第一章 专题拓展1 动量定理的应用（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理 选择性必修 第一册（人教版2019）

专题拓展1　动量定理的应用 物理观念 科学探究 科学态度与责任 进一步理解动量定理，熟悉应用动量定理解题的一般步骤，注意动量定理与动能定理的区别。 通过实例分析，能够利用动量定理解释缓冲、碰撞等有关现象和解决实际问题。 有参与科技活动的热情，培养从生活到物理、从物理到生活的意识。 [对应学生用书P9] 究点一___动量定理与动能定理的应用 【例1】 (多选)如图所示，一个质量为0.18 kg的垒球，以25 m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为45 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s，则有(　　) A．球棒对垒球的平均作用力大小为1 260 N B．球棒对垒球的平均作用力大小为360 N C．球棒对垒球做的功为36 J D．球棒对垒球做的功为126 J AD　解析：以垒球开始时的速度方向为正方向，根据动量定理有Ft＝mv2－mv1，解得F＝＝ N＝－1 260 N，A正确，B错误；根据动能定理有W＝mv22－mv12＝×0.18×452 J－×0.18×252 J＝126 J，C错误，D正确。 [练1] 质量为0.2 kg的球竖直向下以6 m/s的速度落至水平地面，再以4 m/s的速度反向弹回。取竖直向上为正方向，在小球与地面接触的时间内，关于小球动量的变化量Δp和合力对小球做的功W，下列说法正确的是(　　) A．Δp＝2 kg·m/s　W＝－2 J B．Δp＝－2 kg·m/s　W＝0 C．Δp＝0.4 kg·m/s　W＝－2 J D．Δp＝－0.4 kg·m/s　W＝2 J A　解析：取竖直向上为正方向，则小球与地面碰撞的过程中动量的变化量为Δp＝mv2－mv1＝[0.2×4－0.2×(－6)] kg·m/s＝2 kg·m/s；由动能定理可得，合外力做功为W＝mv22－mv12＝×0.2×42 J－×0.2×62 J＝－2 J，A正确，B、C、D错误。 探究点二___用动量定理处理多过程问题 应用动量定理处理多过程问题的两种思路 (1)可分段分别应用动量定理求解。 (2)可全过程应用动量定理求解。要特别注意各力作用的时间，在多过程中外力的冲量是各个力冲量的矢量和。 【例2】 某消防队员从一平台上跳下，下落1 s后双脚触地，接着他用双腿弯曲的方法缓冲，使自身重心又继续下降了0.2 s的时间，在着地过程中地面对他双脚的平均作用力约为(　　) A．自身所受重力的2倍 B．自身所受重力的6倍 C．自身所受重力的8倍 D．自身所受重力的10倍 B　解析：(解法一)消防员下落t1＝1 s后双脚触地时的速度为v1＝gt1，方向向下；着地后他使自身重心下降0.2 s的时间后站定，即v2＝0，设向下为正方向，则着地过程中消防员动量的变化量为Δp＝0－mv1＝－mv1，设该过程中地面对他双脚的平均作用力为，由动量定理得(mg－)t2＝Δp＝－mv1，其中t2＝0.2 s，则＝mg＋＝mg＋5mg＝6mg，B正确。 (解法二)规定向下为正方向，对消防员下落的全过程应用动量定理可得mg(t1＋t2)＋(－t2)＝0，代入数据解得＝6mg，B正确。 应用动量定理解题时要选好受力物体和研究过程，当物体所受各力的作用时间不相同且间断作用时，应用动量定理解题对全过程列式较为简单，所以在解题时要树立整体优先的意识。 [练2] 在水平力F＝30 N的作用下，质量m＝5 kg的物体由静止开始沿水平面运动。已知物体与水平面间的动摩擦因数μ＝0.2，若F作用6 s后撤去，撤去F后物体还能向前运动多长时间才停止？(g取10 m/s2) 答案：12 s 解析：(解法一：用动量定理，分段求解)选物体为研究对象，对于撤去F前物体做匀加速运动的过程，初速度为零，末速度为v，取水平力F的方向为正方向，根据动量定理有 (F－μmg)t1＝mv－0 对于撤去F后物体做匀减速运动的过程，初速度为v，末速度为零，根据动量定理有 －μmgt2＝0－mv 联立解得t2＝t1＝×6 s＝12 s。 (解法二：用动量定理，研究全过程)选物体为研究对象，研究整个运动过程，这个过程的始、末状态物体的速度都等于零，取水平力F的方向为正方向，根据动量定理得 (F－μmg)t1＋(－μmg)t2＝0 解得t2＝t1＝×6 s＝12 s。 探究点三___用动量定理处理流体问题 研究 对象 流体类：液体流、气体流等，通常已知密度ρ 微粒类：电子流、光子流、尘埃等，通常给出单位体积内的粒子数n 分析 步骤 ①构建“柱状”模型：沿流速v的方向选取一段小柱体，其横截面积为S ②微元 研究 小柱体的体积ΔV＝vSΔt 小柱体质量m＝ρΔV＝ρvSΔt 小柱体粒子数N＝nΔV＝nvSΔt 小柱体动量p＝mv＝ρv