§1.1 动量定理 张映平
观察思考 鸡蛋落在木板上为什么会碎呢? 它受到的作用力比落在海绵上的 大吗?
物理情景分析 在光滑水平面上的质量为m 的物体在水平恒力F 的作用下,经过时间t,速度由v 变为v′,
F v =v0 v =v t ——— F 作用了时间 t ——— 分析: 由牛顿第二定律知: F = m a 而加速度: 整理得:
1、冲量(I):在物理学中,物体受到的力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量。I=F ·t,单位—牛·秒(N ·s) 它是矢量,方向与力的方向相同。 2、动量(P):运动物体的质量与它的速度的乘积叫做物体的动量。P=mv 单位—千克米每秒(kg ·ms-1),它是矢量,方向与速度的方向相同。
因此,上式可以表述为:物体所受的合外力的冲量等于物体动量的变化。 即I=△P 表达式:Ft=mv2-mv1或写成:Ft=p2-p1 这个结论叫做动量定理 你能够再举一些应用动量定理的例子吗?
下面体育项目中的海绵垫、沙子、接球时手的回收 都运用了动量定理。
思考:动量定理与牛顿第二定律和运动学公式有什么不同? 牛顿第二定律和运动学公式所研究的问题仅限于物体所受合力恒定,运动过程为匀速的情况。动量定理则只注重初末状态,对运动过程复杂,物体受力情况复杂的情况,动量定理的优越性就非常明确了。
由动量定理知,动量变化一定时,冲量Ft恒定,则F与t成反比,时间t越小,作用力F越大。 释疑: 为什么鸡蛋落在木板上比落在海绵上更容易碎? 由于两个鸡蛋质量相等,下落高度相同,动量变化是一定的。 由动量定理知,动量变化一定时,冲量Ft恒定,则F与t成反比,时间t越小,作用力F越大。 木板与鸡蛋的作用时间较短,作用力较大,所以鸡蛋更容易碎。
动量定理的理解 (1)定理反映了合外力冲量是物体动量变化的原因 (2)动量定理不仅适用于恒定的力,也适用于变力。 (对于变力的情况,动量定理中的 F 应理解为变力在作 用时间内的平均值。) (3) 为矢量表达式 ,动 量变化的方向与合外力冲量的方向相同。 用此式计算时应先规定正方向,在运用动量 定理时,应该遵循矢量运算的平行四边形定则, 也可采用正交分解法,将矢量运算转为代数运算 (4)动量定理不仅适用于宏观低速物体,对微观现象和高速运动仍然适用。
动量定理的应用 1. 解释现象 2. 动手操作
(1) 人跳起后,曲腿落地与直腿落地有何不同?(亲身体验一下) 学以致用 (1) 人跳起后,曲腿落地与直腿落地有何不同?(亲身体验一下) (2)轮船上安装的橡皮轮胎有什么作用? (3)搬运易碎的玻璃物品时为什么要在箱子里放上泡沫塑料? (4)为了把一颗较大的钉子钉入木板中,为什么使用铁锤比橡皮锤更好? 延长作用时间,减小有害的作用力 增加动量变化并减小作用时间,增加有用的作用力
二、动量定理 Δp=m -mv —末动量减初动量。 物体所受的合外力的冲量等于物体动量的变化, 1、内容: 2、表达式: ﹡理解: F—物体所受的合外力; t—合外力作用时间; Ft —合外力的冲量; Δp=m -mv —末动量减初动量。 3、单位:F的单位是N,t的单位是s,p和 的单位 是 kg·m/s(kg·ms-1)
4、动量定理不仅适用恒力作用,也适用变力作用的情况(此时的力应为平均作用力) 5、动量定理不仅适用于宏观低速物体,对微观现象和高速运动仍然适用.
利用动量定理解题 1. 一个质量为0.01kg的弹性小球,以10 m/s的速度在光滑 水平面上运动,撞到前方的竖直墙壁后以8m/s的速度反向弹回,设碰撞时间为0.01s,求球受到墙壁的平均撞击力。 v FN F 解:取小球初速度方向为正方向 G 对小球受力分析,如图所示。 初动量: P=mv=0.01×10kg·m/s=0.1kg·m/s 末动量: P ′=mv′=0.01×(- 8)kg·m/s=-0.08kg·m/s 由动量定理得,墙壁受到的撞击力为 t mv v m F - ¢ = “﹣”表示力的方向与正方向相反。
利用动量定理解题步骤 1. 确定研究对象 2. 对研究对象进行受力分析,确定全部外力及作用时间; 3. 找出物体的初末状态并确定相应的动量; 4. 如果初、末动量在同一直线上,则选定正方向,并给每个力的冲量和初末动量带上正负号,以表示和正方向同向或反向;如果初、末动量不在同一直线上,则用平行四边形定则求解; 5. 根据动量定理列方程求解。
小结 1.动量定理的理解 2.动量定理的应用 (1)用动量定理解释现象 一定, 越短, 则F越大。 一定, 越大, 则F越大。 (2)用动量定理解题