1.2 物体动量变化的原因 动量定理（教学课件）物理沪科版选择性必修第一册

该高中物理课件聚焦冲量的概念、计算及动量定理，通过泡沫包装、跳高软垫等生活实例导入，引导学生思考动量变化与力的关系，搭建从单物体动量变化原因到冲量、动量定理的学习支架。 其亮点在于结合牛顿第二定律推导演算动量定理，用微元法及F-t图像面积处理变力冲量，体现科学思维。通过安全气囊缓冲等生活现象解释，强化科学探究，典例涵盖恒力、变力问题，帮助学生深化物理观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第一章 动量 沪科版（2020）选择性必修 第一册 第2节 物体动量变化的原因 动量定理 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 冲量的概念、矢量性质和计算方法（恒力、变力两类）； 2. 动量定理的矢量表达式I合=Δp 及其物理意义。 1. 动量定理在变力、多力条件下的应用； 2. 灵活选取参考系、正方向并进行符号处理。 冲量 01 教学内容 动量定理 02 课堂导入——观察与思考 包装用的泡沫材料 苹果的包装泡沫网 摩托车帽里的衬垫 两个物体碰撞时，彼此间会受到力的作用，以上生活中的实例中，泡沫、衬垫起到了什么作用？一个物体动量的变化和它所受的力有怎样的关系呢？ 课堂导入——观察与思考 为了跳高运动的安全需要添置软垫 机器人落地也要弯曲双腿 运动物体落地时，为了保证安全基本都要采取缓冲动作 那动量是如何在缓冲中体现的呢？ 课堂导入——观察与思考 通过碰撞实验寻找相互作用中的守恒量时发现，碰撞前后两个物体动量的矢量和不变，但每个物体的动量都发生了变化。 单个物体动量发生变化的原因是什么？ 物体之间有相互作用力 物体之间有相互作用力 01 PART 01 第一部分 冲量 探究新知 7 探究新知——推导演算 例：质量为m的某物体在光滑水平面上运动，在与运动方向相同的恒力F的作用下，从t0到t（Δt=t-t0），速度由v0增加到vt，该过程中F与动量有什么关系？ 【分析】如图所示,物体的初动量为 p= mv,末动量为p′ = mv′ , 由加速度的定义式: 由牛顿第二定律F = ma = , 可得Ft= mv′ - mv ，即Ft= p′ - p 探究新知——冲量 １.定义：作用在物体上的力和作用时间的乘积，叫做该力对这个物体的冲量I，用公式表示为 I=Ft 2.单位：在国际单位制中，冲量的单位是牛·秒，符号是N·s 3.冲量是矢量：方向由力的方向决定，若为恒定方向的力，则冲量的方向跟这力的方向相同 4.冲量是过程量，反映了力对时间的积累效应 回想一下之前学习过的功，想想它与冲量有哪些异同？ 5.冲量与功的比较 冲量 功 区 别 公式 标、矢量 意义 正负 作用效果 单位 N·S I=Ft W=Fxcos θ 矢量 标量 N·m（J） 力对时间的积累, 对应一段时间 力对位移的积累, 对应一段位移 正负表示与正方向相同或相反 正负表示动力做功或阻力做功 改变物体的动量 改变物体的动能 探究新知——冲量 如果在一段时间内的作用力是一个变力，又该怎样求这个变力的冲量？ 将该段时间 无限分割 F t/s 4 3 2 1 0 2 4 6 10 8 t/s 4 3 2 1 0 2 4 6 10 8 F t/s 4 3 2 1 0 2 4 6 10 8 F 一段时间内的变力 近似认为物体在每一时段以受到某一恒力 一段时间内的变力的冲量 微分求和 由图可知F-t图线与时间轴之间所围的“面积”的大小表示对应时间t0内，力F0的冲量的大小。 微元法 探究新知——冲量 探究新知——冲量 （1）把碰撞过程细分为很多短暂过程，每个短暂过程中物体所受得力没有很大的变化，这样对于每个短暂过程就能够应用 Ft =Δp ，把应用于每个短暂过程的关系式相加，就得到整个过程的动量定理。在应用Ft =Δp处理变力问题时，式中F应该理解为变力在作用时间内的平均值。 （2）对于方向不变、大小随时间均匀变化的变力,冲量也可用I=F(t'-t)计算,但式中的F应为Δt时间内的平均力,即 探究新知——典例分析 D 探究新知——典例分析 探究新知——典例分析 AC 探究新知——典例分析 探究新知——典例分析 C 探究新知——典例分析 02 PART 02 第二部分 动量定理 探究新知 19 探究新知——动量定理 方案二：利用打点计时器测速 1.内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化，这就是动量定理。 2.表达式： 或 3.理解： (1)表明合外力的冲量是动量变化的原因； (2)动量定理是矢量式，合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同; （3）动量的变化率：动量的变化跟发生这一变化所用的时间的比值。由动量定理，得 ，可见，动量的变化率等于物体所受的合力。当动量变化较快时，物体所受合力较大，反之较小；当动量均匀变化时，物体所受合力为恒力。 探究新知——动量定理 4.动量定理的适用范围 (1)动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力，对于变力，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值； (2)动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题，还可以解决曲线运动中的有关问题，将较难的计算问题转化为较易的计算问题； (3)动量定理适用于宏观低速、微观现象和变速运动等问题。 动量定理的优点：不考虑中间过程，只考虑初末状态。 探究新知——典例分析 【例4】如图，用0.5 kg的铁锤钉钉子。锤击前铁锤的速度大小为4 m/s，锤击后铁锤的速度变为0，设锤击时间为0.01 s，g取10 m/s2。 (1)不计铁锤所受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？ (2)考虑铁锤所受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？ 探究新知——典例分析 【详解】（1）若不计铁锤所受的重力，设该钉子对铁锤的平均作用力大小为F，以向上为正方向，根据动量定理有FΔt=0-mv， 解得F=200 N。 由牛顿第三定律知铁锤钉钉子的平均作用力大小为200 N。 （2）若考虑铁锤所受的重力， 则有(F'-mg)Δt=0-mv， 解得F'=205 N。 由牛顿第三定律知铁锤钉钉子的平均作用力大小为205 N。 探究新知——典例分析 【拓展】请结合以上解析，说明在计算铁锤钉钉子的平均作用力时，在什么情况下可以不计铁锤所受的重力。 【答案】当打击时间很短时，可以不计铁锤所受的重力 探究新知——动量定理的应用步骤 1、确定研究对象：一般为单个物体； 4、选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化； 5、根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解。 2、明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量； 3、明确研究对象的初末状态及相应的动量； 探究新知——典例分析 探究新知——典例分析 探究新知——动量定理解释生活现象 跳高比赛 跳远比赛 悬挂轮胎的游船准备靠岸 这些场景中的垫子、沙坑、轮胎的缓冲为什么可以保护好人和船不受到太大力的作用？ 由Ft=Δp可知： △p一定，t长则F小 探究新知——动量定理解释生活现象 这些场景中为什么物体可以获得更大的作用力呢？ 锤子钉钉子 棒球比赛 高尔夫球比赛 由Ft=Δp可知： △p一定，t短则F大 探究新知——典例分析 B 探究新知——典例分析 课堂小结 冲量 动量定理的简单应用 内容：物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量。 F= F(-t)=或 I＝ 解释生活现象 定量计算 增大作用时间，减小作用力 合力的冲量 研究对象→明确过程，受力分析→初末状态，确定正方向→列动量定理方程 动量定理 冲量的计算 I=Ft 矢量，由力的方向决定 过程量，哪一个力在哪一段时间内的冲量 变力的冲量 课堂练习 B 　 课堂练习 A 　 课堂练习 课堂练习 D 　 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 课堂练习 布置作业 1.认真阅读课本本节内容，并完成课后“练习与应用”； 2.完成分层作业。 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 【例1】 （25-26高一下·重庆九龙坡·期末）如图所示，一物体静止在水平地面上，受到与水平方向成 角的恒力F作用时间t后，物体仍保持静止。下列说法正确的是（ 　 ） A．物体受到的拉力的冲量方向水平向右 B．物体受到的拉力的冲量大小为 C．物体所受的拉力冲量与摩擦力冲量的矢量和为0 D．物体受到的摩擦力做功为0，但摩擦力冲量不为0 【例2】（25-26高一下·湖北襄阳·期末）（多选）一质量为m的运动员托着质量为M的重物从下蹲状态（图甲）缓慢运动到站立状态（图乙），该过程重物和人的肩部相对位置不变，运动员保持乙状态站立 时间后再将重物缓慢向上举，至双臂伸直（图丙）。甲到乙、乙到丙过程重物上升高度分别为h1、h2，经历的时间分别为t1、t2，重力加速度为g，则（　　） A．地面对运动员的冲量大小为 B．地面对运动员做的功为 C．运动员对重物做的功为 D．运动员对重物的冲量大小为 1．（25-26高一下·四川泸州·期末）下列物理量的单位中，不能表示冲量单位的是（ 　 ） A． B． C． D． 2．如图甲所示为一摩天轮，某游客乘坐该摩天轮时，随手将质量为 的手机放在座舱内的水平桌面上，手机随摩天轮在竖直面内做速率为 的匀速圆周运动，简化模型如图乙所示，手机可视为质点且相对桌面始终保持静止。已知摩天轮运行周期为 ，重力加速度为 。摩天轮从最高点第一次运动到最低点的过程中，下列说法不正确的是（　　） A．手机所受合力冲量为0 B．手机所受摩擦力冲量大小为 C．手机所受重力冲量大小为 D．手机所受支持力冲量大小为 3．（25-26高一下·陕西西安·期中）魔术师经常会玩抽桌布的游戏，桌布在抽走时物品往往看似纹丝不动。某同学模仿该情境，把一支粉笔竖直放在水平桌面边缘的纸条上进行探究学习，第一次以较慢的速度将纸条抽出，粉笔向后倾倒；第二次以较快的速度将纸条抽出，粉笔轻微晃动一下又静立在桌面上。比较两次现象，下列说法正确的是（　　） A．第一次粉笔受到纸条的摩擦力更大 B．第二次粉笔受到纸条的摩擦力更大 C．第一次粉笔受到纸条的冲量更小 D．第二次粉笔受到纸条的冲量更小 4．（25-26高二下·广东广州·期末）如图（a），一个质量 的物块静止在水平面上，现用水平力 向右拉物块， 的大小随时间变化关系如图（b）。已知物块与水平面间的动摩擦因数 ， 取 ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力。求： (1) 内物块重力的冲量大小； (2)物块何时开始运动及 末物块的速度大小。 5．（25-26高二下·福建三明·期中）蹦床运动有“空中芭蕾”之称。某次蹦床比赛中，质量为m的运动员从最高点自由下落h后触碰蹦床，此后，经时间t运动员达到最低点。 (1)求运动员刚接触蹦床时的速度v大小； (2)求运动员从最高点到最低点全过程重力的总冲量大小； (3)若在时间t内蹦床给运动员的作用力始终竖直向上，求此段 时间内蹦床对运动员的平均作用力大小。 $