高二物理动量和动量定理教育科学版知识精讲.doc.doc
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1、高二物理动量和动量定理教育科学版【本讲教育信息】一、教学内容:动量和动量定理二. 学习目标:1、理解动量、冲量的概念。2、能熟练运用动量定理解释有关现象,分析解决有关问题。3、重点掌握与动量和动量定理内容相关的重要的习题类型及解法。考点地位:动量与动量定理是历年高考考查的重点与难点,是每年高考的必考内容。运用动量思想分析和解决物理问题是分析高中物理问题的重要方法,其命题的重点体现在对于动量及冲量的矢量性考查,运用动量定理解释相关现象、动量定理的相关计算等。题目综合性很强,动量问题可以与牛顿运动定律、动量与平抛运动、动量与机械能守恒等问题进行综合,出题形式灵活多变,可通过选择、填空和计算题多种形
2、式进行考查,2008年天津理综第20题、2007年全国卷第16题、重庆理综卷第17题、全国卷第18题、北京卷第20题均通过选择题形式进行考查,2009年天津卷第10题、2008年四川卷第25题、天津卷第24题均以计算题形式进行考查。三. 重难点解析: 1. 冲量的概念(1)冲量的定义:力和力作用的时间的乘积叫做力的冲量,冲量是描述力对物体作用的时间累积效应的物理量。力的冲量记为I=Ft,只要力和力的作用时间的乘积保持不变,它对物体的作用效果就应该是一样的。特别要注意不能把力对物体的冲量说成是“物体的冲量”。力的冲量是一个过程量,在谈及冲量时,必须明确是哪个力在哪段时间上的冲量。(2)冲量的矢量
3、性:因为力是矢量,所以冲量也是矢量,但冲量的方向一般并不一定是力的方向,如果在作用时间内作用力为恒力(大小和方向都不变)时,冲量的方向与力的方向才是一致的。在动量定理一节中,我们会知道,冲量的方向是物体动量变化的方向。(3)冲量的单位:冲量的单位由力的单位和时间的单位共同决定,在国际单位制中,冲量的单位是牛秒,国际符号为Ns。(4)力和冲量的区别及联系:力F和力的冲量Ft都是描述力对物体作用的物理量,都是矢量。但力是瞬时作用量,有力的作用,物体的运动状态就会发生变化,即产生加速度,而力的冲量是一个与时间有关的过程作用量,要改变物体的速度必须经过一段时间的作用才能实现. 此外,冲量的方向有时不是
4、力的方向。(5)冲量的计算:冲量的表达式I=Ft只适用于计算恒力的冲量,要计算变力的冲量一般可利用动量定理. 对于多个恒力的作用,即计算合外力的冲量,可分两种情况:第一种情况,当各个力作用的时间相同时,I合F合t;第二种情况,当各个力作用的时间不等时,是每个力的冲量的矢量和。问题1、恒力冲量的计算问题:如图所示,在倾角37的固定斜面上,有一质量为m=5kg的物体沿斜面滑下,物体与斜面间的动摩擦因数0.2,求物体下滑2s的时间内,物体所受各力的冲量及合力的冲量。(取)解析:重力的冲量为,方向竖直向下。支持力的冲量cos372Ns=80Ns,方向垂直于斜面向上。摩擦力的冲量cos372Ns=16N
5、s,方向沿斜面向上。合力的冲量2Ns44Ns,方向沿斜面向下。答案:,。变式1、如图所示,一正方形物体原来静止,在恒力F1作用下运动了t1,然后用与F1方向相同的恒力F2代替F1,又运动了t2,那么物体所受F1、F2的合冲量为()。A. B. C. D. 答案:D小结:冲量的计算方法:(1)若物体受到大小、方向都不变的恒力作用,力的冲量的数值等于力与作用时间的乘积,冲量的方向与恒力方向一致;若力的方向不变,大小随时间均匀变化,则该力的冲量可以用平均力计算;若力为一般变力则不能直接计算冲量。(2)冲量的绝对性。由于力和时间均与参考系无关,所以力的冲量也与参考系的选择无关。(3)冲量的计算公式I=
6、Ft只适用于计算恒力的冲量,根据I=Ft计算冲量时,只考虑该力和其作用时间两个因素,与该冲量作用的效果无关。(4)冲量的运算服从平行四边形定则。如果物体所受的每一个外力的冲量都在同一条直线上,那么选定正方向后,每个力冲量的方向可以用正负号表示,此时冲量的运算就可简化为代数运算。(5)冲量是过程量,讲冲量必须明确研究对象和作用过程,即必须明确是哪个力在哪段时间内对哪个物体的冲量。(6)计算冲量时,一定要明确是计算分力的冲量还是合力的冲量。如果是计算分力的冲量还必须明确是哪个分力的冲量。(7)在Ft图象下的面积就是力的冲量。如图甲所示,若求变力的冲量,仍可用“面积法”表示,如图乙。甲乙2. 动量的
7、概念(1)动量的定义:物体的质量和运动速度的乘积叫做物体的动量。记作p=mv,动量是动力学中反映物体运动状态的物理量,是状态量。在谈及动量时,必须明确的是物体在哪个时刻或哪个状态所具有的动量。在中学阶段,动量表达式的速度一般是以地球为参照物的。(2)动量的矢量性:动量是矢量,它的方向与物体的速度方向相同,服从矢量运算法则。(3)动量的单位:动量的单位Ns由质量和速度的单位共同决定。在国际单位制中,Ns与动量的单位kgm/s是等价的,但这两个单位不能混用。(4)动量的变化:动量是矢量,当动量发生变化时,动量的变化为。应运用平行四边形定则进行运算。当初、末动量的方向在一直线上时可通过选定正方向将化
8、成代数运算。(5)动量与速度的区别:动量和速度都是描述物体运动状态的物理量。它们都是矢量,动量的方向与速度的方向相同。速度是运动学中描述物体运动状态的物理量。在运动学中只需知道物体的快慢,而无须知道物体的质量。例如两个运动员跑百米,是比速度的大小,而无须考虑运动员的质量;动量是动力学中描述物体运动状态的物理量,可以直接反映物体受到外力的冲量后,其机械运动的变化情况,动量是与冲量及物体运动变化的原因相联系的。问题2、动量、动量的变化概念的准确理解问题:2005年我国自行研制的“神舟”6号载人飞船的成功发射与返回,标志着我国已进入航天大国行列,向科技大国又前进了一大步。火箭和飞船在起飞的一小段时间
9、内可以认为是匀加速竖直上升的,已知某火箭总质量为10t,点火起飞后2s上升2m的高度,求火箭推力在这2s内的冲量以及火箭动量的变化。(忽略空气阻力,)解析:先分析火箭受力,根据牛顿第二定律及运动学公式求出火箭推力及2s末的速度,再确定推力的冲量及火箭动量的变化。以竖直向上为正方向,火箭做初速度为零的匀加速直线运动。由,得由,得,火箭动量的变化为,方向竖直向上。由牛顿第二定律F合ma,得火箭推力的冲量,方向竖直向上。变式2、对于质量不变的物体,下列说法中正确的是( )A. 物体的动量改变,一定是速度大小改变B. 物体的动量改变,一定是速度方向改变C. 物体的运动速度改变,其动量一定改变D. 物体
10、的运动状态改变,其动量一定改变答案:CD变式3、在以下几种运动中,相等的时间内物体的动量变化相等的是( )A. 匀速圆周运动B. 自由落体运动C. 平抛运动D. 单摆的摆球沿圆弧摆动答案:BC3、动量定理:(1)由牛顿第二定律导出动量定理:设一个物体的质量为m,初速度为v,初动量为p=mv,在与速度方向一致的合力F的作用下,经过一段时间t,速度变为v,动量变为,物体加速度为。根据牛顿第二定律,物体运动的加速度为整理得:此式表明合外力的冲量等于物体的动量变化。说明:由式可得此式说明作用力F等于物体动量的变化率。即是牛顿第二定律的另一种表示形式。(2)动量定理的内容:物体所受合外力的冲量等于物体动
11、量的变化。数学表达式为式中mv0是物体初始状态的动量,mv是力的作用结束时的末态动量。动量定理反映了物体在受到力的冲量作用时,其状态发生变化的规律,是力在时间上的累积效果。(3)动量定理的适用范围及适用条件:既适用于恒力,又适用于变力。动量定理虽然可由牛顿第二定律推导得出,但它所解决的问题范围远远超出了牛顿第二定律;适用于宏观低速的物体,同时还适用于微观高速的物体;对于一个物体可以运用,对于一个系统也可以运用;既可以解决直线运动问题,又可以解决曲线运动问题;适用于惯性参考系。问题3、动量定理的应用问题:蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运
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