物理选择性必修 第一册第1节 动量和动量定理背景图课件ppt

这是一份物理选择性必修 第一册第1节 动量和动量定理背景图课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了理解1瞬时性，Fma，动量定理，包装用的泡沫材料，摩托车头盔里的衬垫等内容，欢迎下载使用。
碰撞现象在生活中司空见惯。通常，鸡蛋从高处落到坚硬的盘子里会破，但若落在较厚的软垫上还会破吗(图1-1)?
3.同样质量的子弹，一颗用枪射出，而另一颗用手掷出，哪一支穿透本领大？为什么？
本节我们学习了动量、冲量和动量定理后，便能解释这类现象。
在游乐场开碰碰车(图1-2),当运动的车去碰静止的车，若运动的车的总质量越大、车速越大，那么静止的那辆车会被撞得越远。
观察小球的碰撞如图 1-3 所示，将质量相等的两个钢球A、B并排悬挂起来。把球A分别拉到不同高度释放，去碰撞静止的球B，观察球B每次上升的最大高度。
将球A换成质量不同的钢球，分别拉到同一高度释放再观察球B每次上升的最大高度。
由实验可知，从不同高度释放同一钢球，高度越高，被碰球上升越高。从同样高度释放质量不同的钢球，质量越大，被碰球上升越高。由此可见，对同一被碰球，其上升的高度与碰撞球的质量和碰前速度都有关。
人们在研究碰撞这类问题时，为了更好地说明问题，引人了一个与质量和速度都有关的物理量——动量。
描述运动物体对另一个物体作用效果强弱的物理量。用p来表示。
物理学中，把物体质量与速度的乘积称为物体的动量，通常用字母p表示。
动量的单位由质量的单位和速度的单位共同决定。在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号为kg·m/s。动量是矢量，它的方向与物体速度的方向相同。
（2）相对性相对不同的参考系，同一物体的动量可能不同。（3）矢量性其方向与瞬时速度方向相同。遵循平行四边形法则运算。
4.动量的变化物体在运动过程中，当速度的大小或方向变化时，动量会发生变化。
物体动量的变化量 Δp等于物体的末动量P2与初动量P1的矢量差即 p=P2-P1动量的变化量也是矢量。
如图 1-4 所示，一质量为58g的网球以 30 m/s的速率水平向右飞行，被球拍击打后，又以30m/s的速率水平返回，被球拍击打前后，球的动量分别是多少?球的动量的变化量是多少?
分析根据动量定义可求被击打前后网球的动量。由于球在被击打前后的动量在同一直线上，可利用同一直线上的失量运算法则计算动量的变化量。
解 选定水平向右为正方向。由题意可知m=58g=0.058kg v1=30m/s， v2 =-30 m/s.击打前，球的动量P1=mv1=0.058×30kg·m/s=1.74 kg·m/s球被击打前的动量大小为 1.74kg·m/s，方向水平向右。
解 击打后，球的动量P2=mv2=0.058×(-30)kg·m/s=-1.74kg·m/s球被击打后的动量大小为 1.74kg·m/s，方向水平向左球。
被击打前后动量的变化量Δp=P1-P2=(-1.74-1.74)kg·m/s=-3.48kg·m/s球被击打前后动量的变化量大小为3.48kg·m/s，方向水平向左。
讨论球被击打前后，虽然动量的大小没有变化，但动量的方向发生了改变，因此动量发生了变化。求得动量的变化量为负值，表示其方向与选定的正方向相反。
对同一条直线上的矢量运算，正方向的选定是任意的。例题中，若选定水平向左为正方向，结果又如何?请计算并与例题的结果进行比较。
用牛顿第二定律推导动量的变化设置物理情景：质量为m的物体，在合力F的作用下，经过一段时间t，速度由v 变为v’，如是图所示：
由牛顿第二定律知： 而加速度定义有：联立可得：
这就是牛顿第二定律的另一种表达形式。变形可得：表明动量的变化与力的作用对时间积累效果有关。
由以上例题可知，网球运动员击球时，球拍的作用力使球的动量发生了变化。在生产生活中，物体动量发生变化的现象随处可见。物体动量的变化与哪些因素有关呢?
对于一个质量不变的物体，速度的变化导致动量的变化，而物体速度的变化除了与物体受力情况有关外，还与力作用于物体的时间有关。例如，火车启动时，若牵引力小，则需要较长的时间才能达到正常的行驶速度:若牵引力大，则只需较短的时间便可达到正常的行驶速度。
下面我们来推导，在恒力作用的情况下，物体动量的变化量与作用力和时间的定量关系。设一质量为 m 的物体，初速度为v1，初动量p1=m v1 。
在合外力F的作用下，经过一段时间 t，速度变为v2 ，末动量p2=mv2 (图 1-5)。物体的加速度
物体动量的变化量既与受到的合外力有关，又与该力的作用时间有关。合外力越大、作用时间越长，物体动量的变化量就越大。可见，Ft这个量反映了力对时间的积累效应
作用在物体上的力与其作用时间的乘积叫冲量，通常用符号I表示。
矢量，其运算遵循平行四边形法则。 它的方向与力的方向相同
由此，Ft=mv2- mv1 ，还可表示为
由上式可知，物体在一过程中所受合外力的冲量等于该物体在此过程中动量的变化这称为动量定理。由动量定理可得
该式表明，作用在物体上的合外力等于物体动量的变化率，这实际上是牛顿第二定律的另一种表述。可进一步证明，在变力作用下，动量定理仍然成立。
理解：物理研究方法：过程量可通过状态量的变化来反映；表明合外力的冲量是动量变化的原因；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相同：
合外力冲量的方向与合外力的方向或速度变化量的方向一致，但与初末动量方向可相同，也可相反，甚至还可成角度。
动量定理的适用范围1、动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力，对于变力，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值；
2、动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题，还可以解决曲线运动中的有关问题，将较难的计算问题转化为较易的计算问题；3、动量定理不仅适用于宏观低速物体，也适用于微观现象和变速运动问题。 动量定理的优点：不考虑中间过程，只考虑初末状态。
一个质量为60kg的男孩从高处跳下，以5m/s的速度竖直落地。取重力加速度g=10 m/s。
(1)若男孩落地时屈屈膝(图1-6)，用了1s停下来，则落地时地面对他的平均作用力是多大?
分析男孩刚触地时动量方向坚直向下，一段时间内减小到0，这一过程中地面对脚的作用力是变力。根据动量定理可求出落地时地面对他的乎均作用力。
解：男孩落地时的受力分析如图 1-7所示，选定竖直向上为正方向。设地面对他的平均作用力为F，由题意可知，m=60kg，v₁=-5ms， v ₂ =0。(1)男孩从触地到速度减为0，经历的时间t=1s。由动量定理得
(2)若男孩落地时没有屈膝，只用了0.1s就停下来，则落地时地面对他的平均作用力又是多大?男孩从触地到速度减为0，经历的时间t2=0.1s.同理可得，地面对他的平均作用力。
讨论两种落地方式中，动量的变化量相同，但所经历时间不同。作用时间越短，地面对人的平均作用力越大。因此，人从高处跳下时，为避免受伤，要尽量延长触地后的缓冲时间，以减小地面对人的作用力。由此，你能解释鸡蛋从高处落到软垫上不容易破的原因吗?
在碰撞这类问题中，相互作用力会发生变化，可根据动量定理计算变力的平均值。运用动量定理分析问题时，要注意明确研究对象和过程，正确:分析受力和运动的初、末状态;注意动量定理是矢量式，需根据矢量运算法则建立方程
在碰控这类问题中，由于相互作用时间极短，相互作用力会很大，通常可忽略其他较小的力而使问题简化。例如，在前面击打网球的例题中，若球与球拍的接能时间为0.01s，球受到球拍击打的平均作用力是多大?
关于“运动的量度”的争论关于“运动的量度”，历史上有两种不同的观点。1644年，笛卡儿提出“运动不灭原理”:物质的运动有一个固定的量，这个量从来不增加也不减少，并把物体的质量和速度的乘积(mv)作为物体的“运动量”的量度。
而莱布尼茨(1646-1716)认为，活力(mv²)才是物体的“运动量”的量度。这场著名的争论延续了半个世纪之久。1743 年，法国力学家达朗贝尔(1717-1783)对这场争论给出了“判决”:两种量度是同样有效的。
达朗贝尔的“判决”模糊谈到了:动量的变化和力的作用时间有关，活力的变化和力的作用距离有关。直到一百多年后，人们建立了能量转化与守恒定律，才进-步认识到这两种量度的区别。
对某一问题的认识有时会存在不同的观点，科学争论往往可帮助人们从多维的思想方法中得到启迪，从而更深刻、更全面地理解和认识问题。
3.碰撞与缓冲的实例分析
由动量定理可见，物体间的相互作用力与物体动量的变化和作用时间有关。既可通过增大物体动量变化量、缩短相互作用时间来增大相互作用力，也可通过减小物体动量变化量、延长相互作用时间来减小相互作用力。
例如，冲床冲压工件时，由于冲头动量变化大且冲头与工件的碰撞时间短，在冲头与工件间会产生很大的作用力。冲压工件就是利用了这种作用力。修路、建房时常用打夯机。
打夯时(图1-8)，打机将夯锤提到一定高度释放，通过夯锤撞击地面夯实地基。
夯锤量越大、提升高度越高、与地面的撞击时间越短对地面的作用力越大。
为保证驾乘人员的安全，有的汽车在相关部位安装了安全气囊，利用气囊的形变来延长力的作用时间，减轻因剧烈碰撞而造成的对车内人员的伤害(图1-9)
船靠岸时边缘上的废旧轮胎
验证动量定理我们可用 DIS 实验装量验证在变力作用下的动量定理。如图1-10所示，
将力传感器、光电传感器接入电路，将遮光片的宽度和小车质量输入计算机。
推动小车使其与力传感器发生碰控，通过碰撞中相互作用力随时间变化的图像(图1-11)