第30讲动量和动量定理（讲义）（原卷版）

第30讲动量和动量定理目录复习目标网络构建考点一动量、动量变化量和冲量【夯基·必备基础知识梳理】知识点1动能、动量、动量变化量的比较知识点2冲量及计算【提升·必考题型归纳】考向1动量和动量变化量的计算考向2冲量的计算考点二动量定理【夯基·必备基础知识梳理】知识点1动量定理的理解知识点2动量定理的应用技巧【提升·必考题型归纳】考向1应用动量定理解释生活现象考向2应用动量定理求平均冲力考向3在多过程问题中应用动量定理考点三两类柱状模型【夯基·必备基础知识梳理】知识点1流体类柱状模型知识点2微粒类柱状模型【提升·必考题型归纳】考向1流体类柱状模型考向2微粒类柱状模型真题感悟理解和掌握动量定理。能够用动量定理解决和处理生活中的实际问题。考点要求考题统计考情分析（1）动量冲量（2）动量定理2022年北京卷第17题2022年湖南卷第14题2021年重庆卷第13题高考对动量定理的考查较为频繁，大多在以计算题的形式出现，题目的难度不大，联系实际生活场景的情况较多。考点一动量、动量变化量和冲量知识点1动能、动量、动量变化量的比较动能动量动量变化量定义物体由于运动而具有的能量物体的和的乘积物体末动量与初动量的矢量差定义式Ek＝eq\f(1,2)mv2p＝mvΔp＝p′－p标矢性标量矢量矢量特点状态量状态量过程量关联方程Ek＝eq\f(p2,2m)，Ek＝eq\f(1,2)pv，p＝eq\r(2mEk)，p＝eq\f(2Ek,v)联系(1)都是相对量，与的选取有关，通常选取为参考系(2)若物体的动能发生变化，则动量也发生变化；但动量发生变化时动能发生变化知识点2冲量及计算1.冲量(1)定义：力与力的的乘积叫作力的冲量。(2)表达式：I＝。(3)单位：冲量的单位是，符号是。(4)方向：冲量是矢量，恒力冲量的方向与力的方向。2.冲量的计算(1)恒力的冲量：直接用定义式I＝Ft计算。(2)变力的冲量①方向不变的变力的冲量，若力的大小随时间均匀变化，即力为时间的一次函数，则力F在某段时间t内的冲量I＝eq\f(F1＋F2,2)t，其中F1、F2为该段时间内初、末两时刻力的大小。②作出F­t变化图线，图线与t轴所夹的面积即为变力的冲量。如图所示。③对于易确定始、末时刻动量的情况，可用动量定理求解，即通过求Δp间接求出冲量。考向1动量和动量变化量的计算1．江南多雨，屋顶常常修成坡度固定的“人”字形，“人”字形的尖顶屋可以看做由两个斜面构成。如图所示，斜面与水平方向的夹角均为，房屋长度2x为一定值，将雨滴从“人”字形坡顶开始的下滑过程简化为雨滴从光滑斜面顶端由静止下滑。不考虑雨滴滑下时质量的变化，下列说法正确的是（）A．越大，雨滴滑下的时间越长B．越大，雨滴滑下的时间越短C．越大，雨滴滑下获得的动能越大D．当时，雨滴滑下获得的动量最大2．颠球是足球的基本功之一，足球爱好者小华在练习颠球，某次足球由静止自由下落0.8m，被重新颠起，离开脚部后竖直上升的最大高度为0.45m。已知足球与脚部的作用时间为0.1s，足球的质量为0.4kg，重力加速度g取，不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．足球从下落到再次上升到最大高度，全程用了0.7sB．足球下落到与脚部刚接触时动量大小为C．足球与脚部作用过程中动量变化量大小为D．足球从最高点下落至重新回到最高点的过程中重力的冲量大小为考向2冲量的计算3．如图所示，某同学将两相同羽毛球A、B从同一高处以相同速率v0水平打出。运动过程中羽毛球仅受到重力及恒定的水平风力作用，逆风时，球A落至地面上的P处，顺风时，球B落至地面上的Q处。则（）A．A球飞行时间比B球长B．两球落地时速度大小相同C．两球飞行过程中合外力的冲量相同D．两球落地时重力的功率不同4．如图1所示，一滑块放在水平面上，时刻在滑块上施加一水平向右的外力F，已知外力随时间的变化规律为，滑块产生的加速度和时间的关系如图2所示，假设滑动摩擦力等于最大静摩擦力，重力加速度g取10。则下列说法正确的是（）

A．滑块的质量为2.5kgB．滑块与水平面间的动摩擦因数为0.25C．0~3s的时间内摩擦力的冲量大小为6.25N·sD．3s末滑块的速度大小为6.5m/s考点二动量定理知识点1动量定理的理解1.动量定理(1)内容：物体在一个过程中所受的冲量等于它在这个过程始末的变化量。(2)表达式：FΔt＝Δp＝p′－p。(3)矢量性：动量变化量的方向与的方向相同，可以在某一方向上用动量定理。2.动量定理的理解(1)动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)。(2)动量定理给出了冲量和动量变化间的相互关系。(3)现代物理学把力定义为物体动量的变化率:F=Δp(4)动量定理的表达式F·Δt=Δp是矢量式,在一维的情况下,各个矢量必须以同一个规定的方向为正方向。运用它分析问题时要特别注意冲量、动量及动量变化量的方向,公式中的F是物体或系统所受的合力。(5)动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于随时间变化的力。这种情况下,动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内的平均值。3.应用动量定理解释的两类物理现象(1)当物体的动量变化量一定时,力的作用时间Δt越短,力F就越大,力的作用时间Δt越长,力F就越小,如玻璃杯掉在水泥地上易碎,而掉在沙地上不易碎。(2)当作用力F一定时,力作用时间Δt越长,动量变化量Δp越大,力的作用时间Δt越短,动量变化量Δp越小。知识点2动量定理的应用技巧1.应用I=Δp求变力的冲量如果物体受到大小或方向改变的力的作用,则不能直接用I=Ft求冲量,可以求出该力作用下物体动量的变化Δp,等效代换得出变力的冲量I。2.应用Δp=FΔt求动量的变化。考向1应用动量定理解释生活现象1．科技发展，造福民众。近两年推出的“智能防摔马甲”是一款专门为老年人研发的科技产品。该装置的原理是通过马甲内的传感器和微处理器精准识别穿戴者的运动姿态，在其失衡瞬间迅速打开安全气囊进行主动保护，能有效地避免摔倒带来的伤害。在穿戴者着地的过程中，安全气囊可以（）A．减小穿戴者动量的变化量 B．减小穿戴者动量的变化率C．增大穿戴者所受合力的冲量 D．减小穿戴者所受合力的冲量2．安全气囊在发生剧烈碰撞时自动弹出，是对驾驶员和乘客的一种安全保护措施，如图所示。关于安全气囊在此过程中的作用，下列说法正确的是（）A．增加了碰撞过程司机的受力面积B．减少了碰撞前后司机的动量变化量C．减少了碰撞前后司机的动能变化量D．延长了碰撞过程司机的受力时间考向2应用动量定理求平均冲力3．用质量为m的小铁锤以速度向下击打一块质量为M的砖块（击打时间极短），击打后，小铁锤以的速率反向弹回，已知砖块受到击打后在手中的缓冲时间为t，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．在击打过程中，铁锤所受合外力的冲量大小为B．在击打过程中，铁锤重力的冲量大小为mgtC．砖头缓冲过程中，对手的压力大小为MgD．砖头缓冲过程中，对手的压力大小为4．高空作业必须系安全带，但安全带使用不当也会对人体造成伤害。我国对安全带的材料、长度、宽度以及使用方法都有规定，其中规定如果安全带的长度超过三米一定要加装缓冲器。某兴趣小组的同学们通过模拟实验来探究缓冲器的作用。同学们改装了甲、乙两根安全带，甲不加装缓冲器，乙加装缓冲器，使两根安全带的总长度（乙安全带的总长度含缓冲器）都为1.25m，把重物和力的传感器捆在一起挂在安全带的底端，重物（含传感器）的质量为1kg。现让重物从安全带上端处自由下落（重物可视为质点），实验发现从安全带伸直到重物速度第一次减为零，甲、乙分别用时0.1s和0.5s。忽略缓冲器对安全带长度的影响，重力加速度取10m/s2。则（）A．安全带刚伸直时重物的动量为5kg·m/s，方向竖直向下B．从安全带伸直到重物速度第一次减为零的过程，重物的动量变化为5kg·m/s，方向竖直向下C．从安全带伸直到重物速度第一次减为零的过程，甲安全带对重物的平均作用力为60N，乙安全带对重物的平均作用力为10ND．从安全带伸直到重物速度第一次减为零的过程，乙安全带对重物的冲量为10N·s，方向竖直向上考向3在多过程问题中应用动量定理5．海洋馆中一潜水员把一质量为m小球以初速度v0从手中竖直抛出。从抛出开始计时，3t0时刻小球返回手中。小球始终在水中且在水中所受阻力大小不变，小球的速度随时间变化的图像如图所示。下列说法正确的是（

）A．上升过程与下降过程中阻力的冲量大小之比1：2B．上升过程与下降过程中合外力的冲量大小之比1：2C．小球在0—3t0时间内动量变化量的大小为D．小球在0—3t0过程中克服阻力所做的功为6．在刚刚结束的东京奥运会上，14岁的中国姑娘全红婵凭借高超的“水花消失术”获得评委们的三个满分，从而获得女子10米跳台冠军。在比赛中质量为m的全红婵，从跳台上以初速度竖直向上跳起，从跳台上起跳到入水前重心下降了H，入水后由于水的阻力使速度减为0。入水后到速度为0时重心下降了h，不计空气阻力，则下列说法中正确的是（）A．全红婵起跳后在空中受到合外力的冲量大小为B．全红婵受到水的阻力的冲量大小为C．从起跳后到入水后速度减为0的全过程中，全红婵受到的合外力的冲量大小为D．全红婵入水后受到重力的冲量大小为考点三两类柱状模型知识点1流体类柱状模型流体及其特点通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”，质量具有连续性，通常已知密度ρ分析步骤1建立“柱状模型”，沿流速v的方向选取一段柱形流体，其横截面积为S2微元研究，作用时间Δt内的一段柱形流体的长度为Δl，对应的质量为Δm＝ρSvΔt3建立方程，应用动量定理研究这段柱状流体知识点2微粒类柱状模型微粒及其特点通常电子流、光子流、尘埃等被广义地视为“微粒”，质量具有独立性，通常给出单位体积内粒子数n分析步骤1建立“柱状模型”，沿运动的方向选取一段微元，柱体的横截面积为S2微元研究，作用时间Δt内一段柱形流体的长度为Δl，对应的体积为ΔV＝Sv0Δt，则微元内的粒子数N＝nv0SΔt3先应用动量定理研究单个粒子，建立方程，再乘以N计算考向1流体类柱状模型1．高压清洗广泛应用于汽车清洁、地面清洁等。某高压水枪出水口直径为d，水从枪口高速喷出后，近距离垂直喷射到某物体表面且速度在短时间内由v变为零，忽略水从枪口喷出后的发散效应，水的密度为ρ。则水在物体表面产生的平均冲击力大小为（）

A． B． C． D．2．小飞同学在洗盘子的时候发现当水流稳定时，从水龙头流下的水柱从上到下越来越细，如图所示。小飞同学将盘子放在水龙头下一定距离，仔细观察后，水流对盘子的冲击力基本稳定，经过测量，水流对盘子的冲击力为F。已知水龙头的横截面积为，出水速度为，水的密度为，重力加速度为g。水接触盘子后速度立刻变为零，空气阻力不计。下列说法正确的是（

）A．盘子距水龙头的高度为 B．盘子距水龙头的高度无法求出C．与盘子接触的水柱横截面积无法求出 D．与盘子接触的水流速度可以求出考向2微粒类柱状模型3．在地球大气层外的空间中，当同步卫星在其参考位置附近飘移时，可以利用离子推进器产生的推力进行卫星姿态的控制和轨道的修正.离子推进器的工作原理是先将推进剂电离，并在强电场作用下将离子加速喷出，通过反冲运动获得推力.如图所示为离子推进器的示意图：推进剂从P处进入，在A处电离成正离子，BC是加速电极，离子在BC间的加速电压的作用下，从D喷出.已知该正离子的比荷（电荷量与质量之比）为k，经电压为U的电场加速后形成电流强度为I的离子束.若离子进入B的速度很小，可忽略不计.则同步卫星获得的推力为：A． B． C． D．4．离子推进器是利用电场将处在等离子状态的“工质”加速后向后喷出而获得前进的动力，其工作原理如图所示：进入电离室的气体被电离成正离子，而后飘入电极A、B之间的匀强电场（离子初速度忽略不计），A、B间电压为U，使正离子加速形成离子束，在加速过程中推进器获得恒定的推力。已知每个正离子质量为m，电荷量为q，单位时间内飘入的正离子数目为n，加速正离子束所消耗的功率为P，引擎获得