动量定律 导学案-高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

使用时间：xxxx年xx月xx日设计人：高中物理演员第页第一章第2节1.2动量定律班级：姓名：一、学习目标1.知道冲量的定义并会进行推导，掌握如何求恒力的冲量和变力的冲量；2.掌握动量定理的内容和表达式及适用范围，了解动量定理的应用；3.掌握用动量定理解决流体模型和其他问题。二、课堂导入有些船和码头常悬挂一些老旧轮胎，主要的用途是减轻船舶靠岸时码头与船体的撞击。其中有怎样的道理呢？两个物体碰撞时，彼此间会受到力的作用，那么一个物体动量的变化和它所受的力有怎样的关系呢？三、课堂主体任务1.冲量（I）(1)定义：(2)定义式：I＝_________(F为恒力)单位：符号为。(3)物理意义：冲量是反映力的作用对时间的效应，力，作用时间，冲量就越大。(4)矢量性：如果力的方向不变，则冲量I的方向与力的方向。(5)完成下表：冲量与功的比较：冲量功区别公式标、矢量单位意义正负作用效果(6)某个力对物体有冲量,力对物体不一定做功；某个力对物体做了功,力对物体一定有冲量。(7)思考与讨论：如何求变力的冲量？a.方法：微元法b.推导过程？c.结论：由图可知F-t图线与时间轴之间所围的“面积”的大小表示对应时间t0内，力F0的冲量的大小。注：①冲量的计算要明确求哪个力的冲量，还是物体的合外力的冲量。②I=Ft只能求恒力的冲量。③合力的冲量计算：几个力的合力的冲量计算，既可以先算出各个分力的冲量后再求矢量和，又可以先算各个分力的合力再算合力的冲量。例1.（课后习题）如图，一物体静止在水平地面上，受到与水平方向成θ角的恒定拉力F作用时间t后，物体仍保持静止。现有以下看法：你认为这些看法正确吗？请简述你的理由。A.物体所受拉力F的冲量方向水平向右B.物体所受拉力F的冲量大小是FtcosθC.物体所受摩擦力的冲量大小为0D.物体所受合力的冲量大小为0例2:如图所示，足够长的固定光滑斜面倾角为θ，质量为m的物体以速度v从斜面底端冲上斜面，达到最高点后又滑回原处，所用时间为t。对于这一过程，下列判断正确的是()A.斜面对物体弹力的冲量为零B.物体受到的重力的冲量大小为mgtC.物体受到的合力的冲量大小为零任务2.动量定理(1)内容：物体在一个过程中所受_____力的等于它在这个过程。(2)公式：FΔt＝＝。(3)动量定理的推导：为了分析问题的方便，我们先讨论物体受恒力的情况。如图1.2-1，假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动。在初始时刻，物体的速度为v，经过一段时间∆t，它的速度为v′，那么，这个物体在这段时间的加速度就是：a=∆v根据牛顿第二定律F＝ma，则有：F=ma=m(即：Ft=mv′-mv=p′-p(4)定理表明合外力的冲量是动量变化的原因；(5)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;(6)动量的变化率：动量的变化跟发生这一变化所用的时间的比值，即：F=∆p可见，动量的变化率等于。当动量变化较快时，物体所受合力较大，反之较小；当动量均匀变化时，物体所受合力为。例3:（课本例题）一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为45m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01s。球棒对垒球的平均作用力是多大？例4:（课后习题）如图，用0.5kg的铁锤钉钉子，打击前铁锤的速度为4m/s。打击后铁锤的速度变为0，设打击时间为0.01s。（1）不计铁锤所受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？（2）考虑铁锤所受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？（3）你分析一下，在计算铁锤钉钉子的平均作用力时，在什么情况下可以不计铁锤所受的重力。任务3.流体模型对“连续”质点系发生持续作用时,物体动量(或其他量)连续发生变化。这类问题的处理思路是:正确选取研究对象,即选取很短时间Δt内动量(或其他量)发生变化的那部分物体作为研究对象,建立如下的“柱状”模型:在时间Δt内所选取的研究对象均分布在以S为截面积、长为vΔt的柱体内,这部分质点的质量为Δm=ρSvΔt,以这部分质点为研究对象,研究它在Δt时间内动量(或其他量)的变化情况根据动量定理,流体微元所受的合外力的冲量等于该流体微元动量的增量,即FΔt=ΔmΔv求解。1.基本方法：用动量定理解决流体问题，一般采用微元法：即取一个很短时间Δt，对Δt内流出液体Δm用动量定理。2.解题的关键：（1）确定Δm与Δt、液体的速度、密度等的关系。（2）确定Δm作用前后速度的变化。（3）Δt趋近零时，Δm很小，所受的重力均不计。3.特点：⑴对水枪喷射问题，当空中水柱稳定后，空中水的体积不变，任何时间内从枪口射出的水等于射向墙壁或物体的水。⑵若水柱不散开，水柱的横截面积与水的速度成反比。课堂总结：动量定律的应用步骤：1.确定研究对象：一般为单个物体；2.明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量；3.明确研究对象的初末状态及相应的动量；4.选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化；5.根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解。①在足球场上，你常看到运动员用头去顶球的现象，试设想如果迎面飞来的不是足球而是一块大石头，他们会用头去顶吗？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？③直接跳在水泥地上行吗？④杂技表演时，常可看见有人用铁锤猛击放在“大力士”身上的条石，石裂而人不伤，试分析其中的道理。随堂练习1.（多选）关于冲量和动量，下列说法中正确的是（）A.冲量是反映力的作用时间积累效果的物理量B.动量是描述物体运动状态的物理量C.冲量是物体动量变化的原因D.冲量是描述物体状态的物理量2.放在水平面上的物块，受到与水平方向夹角为60°，斜向上拉力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体速度v与时间t的关系分别如图所示，根据图象提供的信息，下面判断正确的是（）A．由图象可以求出物体的质量B．拉力F在4秒内的冲量是8N·sC．拉力F在4秒内的冲量是3N·sD．物体在4秒内的动能变化是6J4.一个质量为10kg的物体，以10m/s的速度做直线运动，受到一个反向的作用力F，经过4s，速度变为反向2m/s。这个力是多大？5.质量为0.5kg的小球沿光滑水平面以v1＝5m/s的速度冲向墙壁后又以v2＝4m/s的速度反向弹回，如图所示，若球跟墙的作用时间为0.05s，则小球所受到的平均力大小为_______N.6.一个质量为60kg的蹦床运动员，从离水平网面3.2m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面5.0m高处。已知运动员与网接触的时间为0.8s，g取10m/s2。（1）求运动员与网接触的这段时间内动量的变化量。（2）求网对运动员的平均作用力大小。（3）求从自由下落开始到蹦回离水平网面5.0m高处这一过程中运动员所受重力的冲量、弹力的冲量。7.曾经有一则新闻报道，一名4岁儿童从3层高的楼房掉下来，被一名见义勇为的青年接住。请你估算一下，儿童受到的合力的冲量是多大？设儿童与青年之间的相互作用时间为0.1s，则儿童受到的合力的平均值有多大？8.某游乐园入口旁有一鲸鱼喷泉,在水泵作用下会从鲸鱼模型背部喷出竖直向上的水柱,将站在冲浪板上的玩偶模型托起,悬停在空中,伴随着音乐旋律,玩偶模型能够上下运动,如图所示。这一景观可做如下简化,假设水柱从横截面积为S的喷口持续以速度v0竖直向上喷出,设同一高度水柱横截面上各处水的速率都相同,冲浪板底部为平板且其面积大于水柱的横截面积,保证所有水都能喷到冲浪板的