2020高考物理专题十五-动量定理与动量守恒定律课件.pptx
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- 2020 高考 物理 专题 十五 动量 定理 守恒定律 课件
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1、考点一动量、动量定理考点一动量、动量定理考点考点清单清单考向基础考向基础一、冲量一、冲量定义力与力的作用时间的乘积叫力的冲量定义式I=Ft标矢性力是矢量,冲量也是矢量过程性冲量是描述力对物体作用的时间积累效应的物理量,力越大,作用时间越长,冲量就越大绝对性由于力和时间都跟参考系的选择无关,因此冲量也跟参考系的选择无关;另外物体受某个力的冲量只取决于这个力及其作用时间,与物体的运动状态、是否受其他力无关单位牛顿秒,简称牛秒,符号Ns备注(1)冲量表达式I=Ft只适用于计算恒力的冲量;计算变力的冲量一般用动量定理(2)如图所示,在力F随时间t变化的F-t图像中,图线与时间轴之间的“面积”表示力的冲
2、量(3)合外力冲量的计算a.如果物体受到的各个力作用的时间相同,且都为恒力,可用I合=F合t计算b.如果在物体运动的整个过程中不同阶段受力不同,则合冲量为各个阶段冲量的矢量和二、动量二、动量三、动量定理三、动量定理定义物体的质量(m)跟其速度(v)的乘积(mv)叫做物体的动量,用符号p表示定义式p=mv单位千克米/秒,符号kgm/s标矢性矢量,方向与速度的方向相同状态性对应于某一时刻或某一位置相对性与参考系有关,通常取地面为参考系内容物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量表达式p-p=I或mv-mv=F合t对象单个物体或多个物体组成的系统适用范围宏观、微观,低速、高速都适
3、用备注(1)动量定理是牛顿第二定律的变形F合=,合外力等于物体动量的变化率(2)动量定理表达式Ft=mv-mv是一个矢量表达式,应用时需规定正方向(3)合外力的冲量是物体动量变化的原因,物体动量变化是合外力冲量产生的必然结果pt考向突破考向突破考向一考向一冲量、动量、功、功能概念冲量、动量、功、功能概念1.冲量、动量与动量变化量冲量、动量与动量变化量物理量项目冲量动量动量变化量定义力和力的作用时间的乘积叫做力的冲量质量与速度的乘积叫做动量末状态动量与初状态动量的矢量差公式I=Ftp=mvp=mv末-mv初单位牛顿秒(Ns)千克米/秒(kgm/s)千克米/秒(kgm/s)标矢性矢量,与F同方向矢
4、量,与v同方向矢量,用平行四边形定则确定方向性质过程量,对力而言状态量,对物体而言过程量,对物体而言物理量项目冲量功定义力和力的作用时间的乘积作用在物体上的力和物体在力的方向上位移的乘积公式I=FtW=Fscos单位牛顿秒(Ns)焦耳(J)标矢性矢量标量意义a.表示力在时间上的积累效果b.是动量变化大小的量度a.表示力在空间上的积累效果b.是能量变化多少的量度相同点都是过程量,都与力的作用过程相联系2.冲量和功的比较冲量和功的比较3.动量与动能动量与动能物理量项目动量动能表达式p=mvE k= mv2物理意义描述机械运动的状态描述某个状态由于机械运动而具有的能量性质状态量,矢量状态量,标量关联
5、方程p=,p = Ek= ,Ek = c p v122mEk2Evk2p2m12例例1(2017东北三校阶段性考试,8)如图所示,一倾角为,高为h的光滑斜面,固定在水平面上,一质量为m的小物块从斜面的顶端由静止开始滑下,滑到底端时速度的大小为vt,所用时间为t,则物块滑至斜面的底端时,重力的瞬时功率及重力的冲量分别为()A.、0B.mgvt、mgt sin C.mgvt cos 、mgtD.mgvt sin 、mgtmght解析解析根据瞬时功率的公式可得物块滑至斜面的底端时重力的瞬时功率P=mgvt sin,重力的冲量为I=mgt,故D选项正确。答案答案D考向二考向二动量定理动量定理1.动量定
6、理动量定理:物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量。其数学表达式为:I=p=p2-p1。2.动量定理的理解动量定理的理解(1)动量定理的表达式是一个矢量式,应用动量定理时需要规定正方向。(2)动量定理中I是合外力的冲量,是使研究对象的动量发生变化的原因,而动量的变化是合外力冲量作用后导致的必然结果。(3)动量定理中的冲量是合外力的冲量,而不是某一个力的冲量。在所研究的物理过程中,如果作用在物体上的各个外力的作用时间相同,求合外力的冲量时,可以先求所有外力的合力,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,然后再求所有外力冲量的矢量和。如果作用在物体上各外
7、力的作用时间不同,就只能先求每一个外力在其作用时间内的冲量,然后再求所有外力冲量的矢量和。(4)动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动,对微观物体和高速运动仍然适用。3.动量定理与动能定理的比较动量定理与动能定理的比较动量定理动能定理公式F合t=mv-mvF合s= m - m标矢性矢量式标量式因果关系因合外力的冲量合外力的功(总功)果动量的变化动能的变化应用侧重点涉及力与时间涉及力与位移1222v1221v4.动量定理的应用动量定理的应用(1)应用动量定理解释物理现象:利用动量定理解释物理现象的问题主要有两类,一类是物体动量变化相同或相差不大,由于作用时间的长短不同,物体受到的作用力不同,要使物
8、体受到的作用力较小,应延长作用时间,要获得较大的作用力,就要缩短作用时间;另一类是物体所受的合外力相同或相差不大,由于作用时间长短不同,引起物体运动状态的改变不同。例例2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,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作用时间长解析解析杯子是否撞碎,取决于撞击地面时,地面对杯子的撞击力大小,规定
9、竖直向上为正方向,设玻璃杯下落高度为h,则玻璃杯落地前瞬间的速度大小为,设玻璃杯的质量为m,则落地前瞬间的动量大小为p=m,与地面接触t时间后,杯子停下,在此过程中,玻璃杯的动量变化为p=-(-m),再由动量定理可知(F-mg)t=-(-m),所以F=+mg。由此可知,t越小,玻璃杯所受撞击力越大,玻璃杯就越容易碎,杯子掉在草地上作用时间长,动量变化慢,作用力小,因此玻璃杯不易碎。2gh2gh2gh2gh2mght答案答案CD5.应用动量定理解题的步骤方法应用动量定理解题的步骤方法(1)确定研究对象;(2)分析研究对象所受的全部外力及作用时间;(3)确定物理过程,找出初、末速度;(4)选定正方
10、向,表示出每个力的冲量和研究对象的初、末动量。(5)根据动量定理列方程求解。例例3质量为0.5kg的弹性小球,从1.25m高处自由下落,与地板碰撞后回跳高度为0.8m。设碰撞时间为0.1s,g取10m/s2,求小球对地板的平均作用力。解题导引解题导引解析解析以开始下落的瞬间为初状态,反弹到最高点时为末状态,则重力的作用时间:t=+t碰+=(0.5+0.1+0.4)s=1s碰撞时间为t碰=0.1s取竖直向下为正方向,mgt-t碰=0所以=N=50N由牛顿第三定律可知,小球对地板的平均作用力大小为50N,方向竖直向下。12hg22hgNFNFmgtt碰0.5 10 10.1答案答案50N,方向竖直
11、向下例例4在水平力F=30N的作用下,质量m=5kg的物体由静止开始沿水平面运动。已知物体与水平面间的动摩擦因数=0.2,若F作用6s后撤去,撤去F后物体还能向前运动多长时间?(g取10m/s2)解析解析解法一解法一用动量定理解,分段处理。选物体为研究对象,对于撤去F前物体做匀加速运动的过程,受力情况如图甲所示,f=mg,始态速度为零,终态速度为v。取水平力F的方向为正方向,根据动量定理有(F-mg)t1=mv-0。对于撤去F后,物体做匀减速运动的过程,受力情况如图乙所示,始态速度为v,终态速度为零,根据动量定理有-mgt2=0-mv。以上两式联立解得t2=t1=6s=12s。Fmgmg300
12、.2 5 100.2 5 10 解法二解法二用动量定理解,研究全过程。选物体作为研究对象,研究整个运动过程,这个过程的始、末状态的速度都等于零。取水平力F的方向为正方向,根据动量定理得(F-mg)t1+(-mg)t2=0解得t2=t1=6s=12s。Fmgmg300.2 5 100.2 5 10 答案答案12s考点二动量守恒定律及其应用、碰撞考点二动量守恒定律及其应用、碰撞考向基础考向基础一、动量守恒定律一、动量守恒定律三个概念系统相互作用的若干个物体看成一个系统,即系统至少由两个物体组成内力系统内部各物体之间的相互作用力叫做内力外力系统外部物体对系统的作用力叫做外力动量守恒定律内容如果一个系
13、统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,则这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律表达式(1)p=p(2)一维两物体时:m1v1+m2v2=m1v1+m2v2m1v1-m1v1=-(m2v2-m2v2)对象两个及两个以上物体组成的系统条件(1)不受外力,动量守恒(2)外力矢量和为零,动量守恒(3)外力远小于内力,动量近似守恒(4)某方向上外力矢量和为零,该方向上动量守恒备注(1)动量守恒指的是总动量在相互作用的过程中时刻守恒,而不是只有始、末状态才守恒。实际列方程时,可在这守恒的无数个状态中选择两个合理的状态来列方程(2)系统的动量守恒,个体的动量不守恒,因为相互作用后物体的速度发生了变化,
14、动量在系统内的物体间发生了转移二、动量守恒定律的二、动量守恒定律的“四性四性”系统性(1)动量守恒定律成立的条件是系统不受外力或所受外力的矢量和为零,因此,应用动量守恒定律解决问题时,要注意分析系统受到哪些外力,是否满足动量守恒的条件(2)系统的动量守恒时,系统内某一物体的动量可以不守恒,系统内所有物体动量的绝对值之和也可以不守恒,“动量守恒”是指系统内所有物体动量的矢量和是守恒的矢量性(1)动量守恒定律的表达式是矢量式(2)该式说明系统的总动量在相互作用前、后不仅大小相等,方向也相同(3)处理一条直线上的动量守恒问题时,要选定一个正方向,用正、负号表示动量的方向,从而将矢量运算转化为代数运算
15、同一性动量守恒定律中的各个速度必须相对同一参考系(一般是相对地面)同时性动量是状态量,动量守恒定律是指系统任意时刻总动量保持不变,因此系统内物体(一维两物体时)相互作用前的总动量m1v1+m2v2中的v1、v2必须是相互作用前同一时刻的瞬时速度;相互作用后的总动量m1v1+m2v2中的v1、v2必须是相互作用后同一时刻的瞬时速度三、碰撞三、碰撞特点时间过程持续时间即相互作用时间极短作用力在相互作用的过程中,相互作用力先是急剧增大,然后再急剧减小,平均作用力很大动量守恒条件系统的内力远远大于外力,所以,系统即使所受外力矢量和不为零,外力也可以忽略,系统的总动量守恒位移碰撞过程是在一瞬间发生的,时
16、间极短,所以,在物体发生碰撞的瞬间,可忽略物体的位移,可以认为物体在碰撞前、后仍在同一位置能量在碰撞过程中,一般伴随着机械能的损失,碰撞后系统的总动能要小于或等于碰撞前系统的总动能,即Ek1+Ek2Ek1+Ek2分类按能量是否守恒分类弹性碰撞动量守恒,机械能无损失非弹性碰撞动量守恒,机械能有损失完全非弹性碰撞动量守恒, 机械能损失最大按碰撞前、后动量是否共线分类对心碰撞(正碰)碰撞前、后速度共线非对心碰撞(斜碰)碰撞前、后速度不共线四、爆炸四、爆炸五、反冲五、反冲概念一个物体由于内力的巨大作用而分为两个或两个以上物体的过程叫做爆炸特点动量守恒由于爆炸是在极短的时间内完成的,爆炸物体间的相互作用
17、力远远大于受到的外力,所以在爆炸过程中,系统的动量守恒动能增加在爆炸过程中,由于有 其他形式的能量(如化学能)转化为动能,所以爆炸后系统的总动能增加位置不变爆炸的 时间极短,因而在作用过程中,物体产生的位移很小,一般可忽略不计,可以认为爆炸后仍然从作用前的位置以新的动量开始运动概念根据动量守恒定律,如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两个部分,一部分向某个方向运动,另一部分必然向相反的方向运动。这个现象叫做反冲反冲原理反冲运动的基本原理仍然是 动量守恒定律。当系统所受的外力之和为零或外力远远小于内力时,系统的总动量守恒。这时,如果系统的一部分获得了某一方向的动量,系统的剩余部分就会在这一方向
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