第1章 第2节 动量定理（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

第2节　动量定理 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道冲量的概念、计算公式、单位和方向． 2．掌握动量定理，理解动量定理的物理意义． 3．学会应用动量定理分析物理现象，应用动量定理解决生产、生活中的实际问题． 1.物理观念：冲量． 2．科学思维：应用动量定理分析物理现象，建立模型求解作用过程的平均作用力等． 3．科学态度与责任：关注动量定理在生活实际、体育运动、科学实验中的应用． 1．动量定理：如果考察一个物体运动过程的始末，那么在这一过程中物体所受合力与作用时间的乘积等于物体动量的变化． 2．冲量 (1)定义：力与力的作用时间的乘积． (2)公式：I＝FΔt． (3)单位：牛顿秒，符号是N·s． (4)矢量性：冲量是矢量，其方向与力的方向相同． (5)动量定理的表达式：I＝Δp． [判断](对的画“√”，错的画“×”) (1)物体动量的变化量越大，物体受到的作用力越大．(×) (2)由F＝可知，当合外力F为恒量时，物体动量的变化量与作用时间成正比.(√) 1．动量的变化量一定时，作用时间较短则相互作用力较大，作用时间较长则相互作用力较小． 2．当作用力是变力时，根据动量定理，可以求解变力作用过程中平均作用力的大小． [思考] 在地面上垫一块较厚的软垫，手拿一枚鸡蛋从一定的高度(约0.5 m)自由地释放，让它落到软垫上不会破，而让它直接落至坚硬的地面时却破了．动手试一试，并用动量定理知识解释其中的道理． 提示　鸡蛋落至软垫上，软垫延长了与鸡蛋的作用时间，根据动量定理得F＝，此过程Δp不变，Δt增大，则鸡蛋受到的作用力减小，故鸡蛋不会破． 探究点一　对冲量和动量定理的理解 体操运动员从高处跳到低处时，在着地的过程中，一般都要屈腿下蹲(如图所示)，这样做是为什么？ 提示　人着地过程中的动量变化一定，屈腿下蹲延长了人与地面作用的时间，由动量定理可知，这样就减小了地面对人的作用力． 1．对冲量的认识 (1)过程量：冲量描述的是力的作用对时间的积累效应，它取决于力和时间这两个因素，所以求冲量时一定要明确所求的是哪一个力在哪一段时间内的冲量． (2)矢量性：冲量的方向与力的方向相同，与相应时间内物体动量变化量的方向相同． 2．对动量定理的理解 (1)动量定理公式I＝Δp中的I指的是合外力的冲量，或是外力冲量的矢量和，还可以是外力在不同阶段冲量的矢量和． (2)公式中的Δp指的是动量的变化量，Δp的方向跟合外力冲量的方向相同． (3)动量定理表达式F合t ＝p′－p是一个矢量式，运算遵循平行四边形定则． 跳水运动是我国传统的优势体育项目，在某次训练中，跳水运动员在跳台上由静止开始竖直落下，进入水中后在水中做减速运动，速度减为零时并未到达池底．不计空气阻力，下列说法正确的是(　　) A．运动员在空中运动时，其动量的变化量大于重力的冲量 B．运动员从刚进入水中到速度减为零的过程中，其重力的冲量等于水的作用力的冲量 C．运动员从开始下落到速度减为零的过程中，其动量的改变量等于水的作用力的冲量 D．运动员从开始下落到速度减为零的过程中，其重力的冲量与水的作用力的冲量等大反向 [思路点拨]　(1)在不同阶段，对运动员进行受力分析． (2)使用动量定理时需明确运动过程的始末状态，并选取正方向． D　[运动员在空中运动的过程中只受重力作用，其动量的变化量等于重力的冲量，故A错误．运动员从刚进入水中到速度减为零的过程中，运动员受到重力G和水的作用力f，设向下为正方向，由动量定理可得IG－If＝0－mv，故重力的冲量小于水的作用力的冲量，故B错误．运动员由开始下落到减速为零的过程中，初、末速度均为零，故动量的变化量为零，设向下为正方向，由动量定理得IG－If＝0，故其动量的改变量小于水的作用力的冲量，重力的冲量与水的作用力的冲量等大反向，故C错误，D正确．] [训练1]　一个质量为2 kg的物体做直线运动，其速度—时间图像如图所示．则该物体在前20 s内所受外力的冲量为(　　) A．0　　　　　　　　 B．－10 N·s C．20 N·s D．－20 N·s D　[由v­t图像可知，物体在前20 s内初状态的动量为p1＝10 kg·m/s，末状态的动量p2＝－10 kg·m/s，由动量定理得I＝p2－p1＝－10 kg·m/s－10 kg·m/s＝－20 kg·m/s＝－20 N·s，故A、B、C错误，D正确．] 探究点二　动量定理的应用 “水刀”是一种高压水射流切割技术，它将水从高压水枪中高速射出，形成很细的水束，用来切割石材、金属板等物体．已知水束的横截面积为S，速度为v，并垂直射向钢板，若水射在钢板上后的速度视为0，水的密度为ρ，求水对钢板的平均冲击力． 提示　设水束垂直射向钢板的速度方向为正方向，经过Δt时间，高压水枪中射出水的质