第一章 培优课一 动量定理的综合应用（课件PPT)-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册（人教版2019）

第一章　动量守恒定律 培优课一　动量定理的综合应用 课件使用说明 本课件使用Office2016制作，请使用相应软件打开并使用。 本课件文本框内容可编辑，单击文本框即可进行修改和编辑。 本课件理科公式均采用微软公式制作，如果您是Office2007或WPS 2021年4月份以前的版本，会出现包含公式及数字无法编辑的情况，请您升级软件享受更优质体验。 由于WPS软件原因，少量电脑可能存在理科公式无动画的问题，请您安装Office 2016或以上版本即可解决该问题。 　　[学习目标] 1. 能够应用动量定理解决多过程问题（科学思维）.2.应用动 量定理分析“流体模型”问题（科学思维）. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课堂·深度探究 课末·随堂演练 课时作业（三） 动量定理的适用范围： （1）动量定理不仅适用于恒力，而且也适用于随时间而变化 的力. （2）对于变力，动量定理中的力F应理解为变力在作用时间内 的平均值. （3）动量定理不仅能处理单一过程，也能处理多过程.在多过 程中外力的冲量是各个过程中外力冲量的矢量和. 课堂　深度探究 考点1　应用动量定理处理多过程问题 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题1】如图所示，质量为m＝2 kg的物体，在水平力F＝8 N 的作用下，由静止开始沿水平面向右运动.已知物体与水平面 间的动摩擦因数μ＝0.2，若F作用t1＝6 s后撤去，撤去后又经t2 ＝3 s物体与竖直墙壁相碰，若物体与墙壁作用时间t3＝0.1 s， 碰撞后反向弹回的速度v＝4 m/s.已知g取10 m/s2，求： （1）与竖直墙壁碰撞前物体的动量的大小； 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）由题意可知，物体受到的摩擦力为 Ff＝μmg＝4 N， 在前6 s内，物体在水平方向上受到力F与摩擦力Ff，后3 s内只 受摩擦力Ff， 由动量定理可得p－0＝Ft1－Ff（t1＋t2）， 解得p＝12 kg·m/s. 答案：（1）12 kg·m/s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）墙壁对物体的平均作用力. 解析：（2）反弹后，物体的动量为 p1＝mv＝2×4 kg·m/s＝8 kg·m/s， 取水平向右为正方向，则由动量定理可得 －Ft3＝－p1－p， 解得F＝200 N. 答案：（2）200 N 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 思维导引：水平方向上，物体在前6 s受到水平力F和摩擦力作 用，在后3 s只受摩擦力作用，综合应用动量定理即可求出碰撞 前的动量大小；物体与墙壁作用的过程中，根据碰撞前后的动 量变化量，应用动量定理求出墙壁的平均作用力. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式1】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） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：解法一　用动量定理，分段求解.以物体为研究对象， 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. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解法二　用动量定理，研究全过程.以物体为研究对象，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. 答案：12 s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. 流体类“柱状模型” 考点2　应用动量定理处理流体类问题 流体及 其特点 通常液体流、气体流等被广义地视为“流体”，质 量具有连续性，通常已知密度ρ 分析 步骤 1 建立“柱状模型”，沿流速v的方向选取一段柱形流 体，其横截面积为S 2 微元研究，作用时间Δt内的一段柱形流体的长度为 Δl，对应的质量为Δm＝ρSvΔt 3 建立方程，应用动量定理研究这段柱状流体 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. 微粒类“柱状模型” 微粒及其特点 通常电子流、光子流、尘埃等被广义地视为“微粒”，质量具有独立性，通常给出单位体积内粒子数n 分析 步骤 1 建立“柱状模型”，沿速度v的方向选取一段柱体，其横截面积为S 2 微元研究，作用时间Δt内的一段柱形流体的长度为 Δl，对应的体积为ΔV＝SvΔt，则微元内的粒子数N ＝nSvΔt 3 先应用动量定理研究单个粒子，建立方程，再乘以 N计算 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题2】如图所示，水力采煤时，用水枪在高压下喷出的强 力水柱冲击煤层.已知水柱直径为d＝30 cm，水速为v＝50 m/s. 假设水柱射在煤层的表面上，冲击煤层后水的速度变为零.求 水柱对煤层的平均冲击力的大小.（水的密度ρ＝1.0×103 kg/m3，结果保留三位有效数字） 思维导引：先求Δt内水枪喷出水的质量，再根据动量定理及牛 顿第三定律求解水对煤层的平均冲击力. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：取一小段时间Δt，从水枪喷出的水的质量为Δm＝ρSvΔt. 以Δm为研究对象，如图所示，设水速方向为正方向，由动量 定理得FΔt＝Δm（0－v）＝－ρSv2Δt，则F＝－ρSv2.由牛顿第 三定律，知水对煤层的平均冲击力大小为F'＝－F＝ρSv2，又S ＝d2，代入数据，解得F'≈1.77×105 N. 答案：1.77×105 N 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式2】如图所示，一个下面装有轮子的贮气瓶停放在光滑 的水平地面上，底端与竖直墙壁接触.现打开右端阀门，气体 向外喷出，设喷口的面积为S，气体的密度为ρ，气体向外喷出 的速度为v，则气体刚喷出时竖直墙面对贮气瓶底端的作用力 大小是（　　） A. ρvS B. C. ρv2S D. ρv2S 答案：D　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：Δt时间内贮气瓶喷出气体的质量Δm＝ρSv·Δt，对于贮气 瓶、瓶内气体及喷出的气体所组成的系统，以气体喷出速度方 向为正方向，由动量定理得FΔt＝Δmv－0，解得F＝ρv2S，根 据牛顿第三定律，气体对贮气瓶作用力大小F'＝F. 由平衡条 件可知，竖直墙面对贮气瓶底端的作用力大小与F大小相等， 即为ρv2S，选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 “F－t”图像与“F－x”图像辨析 冲量是力在时间上的积累，而功是力在空间上的积累.这两种 积累作用可以在“F－t”图像和“F－x”图像上用面积表示. 如图所示.图甲中的曲线是作用在某一物体上的力F随时间t变 化的曲线，图中阴影部分的面积就表示力F在时间Δt＝t2－t1内 的冲量.图乙中阴影部分的面积表示力F在位移Δx＝x2－x1上做 的功. 考点3　应用图像法解决动量定理相关问题 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【例题3】质点所受的合力F方向始终在同一直线上，大小随时 间变化的情况如图所示，已知t＝0时刻质点的速度为零.在图 示的t＝1 s、2 s、3 s、4 s各时刻中，质点动能最小的时刻是 （　　） A. 1 s B. 2 s C. 3 s D. 4 s 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 答案：D　 解析：质点动能最小，由Ek＝，即动量最小时，由动量定理 可得I合＝Ft＝mv，由图像可知，图像与t轴围成的面积表示合 力的冲量大小，即动量的变化量大小，则t轴上方为正，下方 为负，由图像可知，4 s末动量的变化量最小，质点的动量最 小，动能最小，选项D正确，A、B、C错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 【变式3】（多选）一质量m＝2 kg的物块静止在光滑的水平面 上，从t＝0时刻开始，物块受到水平向右的外力F作用，外力F 随时间t变化的关系如图所示，下列说法正确的是（　　） A. 第2 s末物块的速度大小为3 m/s B. 第3 s末物块的动量大小为12 kg·m/s C. 第4 s末外力的瞬时功率为18 W D. 第3 s内与第4 s内物块的动能增加量相等 答案：AB　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：在F－t图像中，图线与时间轴围成的面积表示力的冲 量，所以在0～2 s的时间内，由动量定理可知Ft＝mv2－0，解 得第2 s末的速度v2＝3 m/s，选项A正确；同理可得第3 s末、第 4 s末的速度分别为v3＝6 m/s、v4＝9 m/s，第3 s末物块的动量p3 ＝mv3＝12 kg·m/s，第4 s末外力做功的瞬时功率P4＝F4v4＝54 W，选项B正确，C错误；第3 s内物块动能增加量ΔEk3＝m －m＝27 J，第4 s内物块动能增加量ΔEk4＝m－m＝ 45 J，选项D错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 1. （应用动量定理处理流体类问题）雨打芭蕉是中国古代文 学中常见的抒情意象.为估算雨滴撞击芭蕉叶产生的平均压强 p，小华同学将一圆柱形的量杯置于院中，测得一段时间t内杯 中水面上升的高度为h，查询得知当时雨滴下落的速度为v.设 雨滴竖直下落到水平的芭蕉叶上后以原来的速率竖直反弹.已 知水的平均密度为ρ，不计雨滴重力.则p的大小为（　　） 课末　随堂演练 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 A. ρv2 B. ρv2 C. ρv D. ρv 答案：D　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：设芭蕉叶的面积为S，由题意可知，t时间内，竖直下 落到芭蕉叶上的雨的体积为V＝Sh，则雨水的质量为m＝ρV ＝ρSh，取竖直向上为正方向，则雨滴打到芭蕉叶上反弹后 的动量变化量为Δp＝mv2－mv1＝ρvSh，由动量定理可得Ft ＝Δp，由压强与压力的关系可得p＝，联立解得p＝ρv， 选项D正确. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 2. （动量定理与图像法的综合应用）在光滑水平面上，一静 止的物体受到一水平力F的作用，F随时间t的变化规律如图所 示，则下列说法正确的是（　　） A. 在0～4t0时间内，力F做的功为0 B. 在2t0时刻，物体的速度最大 C. 在3t0时刻，物体的加速度最大 D. 在0～2t0时间内，力F的冲量为F0t0 答案：A　 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：F－t图像中图线与时间轴所围图形的面积表示冲量的大 小.由题图可知，0～4t0时间内，F的合冲量为0，根据动量定 理可知物体的末速度为0，根据动能定理可知0～4t0时间内F做 的功为0，选项A正确；0～2t0时间内，F的合冲量为0，根据动 量定理可知在2t0时刻物体的速度为0，选项B、D错误；在3t0时 刻，F为0，所以物体的加速度为0，选项C错误. 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 3. （用动量定理处理多过程问题）质量m＝60 kg的撑竿跳 高运动员从h＝5.0 m高处由静止下落.（g取10 m/s2，不计 空气阻力） （1）若运动员落到海绵垫上，经Δt1＝1.5 s后停下，该运动员 受到的海绵垫的平均冲力约为多大？ 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 解析：（1）以全过程为研究对象，初、末动量的数值都是0， 所以运动员的动量变化量为零，根据动量定理，合力的冲量为 零，根据自由落体运动的知识，运动员下落到地面上所需要的 时间是t＝＝1 s， 从开始下落到在海绵垫上停下，有mg（t＋Δt1）－FΔt1＝0， 代入数据，解得F＝1 000 N. 答案：（1）1 000 N 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （2）若运动员落到普通沙坑中，经Δt2＝0.2 s停下，则沙坑对 运动员的平均冲力约为多大？ 解析：（2）若运动员下落到沙坑中，有mg（t＋Δt2）－F'Δt2＝0， 代入数据，解得F'＝3 600 N. 答案：（2）3 600 N 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 （建议用时：40分钟） 课时作业（三） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 课时作业（三） 返回目录 物理　选择性必修　第一册 　 制 作 者：状元桥 适用对象：高中学生 制作软件：Powerpoint2010、 Photoshop cs3 运行环境：WindowsXP以上操作系统 $$