冲量：（1）物体与斜面的动摩擦因数=0.8；（2）物体与斜面的动摩擦因数=0.5。课堂练习1质量为0.2kg的垒球以30m/s的速度飞向击球手经击球手奋力打击后，以50m/s的

5、速度反弹。设打击前后，垒球沿同一直线运动，试分析： （1）打击后，垒球的动量大小是变大了还是变小了，变大或变小了多少?（2）在打击过程中，垒球的动量变化是多大?（3）思考：在（1）、（2）两问中，结果为什么会不同?2在光滑水平桌面上静置一物体，现用方向不变的水平力作用在物体上，已知力的大小随时间变化如图所示，试求06s内作用力的总冲量。162 动量定理1.学习动量定理，理解和掌握冲量和动量改变的关系；2.学会利用牛顿运动定律推导动量定理。1.动量定理是矢量定理的理解，注意方向性；2.掌握利用动量定理解决问题的基本方法。复习引入讨论1以初速度v0竖直向上抛出一物体，空气阻力不可忽略。关于物体受到

6、的冲量，以下说法中正确是：（BCD）A.物体上升阶段和下落阶段受到重力的冲量方向相反B.物体上升阶段和下落阶段受到空气阻力冲量的方向相反C.物体在下落阶段受到重力的冲量大于上升阶段受到重力的冲量D.物体从抛出到返回抛出点，所受各力冲量的总和方向向下讨论2 以10m/s的速度运动的球，能不能用头去顶？讨论3鸡蛋从1m高处掉落地上，鸡蛋会破吗？一、动量定理1.推导：（1）放在光滑水平面上的物体，在水平拉力F的作用下向右加速运动，经过时间t，速度从v1增加到v2，则有： F=ma 有： Ft=mv2-mv1（2）若水平面粗糙，有：F-f=ma （F-f）t=mv2-mv1综合（1）、（2）有：Ft=

7、mv2-mv1 即I合=P2.内容：物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化。3.表达式：I合=P ，Ft=mv2-mv1例1 质量2kg的木块与水平面间的动摩擦因数=0.2，木块在F=5N的水平恒力作用下由静止开始运动。g=10m/s2，求恒力作用在木块上10s末物体的速度。解法1：恒力作用下的木块运动中共受到竖直向下的重力mg，水平面向上的支持力N，沿水平方向的恒力F和摩擦力，如图所示。木块运动的加速度， 木块运动10s的速度vt=at=0.510=5m/s解法2：木块的受力分析同上。在10s内木块所受合力的冲量I=Ft-ft。木块初速度是零，10s末速度用v表示。10s内木块动量的改变就是

8、mv。根据动量定理I=mv，10s末木块的速度 两种解法相比较，显然利用动量定理比较简单。动量定理绕过了加速度的环节，处理和时间有关的力和运动的问题时就比较方便。4.说明：（1）动量定理的研究对象可以是单个物体，也可以是多个物体组成的系统。当研究对象为物体系时，物体系总动量的增量等于相应时间内物体系所受的合外力的冲量。所谓物体系总动量的增量是指系统内各物体的动量变化量的矢量和。所谓物体系所受的合外力的冲量是指系统内各物体所受的一切外力的冲量的矢量和，而不包括系统内部物体之间的相互作用力（内力）的冲量；这是因为内力总是成对出现的，而且它们的大小相等、方向相反，其冲量的矢量和总等于零。（2）动量定

9、理公式中的F是研究对象所受的所有外力的合力，它可以是恒力，也可以是变力。当合外力为变力时，F应该是合外力对作用时间的平均值（如果能平均，比如力随时间均匀变化的情况）。（3）动量定理公式中的Ft是合外力的冲量，即外力冲量的矢量和，是使研究对象动量发生变化的原因，即冲量是动量变化的原因。在所研究的物理过程中：如果各个外力的作用时间相同，求合外力的冲量时，可以先按矢量合成法则求所有外力的合力，然后再乘以力的作用时间；也可以先求每个外力在作用时间内的冲量，然后再按矢量合成法则求所有外力冲量的矢量和；如果作用在研究对象上的各个力的作用时间不相同，就只能求每个力在相应时间内的冲量，然后再求所有外力冲量的矢

10、量和。（4）动量定理中mv2mv1是研究对象的动量增量，是过程末态动量与初态动量的差值（矢量差）。（5）动量定理中的等号（=），表明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相等，方向相同，但绝不能认为合外力的冲量就是动量的增量。合外力的冲量是引起研究对象的运动状态改变的外来因素（原因），而动量的增量则是研究对象受外力冲量后所导致的必然结果（结果）。（6）I=P是矢量式，在应用动量定理时，应该遵循矢量运算的平行四边形定则。所以，对一条直线上运动的物体，在应用动量定理解题时应先规定正方向。（7）牛顿定律跟动量定理的关系根据 Fma 得： Fma 即这是牛顿第二定律的另一种表达形式：合外力F等于物体动

11、量的变化率。5.关于应用（1）应用动量定理I=p求变力的冲量的方法如果物体受到变力的作用，则不能直接用Ft求变力的冲量，而应求出该力作用下物体动量的变化p，等效代换变力的冲量I=p。（2）应用p=Ft求恒力作用下的曲线运动中物体动量的变化在曲线运动中，速度方向时刻在变化，求动量的变化p=p2p1需要应用矢量运算方法，比较麻烦。如果作用力是恒力，可以求出恒力的冲量等效代换动量的变化。如平抛运动中动量的变化问题。思考以初速度v0平抛出一个质量为m的物体，求抛出后t秒内物体的动量变化。答案：p=Ft=mgt，方向竖直向下二、应用动量定理解题的一般步骤1.明确研究对象和研究过程研究对象可以是一个物体，

12、也可以是几个物体组成的系统。系统内各物体可以是保持相对静止的，也可以是相对运动的。研究过程既可以是全过程，也可以是全过程中的某一阶段。2.正确进行受力分析只分析研究对象以外的物体施给研究对象的力。所有外力的矢量和为合外力。研究对象内部的相互作用力（内力）会改变系统内某一物体的动量，但不影响系统的总动量，因此不必分析内力。如果在所选定的研究过程中的不同阶段中物体的受力情况不同，就要分别计算它们的冲量，然后求它们的矢量和。3.规定正方向由于力、冲量、速度、动量都是矢量，在一维的情况下，列式前要先规定一个正方向，和这个方向一致的矢量为正，反之为负。4.写出研究对象的初、末动量和合外力的冲量（或各外力

13、在各个阶段的冲量的矢量和）5.根据动量定理列式求解。三、常见类型和例题（一）掌握求恒力和变力冲量的方法恒力F的冲量求法：直接根据I=Ft求；变力的冲量求法：由动量定理或F-t图线与横轴所夹的面积来求。例1质量为m的小球由高为H倾角为光滑斜面顶端，无初速滑到底端过程中，重力、弹力、合力的冲量各是多大？解：力的作用时间都是力的大小依次是mg、mgcos和mgsin所以它们的冲量依次是：特别注意：该过程中弹力虽然不做功，但对物体有冲量。例2一个物体同时受到两个力F1、F2的作用，F1、F2与时间t的关系如图所示，如果该物体从静止开始运动，经过t=10s，F1、F2以及合力F的冲量各是多少？经过t=1

14、0s后,F1的冲量I1=1010/2=50N.S，F2的冲量I2=50N.S,合力F的冲量为0。本题中因为F1和F2大小都随时间均匀变化，也可以用平均力的方法求冲量。例3一质量为100g的小球从0.80m高处自由下落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0.2s，则软垫对小球的平均作用力（冲力）多大？（取 g=10m/s2，不计空气阻力）。例4如果物体所受空气阻力与速度成正比，当以速度v1竖直上抛后，又以速度v2返回出发点。这个过程共用了多少时间?如图所示，作出上升阶段和下降阶段的v-t图线。上升和下降阶段加速度都是减少的。图线下方的“面积”表示位移的大小，即s1=s2=h。由于阻

15、力与速度大小成正比，在图中作出f-t图线，则图线下方的面积一定相等，而此“面积”表示上升阶段和下降阶段阻力的冲量大小，故有If 1=-If 2。（，h是物体上升和下降的位移大小）。取向下为正方向，对全过程由动量定理可得: mgt=m（v1+v2），解得t=（v1+v2）/g例5跳伞运动员从2000m高处跳下，开始下落过程未打开降落伞，假设初速度为零，所受空气阻力与下落速度大小成正比，最大降落速度为vm=50m/s。运动员降落到离地面s=200m高处才打开降落伞，在1s内速度均匀减小到v1=5.0m/s，然后匀速下落到地面，试求运动员在空中运动的时间。整个过程中，先是变加速运动，接着匀减速，最后

16、匀速运动，作出vt图线如图（1）所示。由于第一段内作非匀变速直线运动，用常规方法很难求得这1800m位移内的运动时间。考虑动量定理，将第一段的vt图按比例转化成ft图，如图（2）所示，则可以巧妙地求得这段时间。设变加速下落时间为t1，利用动量定理得：， ， s1=1800m又匀速运动时 mg=kvm，得 代入第一式得：第二段1s内：所以第三段时间:， 空中的总时间：（二）掌握求动量及动量变化的方法求动量的变化要用平行四边形定则或动量定理。例6一个质量为m=40g的乒乓球自高处落下，以速度=1m/s碰地，竖直向上弹回，碰撞时间极短，离地的速率为=0.5m/s。求在碰撞过程中，乒乓球动量变化为多少

17、？取竖直向下为正方向，乒乓球的初动量为：乒乓球的末动量为：乒乓球动量的变化为：=负号表示的方向与所取的正方向相反，即竖直向上。例7以初速度v0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？因为合外力就是重力，所以p=Ft=mgt，方向竖直向下。例8一粒钢珠从静止状态开始自由下落,然后陷人泥潭中。若把在空中下落的过程称为过程，进人泥潭直到停止的过程称为过程, 则（ AC ）A.过程I中钢珠的动量的改变量等于重力的冲量B.过程中阻力的冲量的大小等于过程I中重力的冲量的大小C.I、两个过程中合外力的总冲量等于零D.过程中钢珠的动量的改变量等于零（三）应用动量定理求力例9一个质量为m=

18、2kg的物体,在F1=8N的水平推力作用下,从静止开始沿水平面运动了t1=5s,然后推力减小为F2=5N,方向不变,物体又运动了t2=4s后，撤去外力,物体再经过t3=6s停下来。求物体在水平面上所受的摩擦力的大小。以推力的方向为正方向.在物体运动的整个过程中,物体的初动量P1=0,末动量P2=O跟据动量定理有：F1t1+F2t2-f（t1+t2+t3）=0f=4N例10质量是60kg的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护作用，最后使人悬挂在空中。已知弹性安全带缓冲时间为1.2s，安全带长5m.求安全带所受的平均冲力（g=10ms2）。人下落为自由落体运动，下落到底端时的速度为： ，

19、 以人为研究对象，在人和安全带相互作用的过程中，人受到重力mg和安全带给的冲力 F，取F方向为正方向，由动量定理得：（F-mg）t=mvm（-v0）,v=0 , 所以（方向竖直向下）例11“蹦极”是一项勇敢者的运动，如图所示，某人用弹性橡皮绳拴住身体自高空P处自由下落，在空中感受失重的滋味.若此人质量为60 kg，橡皮绳长20 m，人可看成质点，g取10 m/s2，求：（1）此人从点P处由静止下落至橡皮绳刚伸直（无伸长）时，人的动量为_；（2）若橡皮绳可相当于一根劲度系数为100 N/m 的轻质弹簧，则此人从P处下落到_m时具有最大速度；（3）若弹性橡皮绳的缓冲时间为3 s，求橡皮绳受到的平均

20、冲力的大小。（1）人从高空落下，先在重力作用下做自由落体运动，弹性橡皮绳拉直后除受到重力外还受到橡皮绳的弹力F作用.自由落体运动的时间为t1= s=2 s自由落体运动的末速度为v=gt1=20 m/s，此时他的动量为p=mv=1200 kgm/s（2）当他到达平衡位置时，速度最大，则kx=mg ，x=6m他从P处下落了26 m.（3）对人从开始下落到速度减为零的全过程，由动量定理得 mg（t1+t2）Ft2=0解得F=1000 N，根据牛顿第三定律得，橡皮绳受到的平均冲力大小为1000 N.（四）求解曲线运动问题 例12 如图 所示，以vo 10ms的初速度、与水平方向成300角抛出一个质量m

21、2kg的小球忽略空气阻力的作用，g取10m/s2求抛出后第2s末小球速度的大小 小球在运动过程中只受到重力的作用，在水平方向做匀速运动，在竖直方向做匀变速运动，竖直方向应用动量定理得： Fyt=mVy-mVy0所以 mgt=mVy-（-mV0.sin300） , 解得Vy=gt-V0.sin300=15m/s.而Vx=V0.cos300=m/s ,第2s未小球速度大小为： m/s注意：动量定理不仅适用于物体做直线运动的问题，而且也适用物体做曲线运动的问题，在求解曲线运动问题中，一般以动量定理的分量形式建立方程，即：Fxt=mVx-mVx0 Fyt=mVy-mVy0例13从高为H的平台上，同时水

22、平抛出两个物体A和B，已知它们的质量mB = 2mA，抛出时的速度vA=2vB，不计空气阻力，它们下落过程中动量变化量的大小分别为pA和pB，则（ D ）A.pA=pB B.pA=2pB C.pB=4pA D.pB=2pA例14质量为m的小球用长为R的细绳的一端系住，在水平光滑的平面内绕细绳的另一端做匀速圆周运动，速率为v，求半周期内向心力的冲量。在半个周期的冲量不等于m, 因为向心力是个变力（方向时刻在变）.在半个周期的始、末线速度方向相反，动量的变化量是2mv，根据动量定理可知，向心力在半个周期的冲量大小也是2mv，方向与半个周期的开始时刻线速度的方向相反。（五）求解流体问题 例15 某种

23、气体分子束由质量m=5.4X10-26kg，速度v460m/s的分子组成，各分子都向同一方向运动，垂直地打在某平面上后又以原速率反向弹回，如分子束中每立方米的体积内有n01.5X1020个分子，求被分子束撞击的平面所受到的压强。设在t时间内射到某平面S上的气体的质量为M，则： M=vtSn0m取M为研究对象，受到的合外力等于平面作用到气体上的压力F以初速度v方向规定为正方向，由动量定理得: -Ft=-Mv-Mv解得平均冲力为：F=2v2n0Sm 平面受到的压强P为：P=F/S=2v2n0m=3.428 Pa 例16自动称米机已被许多粮店广泛使用。买者认为：因为米落到容器中时有向下的冲力而不划算

24、。卖者认为：当预定米的质量数满足时，自动装置即刻切断米流，此刻尚有一些米仍在空中，这些米是多给买者的，因而双方争执起来，究竟对哪方更划算呢？设米粒的流量为d （kg/s），它是恒定的。自动装置能即刻在出口处切断米流，米流在出口处速度很小可视为零。若切断米流后，盛米容器中静止的那部分米的质量为m1kg，空中还在下落的米的质量为m2kg。极短时间t内落在静止的米堆上的一部分米的质量m=dt。设m落在米堆上之前的速度为V，经过t后静止，其受力如图所示。取向上为正方向，由动量定理得： （F-mg）t=0-（-mV）即 F=dV+gdt设米从自动装置出口处落到静止部分米表面所用的时间为t，则 V=gt由

25、空中部分米的质量m2=dt, 可得dV=dgt=m2g即F=m2g+mg.，根据牛顿第三定律得F/=F，称米机读数为M=m1+m2+m可见，称米机读数已包含了静止在袋中部分的质量m1，也包含了尚在空中的下落的米流的质量m2，还包含了刚落至米堆的一小部分的质量m，即自动称米机是准确的，不存在谁划不划算的问题。例17高压采煤水枪出水口的截面积为S，水的射速为v，射到煤层上后，水速度为零.若水的密度为，求水对煤层的冲力.从水枪中射出的水是连续的，这样对解题极为不便，为使连续的水像物体一样，我们可以取一小段时间的水进行研究。射到煤层上的水，在较短时间速度变为零，煤一定对水（水为研究对象）产生了力的作用

26、，此力为变力，因此可以由动量定理来求出煤对水的平均作用力，即冲力，由牛顿第三定律就知道水对煤的作用力。由水流算出t内水的质量，以t时间内的水为研究对象，由动量定理列方程，求煤对水的力，再由牛顿第三定律求水对煤的力。设在t时间内，从水枪射出的水的质量为m，则mSvt.以m为研究对象，它在t时间内动量变化为：p=m（0v）=Sv2t设FN为水对煤层的冲力，FN为煤层对水的反冲力，以FN的方向为正方向，对水利用动量定理（忽略水的重力）得：FNt=pv2St ， 解得：FN=Sv2根据牛顿第三定律知FN=FN，所以FN=Sv2例18 如图所示，光子具有动量，每个光子的动量p=mv=h/（式中h为普朗克

27、常量，为光子的波长）.当光照射到物体表面上时，不论光被物体吸收还是被物体表面反射，光子的动量都会发生改变，因而对物体表面产生一种压力，称为光压。下图是列别捷夫设计的用来测量光压的仪器。图中两个圆片中，a是涂黑的，而b是光亮的。当光线照射到a上时，可以认为光子全部被吸收，而当光线照射到b上时，可以认为光子全部被反射。分别用光线照射在a或b上，由于光压的作用，都可以引起悬丝的旋转，旋转的角度可以借助于和悬丝一起旋转的小平面镜M进行观察。（1）如果用一束强光同时照射a、b两个圆片，光线的入射方向跟圆片表面垂直，悬丝将向哪个方向偏转？为什么？（2）已知a、b两个圆片的半径都为r，两圆心间的距离是d。现

28、用频率为的激光束同时垂直照射a、b两个圆片，单位时间内垂直于光传播方向的单位面积上通过的光子个数为n ,光速为c ,求由于光压而产生的作用力分别为多大？（1）a向外b向里转动（从上向下看逆时针转动）对时间t内照到圆片上的光子用动量定理：Ft=（ntS）mv，照到a上的每个光子的动量变化是mv，而照到b上的每个光子的动量变化是2mv；因此光子对b的光压大.（2）分别对单位时间内照射到a、b上的光子用动量定理，有：Fa=nr2h/c ，Fb=nr22h/c例19科学家设想在未来的航天事业中用太阳帆来加速星际宇宙飞船按照近代光的粒子说，光由光子组成，飞船在太空中张开太阳帆，使太阳光垂直射到太阳帆上，太阳帆面积为S，太阳帆对光的反射率为100，设太阳帆上每单位面积每秒到达n个光子，每个光子的动量为p，如飞船总质量为m，求飞船加速度的表达式。 若太阳帆面对阳光一面是黑色的，情况又如何？；（六）对系统应用动量定理系统的动量定理就是系统所受合外力的冲量等于系