高二物理選修3-5 用動(dòng)量概念表示牛頓第二定律 課件 ppt

1、16.6用動(dòng)量概念表示 牛頓第二定律,觀察并思考,雞蛋從一米多高的地方落到地板上，肯定會(huì)被打破，現(xiàn)在，在地板上放一塊泡沫塑料墊，讓雞蛋落到泡沫塑料上，會(huì)看到什么現(xiàn)象？你能解釋這種現(xiàn)象嗎？,生活中的這些現(xiàn)象都是什么原理呢？,,,v =v0,————F 作用了時(shí)間 t————,質(zhì)量為M 的物體在水平恒力F 的作用下，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，速度由v0 變?yōu)?vt，,分析：,由牛頓第二定律知： F = m a,而加速度：,,整理得：,

2、1、沖量（I）：在物理學(xué)中，物體受到的力與力的作用時(shí)間的乘積叫做力的沖量。I=F ·t，單位—牛·秒（N ·s）它是矢量，方向與力的方向相同。,2、動(dòng)量（P）：運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量與它的速度的乘積叫做物體的動(dòng)量。P=mv單位—千克米每秒（kg ·ms-1），它是矢量，方向與速度的方向相同。,因此，上式可以表述為：物體所受的合外力的沖量等于物體動(dòng)量的變化。即I=△P這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量定理,你能夠再舉

3、一些應(yīng)用動(dòng)量定理的例子嗎？,應(yīng)用舉例1、用錘子使勁壓釘子，就很難把釘子壓入木塊中去，如果用錘子以一定的速度敲釘子，釘子就很容易鉆入木塊，這是為什么？分析：壓鐵釘與敲鐵釘區(qū)別在于：壓鐵釘時(shí)錘子是靜止在鐵釘上，敲鐵釘時(shí)，鐵錘以較大的速度與鐵釘碰撞；壓鐵釘時(shí)作用時(shí)間長(zhǎng)，而敲鐵釘作用時(shí)間短，致使鐵釘受到的作用力不同．,2、雜技表演時(shí)，?？煽匆?jiàn)有人用鐵錘猛擊放在“大力士”身上的大石塊，石裂而人不傷，這是什么道理？請(qǐng)加以分析．分析：大石塊意味

4、它的質(zhì)量很大：“猛擊”表示作用力很大，且作用時(shí)間極短；“人未受傷”說(shuō)明大石塊對(duì)人身體的壓強(qiáng)不大．,用鐵錘猛擊放在“大力上”身上的大石塊，大石塊受到很大的打擊力而破裂，但是，根據(jù)動(dòng)量定理得對(duì)大石塊來(lái)說(shuō)，雖然受到的作用力F很大，但力作用時(shí)間極短，而大石塊的質(zhì)量又很大，因而引起的速度變化就很小，即大石塊幾乎沒(méi)有向下運(yùn)動(dòng)，而且石塊與人的身體接觸面積又較大，據(jù) ，所以人身體受的壓強(qiáng)并不很大，故此人不會(huì)受傷（當(dāng)然，這

5、還和表演者技術(shù)本領(lǐng)有關(guān)）．,驚呼后的斷想據(jù)報(bào)載：1962年，一架“子爵號(hào)”客機(jī)，在美國(guó)的伊利奧特市上空與一只天鵝相撞，客機(jī)墜毀，飛行員彈射逃生。,【解析】設(shè)鳥(niǎo)的質(zhì)量m=1.0kg，鳥(niǎo)的身長(zhǎng)L=15cm（除去毛），鳥(niǎo)與飛機(jī)相撞面積S=0.01m2，相撞前鳥(niǎo)的速度約為0（因遠(yuǎn)小于飛機(jī)速度），相撞后其速度與飛機(jī)相同.飛機(jī)飛行速度v=600m/s（現(xiàn)代超音速飛機(jī)的飛行速度是聲速的二到三倍），因飛機(jī)質(zhì)量M >m,故相撞過(guò)程中飛機(jī)速度不變，

6、因此，撞擊時(shí)間t=L/v=0.15/600s=2.5×10-4s.,取鳥(niǎo)為研究對(duì)象，因撞擊時(shí)間極短，因此可認(rèn)為撞擊時(shí)間內(nèi)，鳥(niǎo)受到飛機(jī)對(duì)它的撞擊力為F.根據(jù)動(dòng)量定理可得： F·t=mv1-mv0 F=(mv1-mv0)/t=1.0×600/2.5×10-4N=2.4×106N. 這里所求出的撞擊力F，實(shí)際上只是撞擊時(shí)間內(nèi)的平均值，可近似認(rèn)為撞擊力的峰值Fm=2F=4.8

7、5;106N.,根據(jù)牛頓第三定律可知，鳥(niǎo)與飛機(jī)相撞時(shí)，飛機(jī)所受的最大撞擊力亦為4.8×106N，這樣巨大的撞擊力對(duì)撞擊表面產(chǎn)生的壓強(qiáng)P=F/S=4.8×106/0.01=4.8×108Pa，這樣巨大的壓強(qiáng)造成機(jī)毀鳥(niǎo)亡的結(jié)果是不稀奇的.,,南瓜炮彈擊穿汽車(chē)來(lái)自美國(guó)印第安納州埃利茨維爾的布里斯托發(fā)明了一中“南瓜炮”?！澳瞎吓凇敝丶s兩噸，發(fā)射重10磅（約4.54公斤）的“南瓜炮彈”所需的推力高達(dá)11300磅（約

8、5130公斤），“南瓜炮彈”離開(kāi)炮口的時(shí)速達(dá)900英里（約1448公里）。布里斯托準(zhǔn)備帶著他的發(fā)明參加首屆南瓜推力比賽。在日前的測(cè)試中，這枚“南瓜炮”發(fā)射的“南瓜炮彈”擊穿了一輛1978年的舊車(chē)后部。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，你能利用所學(xué)估算出炮彈對(duì)汽車(chē)的沖力大小嗎？,,,,3、動(dòng)量的變化,1、定義：動(dòng)量變化就是在某過(guò)程中的末動(dòng)量與初動(dòng)量的矢量差。,2、表示式∶△P=Pt-P0,3、動(dòng)量的變化的求解:動(dòng)量是矢量，求解△P時(shí)應(yīng)用平行四邊形定則(△P

9、，P0 ---- 鄰邊，Pt ---- 對(duì)角線）， 在一維情況下可首先規(guī)定一個(gè)正方向，這時(shí)求動(dòng)量的變化就可以簡(jiǎn)化為代數(shù)運(yùn)算了。,例一：一個(gè)質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度水平向右運(yùn)動(dòng)，碰到一塊豎硬的大理石后被彈回，沿著同一直線以2m/s的速度水平向左運(yùn)動(dòng)，碰撞前后鋼球的動(dòng)量有沒(méi)有變化？變化了多少？,例1解：取水平向右的方向?yàn)檎较?，碰撞前鋼球的速度v=2m/s，碰撞前鋼球的動(dòng)量P=mv=0.2×2kg·m/

10、s=0.4kg·m/s。碰撞后鋼球的速度為v′=0.2m/s，碰撞后鋼球的動(dòng)量為p′=m v′=-0.2×2kg·m/s=-0.4kg·m/s?！鱬 = p′- P = -0.4kg·m/s-0.4kg·m/s =0.8kg·m/s，且動(dòng)量變化的方向向左。,例二：一個(gè)質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度斜射到堅(jiān)硬的大理石板上，入射的角度是45

11、86;，碰撞后被斜著彈出，彈出的角度也是45º，速度大小仍為2m/s，用作圖法求出鋼球動(dòng)量變化大小和方向？,例2解：碰撞前后鋼球不在同一直線運(yùn)動(dòng)，據(jù)平行四邊形定則，以△P和P為鄰邊做平行四邊形，則Pt就等于對(duì)解線的長(zhǎng)度，對(duì)角線的指向就表示Pt的方向.△p = p′- po 方向豎直向上,大小就等于該鄰邊的長(zhǎng)度。,【注意】1、動(dòng)量定理可由牛頓第二定律以及加速度的定義式導(dǎo)出，故它是牛頓第二定律的另一種形式，但是兩者仍有很大區(qū)別

12、：（1）牛頓第二定律是一個(gè)瞬時(shí)關(guān)系式，它反映某瞬時(shí)物體所受合外力與加速度之間關(guān)系（僅當(dāng)合外力為恒定不變時(shí)，a為恒量，整個(gè)過(guò)程與某瞬時(shí)是一致的）；（2）而動(dòng)量定理是研究物體在合外力持續(xù)作用下，在一段時(shí)間里的累積效應(yīng)，在這段時(shí)間 內(nèi)，物體的動(dòng)量獲得增加．2、應(yīng)用動(dòng)量定理時(shí)，應(yīng)特別注意F t為矢量， 是矢量差，而且F是合外力．3、對(duì)于變力的情況，動(dòng)量定理中的 F 可看成是變力在作用時(shí)間內(nèi)的平均值．,典型例題1甲、乙兩個(gè)質(zhì)量相同

13、的物體，以相同的初速度分別在粗糙程度不同的水平面上運(yùn)動(dòng)，乙物體先停下來(lái)，甲物體又經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間停下來(lái)，下面敘述中正確的是 ．A、甲物體受到的沖量大于乙物體受到的沖量B、兩個(gè)物體受到的沖量大小相等C、乙物體受到的沖量大于甲物體受到的沖量D、無(wú)法判斷,B,典型例題2質(zhì)量為0.1kg的小球，以10m／s的速度水平撞擊在豎直放置的厚鋼板上，而后以7m／s的速度被反向彈回，設(shè)撞擊的時(shí)間為0.01s，并取撞擊前鋼球速度的方向?yàn)檎较?，則鋼球受

14、到的平均作用力為A．30N B．－30N C．170N D．－170N,D,典型例題3質(zhì)量為m的鋼球自高處落下，以速率Ｖ１碰地，豎直向上彈回，碰撞時(shí)間極短離地的速率為v2，在碰撞過(guò)程中，地面對(duì)鋼球的沖量的方向和大小為A．向下，m(v1-v2) B．向下，m(v1+V2)C．向上，m(v1-v2) D．向上，m(v1+V2),D,,典型例題4一質(zhì)量為100g的小球從0.8m高處自

15、由下落到一個(gè)軟墊上，若從小球接觸軟墊到小球陷至最低點(diǎn)經(jīng)歷了0.2s，則這段時(shí)間內(nèi)軟墊對(duì)小球的沖量為（g取10m/s2，不計(jì)空氣阻力）,典型例題5質(zhì)量為m的物體靜止在足夠大的水平面上，物體與桌面的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，有一水平恒力F作用于物體上并使之加速前進(jìn)，經(jīng)t1秒后去掉此恒力，求物體運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間．,5、運(yùn)用動(dòng)量定理解題步驟： （1）確定研究對(duì)象； （2）明確研

16、究過(guò)程，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析。 （3）找出物體的初末狀態(tài)并確定相應(yīng)的動(dòng)量； （4）選定正方向； （5）根據(jù)動(dòng)量定理列方程求解； （6）對(duì)結(jié)果進(jìn)行必要的分析。,習(xí)題精選1、在下列各種運(yùn)動(dòng)中，任何相等的時(shí)間內(nèi)物體動(dòng)量的增量總是相同的有（ ）A

17、、勻加速直線運(yùn)動(dòng) B、平拋運(yùn)動(dòng)C、勻減速直線運(yùn)動(dòng) D、勻速圓周運(yùn)動(dòng),ABC,2、對(duì)物體所受的合外力與其動(dòng)量之間的關(guān)系，敘述正確的是： A、物體所受的合外力與物體的初動(dòng)量成正比；B、物體所受的合外力與物體的末動(dòng)量成正比；C、物體所受的合外力與物體動(dòng)量變化量成正比；D、物體所受的合外力與物體動(dòng)量對(duì)時(shí)間的變化率成正比．,D,3、把重物G壓在紙帶上，用一水平力緩緩拉動(dòng)紙帶，重物跟著物體一起運(yùn)動(dòng)

18、，若迅速拉動(dòng)紙帶，紙帶將會(huì)從重物下抽出，解釋這些現(xiàn)象的正確說(shuō)法是：A、在緩慢拉動(dòng)紙帶時(shí)，紙帶給物體的摩擦力大；B、在迅速拉動(dòng)紙帶時(shí)，紙帶給物體的摩擦力小；C、在緩慢拉動(dòng)紙帶時(shí)，紙帶給重物的沖量大；D、在迅速拉動(dòng)紙帶時(shí)，紙帶給重物的沖量?。?CD,4、從同一高度的平臺(tái)上，拋出三個(gè)完全相同的小球，甲球豎直上拋，乙球豎直下拋，丙球平拋．三球落地時(shí)的速率相同，若不計(jì)空氣阻力，則（ ）A、拋出時(shí)三球動(dòng)量不是都相同，甲、乙

19、動(dòng)量相同，并均不小于丙的動(dòng)量B、落地時(shí)三球的動(dòng)量相同C、從拋出到落地過(guò)程，三球受到的沖量都不同D、從拋出到落地過(guò)程，三球受到的沖量不都相同,C,6、跳高運(yùn)動(dòng)員在跳高時(shí)總是跳到沙坑里或跳到海綿上，這樣做是為了（ ）A、減小運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量變化 B、減小運(yùn)動(dòng)員所受的沖量C、延長(zhǎng)著地過(guò)程的作用時(shí)間 D、減小著地時(shí)運(yùn)動(dòng)員所受的平均沖力,CD,7、質(zhì)量為0.40kg的小球從高3.20m處自由下

20、落，碰到地面后豎直向上彈起到1.80m高處，碰撞時(shí)間為0.040s，g取10m/s2,求碰撞過(guò)程中地面對(duì)球的平均沖力。,4、小結(jié),動(dòng)量是描述運(yùn)動(dòng)物體力學(xué)特征的物理量，是物理學(xué)中相當(dāng)重要的概念。這一概念是單一的質(zhì)量概念、單一的速度概念無(wú)法替代的。力和時(shí)間的乘積，或者說(shuō)力對(duì)時(shí)間累積的效果叫沖量。力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，沖量是改變物體動(dòng)量的原因。沖量、動(dòng)量都是矢量，動(dòng)量定理在使用時(shí)一定要注意方向。物體只在一維空間中運(yùn)動(dòng)，各力也都在同一

21、直線時(shí)，動(dòng)量、沖量的方向可用正、負(fù)號(hào)表示。,使用動(dòng)量定理處理問(wèn)題的優(yōu)越性,首先使用動(dòng)量定理不必追究物體運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的細(xì)節(jié)，只需研究運(yùn)動(dòng)的始末狀態(tài)就可以解決問(wèn)題，它只注重力在時(shí)間上持續(xù)積累的效應(yīng)．而不必像牛頓運(yùn)動(dòng)定律要考慮力的瞬時(shí)效應(yīng)，這樣解題時(shí)，一般的情況較牛頓運(yùn)動(dòng)定律解題要簡(jiǎn)捷． 另外動(dòng)量定理不但可用來(lái)解決單個(gè)物體的問(wèn)題，也可以用來(lái)解決由幾個(gè)物體組成的物體系的問(wèn)題，即：物體系總動(dòng)量的增量．等于相應(yīng)時(shí)間內(nèi)物體系所受合外力的沖量．由于