学案正标题。
一、考纲要求。
1.理解动量、动量的变化量、动量定理的概念。
二、知识梳理。
1.动量。1)定义:运动物体的质量和速度的乘积叫做物体的动量,通常用p来表示.
2)表达式:p=mv.
3)单位:kg·m/s.
4)标矢性:动量是矢量,其方向和速度方向相同.
2.冲量。1)定义:力f与力的作用时间t的乘积.
2)定义式:i=ft.
3)单位:n·_s.
4)方向:恒力作用时,与力的方向相同.
5)物理意义:是一个过程量,表示力在时间上积累的作用效果.
3.动量定理。
1)内容:物体所受合外力的冲量等于物体的动量的变化量.
2)表达式:
三、要点精析。
1.动量定理的理解要点。
1)动量定理的表达式应是一个矢量式,式中3个矢量都要选同一个方向为正方向.
2)动量定理公式中的f是研究对象所受的合外力,它可以是恒力,也可以是变力,当f为变力时,f应是合外力对作用时间的平均值.
3)公式ft=p′-p除表明等号两边大小、方向的关系外,还说明了两边的因果关系,即合外力的冲量是动量变化的原因.
4)动量定理说明的是合外力的冲量与动量变化的关系,与物体的初末动量无必然联系.
5)由ft=p′-p,得f==,即物体所受的合外力等于物体的动量对时间的变化率.
2.用动量定理解释现象。
用动量定理解释的现象一般可分为两类:一类是物体的动量变化一定,此时力的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小.
另一类是作用力一定,此时力的作用时间越长,动量变化越大;力的作用时间越短,动量变化越小.分析问题时,要把哪个量一定,哪个量变化搞清楚.
3.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求变力的冲量,可以求出该力作用下物体动量的变化δp,等效代换变力的冲量i.
2)应用δp=fδt求动量的变化。
例如,在曲线运动中,速度方向时刻在变化,求动量变化(δp=p2-p1)需要应用矢量运算方法,计算比较复杂,如果作用力是恒力,可以求恒力的冲量,等效代换动量的变化.
四、典型例题。
1.【2015重庆-3】高空作业须系安全带。如果质量为的高空作业人员不慎跌落,从开始跌落到安全带对人刚产生作用力前人下落的距离为(可视为自由落体运动).
此后经历时间安全带达到最大伸长,若在此过程中该作用力始终竖直向上,则该段时间安全带对人的平均作用力大小为。
答案】a解析】
试题分析:人下落h高度为自由落体运动,由运动学公式,可知;缓冲过程(取向上为正)由动量定理得,解得:,故选a。
考点:本题考查运动学公式、动量定理。
2.【2015北京-18】“蹦极”运动中,长弹性绳的一端固定,另一端绑在人身上,人从几十米高处跳下。将蹦极过程简化为人沿竖直方向的运动。
从绳恰好伸直,到人第一次下降至最低点的过程中,下列分析正确的是()
答案】a解析】从绳恰好伸直到人运动到最低点的过程中,绳对人的拉力始终向上,故冲量始终向上。此过程中人先加速再减速,当拉力等于重力时,速度最大,则动量先增大后减小,a 正确,b、c 错误,在最低点时,人的加速度向上,拉力大于重力,d 错误。
考点】牛顿运动定律,动量定理,功能关系。
3.【2015安徽-22】(14分)一质量为0.5 kg的小物块放在水平地面上的a点,距离a点5 m的位置b处是一面墙,如图所示。
长物块以vo="9" m/s的初速度从a点沿ab方向运动,在与墙壁碰撞前瞬间的速度为7 m/s,碰后以6 m/s的速度把向运动直至静止。g取10 m/s2。
1)求物块与地面间的动摩擦因数;
2)若碰撞时间为0.05s,求碰撞过程中墙面对物块平均作用力的大小f;
3)求物物块在反向运动过程中克服摩擦力所做的功w。
答案】(1)(2)(3)
解析】(1)由动能定理,有:可得。
2)由动量定理,有可得。
考点:本题考查动能定理、动量定理、做功等知识。
4.如图所示,光滑水平面上有一质量为m的物体,在一与水平方向成θ角的恒定拉力f作用下运动,则在时间t内 (
答案】b解析】一个恒力的冲量等于这个力与力的作用时间的乘积,与物体所受的其他力及合力和运动的方向无关;d项中,应是所有外力的冲量等于动量的变化量.
5.如图所示,一木楔固定在水平地面上,木楔的倾角为θ,在斜面上有一质量为m的小物块处于静止状态,则在t时间内,斜面对小物块的冲量大小和方向是( )
答案】c解析】小物块受到重力mg、支持力fn和静摩擦力ff作用而处于平衡状态.由力的平衡条件可知:fn和ff的合力与mg大小相等、方向相反,即斜面对小物块的作用力大小等于mg,方向竖直向上,故斜面对小物块的冲量大小为mgt,方向竖直向上.
6.从o点以某一速度竖直上抛小球,球从抛出点o上升到最高点a,又从a点返回到o点的过程中空气阻力f的大小不变,则在上升与下降过程中,关于冲量的下述说法中正确的是 (
答案】c解析】上升时f合=mg+f=ma上。
下降时f合′=mg-f=ma下。
所以a上》a下,由h=at2知,t上7.将质量为0.5 kg的小球以20 m/s的初速度竖直向上抛出,不计空气阻力,g取10 m/s2,以下判断正确的是 (
小球从抛出至到最高点受到的冲量大小为10 n·s
小球从抛出至落回出发点动量的增量大小为0
小球从抛出至落回出发点受到的冲量大小为0④小球从抛出至落回出发点受到的冲量大小为20n·s
答案】c解析】小球在最高点速度为零,取向下为正方向,小球从抛出至到最高点受到的冲量。
i=0-(-mv0)=10 n·s,①正确;因不计空气阻力,所以小球落回出发点的速度大小仍等于20 m/s,但其方向变为竖直向下,由动量定理知,小球从抛出至落回出发点受到的冲量为:i′=δp=mv-(-mv0)=20 n·s,④正确,②③均错误.所以选项c正确.
8.下面的说法不正确的是 (
答案】c解析】物体的动量方向即是物体运动的速度方向,所以选项a正确.根据动量定理得:如果物体的速度发生变化,即动量发生变化,则合外力的冲量一定不为零,所以选项b正确.动量定理说明合外力的冲量改变的是物体的动量,动量是一个矢量,可以是大小不变只是方向改变,所以动能可以不变,选项c错误,选项d正确.
9.如图所示,一铁块压着一纸条放在水平桌面上,当以速度v抽出纸条后,铁块掉在地上的p点.若以2v的速度抽出纸条,则铁块落地点为 (
答案】b解析】纸条抽出的过程,铁块所受的滑动摩擦力一定,以v的速度抽出纸条,铁块所受滑动摩擦力的作用时间较长,由i=fft=mv0得铁块获得速度较大,平抛运动的水平位移较大.以2v的速度抽出纸条的过程,铁块受滑动摩擦力作用时间较短,铁块获得速度较小,平抛运动的水平位移较小,故b选项正确.
10.从同样高度落下的玻璃杯,掉在水泥地上容易打碎,而掉在草地上不容易打碎,其原因是 (
答案】d解析】玻璃杯从同样高度落下,到达地面时具有相同的速度,即具有相同的动量,与地面相互作用后都静止.所以两种地面的情况中玻璃杯动量的改变量相同,故a、b、c错误;掉在水泥地上时,作用时间短,故作用力大,掉在草地上时,作用时间长,故作用力小,故d正确.
11.(多选)在光滑的水平面上有质量相等的a、b两球,其动量分别为10 kg·m/s与2 kg·m/s,方向均向东,且规定该方向为正方向,a球在b球后,当a球追上b球时发生正碰,则相碰以后,a、b两球的动量可能分别为 (
a.6 kg·m/s,6 kg·m/s
b.-4 kg·m/s,16 kg·m/s
c.6 kg·m/s,12 kg·m/s
d.3 kg·m/s,9 kg·m/s
答案】ad解析】根据动量守恒定律可先排除选项c;因为碰撞过程系统的动能不会增加,所以+≥+即碰后a、b两球的动量pa、pb满足+≤104(kg·m/s)2,据此可排除选项b;选项a、d均满足动量守恒,动能不增加的条件,所以选项a、d正确.
12.如图所示,大小相等、质量不一定相等的a、b、c三只小球沿一直线排列在光滑水平面上,三球作用前动量依次为8 kg·m/s、-13 kg·m/s、-5 kg·m/s.假设三球只能沿一直线发生一次相互碰撞,且作用过程中,a球受到的冲量为-9 n·s,b球受到的冲量为1 n·s,则c球对b球的冲量i及c球在碰撞后的动量p分别为 (
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