2024年高考物理第一轮复习课件:第六章 第1讲 动量 冲量 动量定理
展开【素养解读·评价要求】1.本章是高考常考内容,涉及的核心知识是动量定理、动量守恒定律的理解与应用,动量守恒与能量守恒的综合应用等。素养方面,重在落实理解常见的碰撞或反冲模型,同时,关注与实际生活和生产密切联系的问题,学会把实际问题模型化,学会应用数学知识处理物理问题的方法。
2.本章常用物理思想方法:物理模型法、图像法、微元法、分析推理法、数理结合法等。3.高考对本章的命题,题型既有选择题,又有实验题,还可能是计算题。计算题常与动力学和能量的知识相结合,具有较强的综合性,考查考生的分析综合能力,难度较大。
第1讲 动量 冲量 动量定理
[自主落实]一、动量1.定义:质量和____的乘积叫作物体的动量,通常用p来表示。2.表达式:p=__。3.单位:kg·m/s。4.标矢性:动量是矢量,其方向和____方向相同。
5.动量的变化(1)因为动量是矢量,动量的变化量Δp也是____,其方向与速度的改变量Δv的方向____。(2)动量的变化量Δp的大小,一般用末动量p′减去初动量p进行计算,也称为动量的增量,即Δp=________。二、动量定理1.冲量(1)定义:力与力的________的乘积叫作力的冲量。(2)表达式:I=______。
(3)单位:冲量的单位是____,符号是 ____ 。(4)方向:冲量是矢量,恒力冲量的方向与力的方向____。2.动量定理(1)内容:物体在一个过程中所受__的冲量等于它在这个过程始末的____变化量。(2)表达式:FΔt=Δp=p′-p。(3)矢量性:动量变化量的方向与____________的方向相同,可以在某一方向上用动量定理。
[自我诊断]一、判断题(1)两物体的动量相等,动能也一定相等。( )(2)动量变化的大小,不可能等于初末状态动量大小之和。( )(3)物体的动量变化量等于某个力的冲量。( )(4)物体沿水平面运动,重力不做功,重力的冲量也等于零。( )(5)物体的动量越大,则物体的惯性就越大。( )(6)物体所受的合外力的冲量方向与物体动量变化的方向是一致的。( )
二、选择题1.关于动量的概念,下列说法中正确的是( )A.动量大的物体惯性一定大B.动量大的物体运动一定快C.动量相同的物体运动方向一定相同D.动量相同的物体速度小的惯性小
解析:物体的动量是由速度和质量两个因素决定的,动量大的物体质量不一定大,惯性也不一定大,A错误;同样,动量大的物体速度也不一定大,B错误;动量相同指动量的大小和方向均相同,而动量的方向就是物体运动的方向,故动量相同的物体运动方向一定相同,C正确;动量相同的物体,速度小的质量大,惯性大,D错误。
2.质量为5 kg的小球以5 m/s的速度竖直落到地板上,随后以3 m/s的速度反向弹回,若取竖直向下的方向为正方向,则小球动量的变化为 ( )A.10 kg·m/s B.-10 kg·m/sC.40 kg·m/s D.-40 kg·m/s解析:动量的变化是末动量减去初动量,规定了竖直向下为正方向,则小球的初动量p1=mv1=25 kg·m/s,末动量p2=mv2= -15 kg·m/s,所以动量的变化Δp=p2-p1=-40 kg·m/s。
3.(2021·湖南卷)物体的运动状态可用位置x和动量p描述,称为相,对应p-x图像中的一个点。物体运动状态的变化可用p-x图像中的一条曲线来描述,称为相轨迹。假如一质点沿x轴正方向做初速度为零的匀加速直线运动,则对应的相轨迹可能是( )
4.(2020·全国Ⅰ卷)行驶中的汽车如果发生剧烈碰撞,车内的安全气囊会被弹出并瞬间充满气体。若碰撞后汽车的速度在很短时间内减小为零,关于安全气囊在此过程中的作用,下列说法正确的是( )A.增加了司机单位面积的受力大小B.减少了碰撞前后司机动量的变化量C.将司机的动能全部转换成汽车的动能D.延长了司机的受力时间并增大了司机的受力面积
解析:汽车剧烈碰撞瞬间,安全气囊弹出,立即跟司机身体接触。司机在很短时间内由运动到静止,动量的变化量是一定的,由于安全气囊的存在,作用时间变长,据动量定理Δp=FΔt知,司机所受作用力减小;又知安全气囊打开后,司机与物体的接触面积变大,因此减少了司机单位面积的受力大小;碰撞过程中,动能转化为内能。综上可知,选项D正确。
对动量、冲量的理解及计算
(2)作出F-t变化图线,图线与t轴所夹的面积即为变力的冲量,如图所示。(3)对于易确定始、末时刻动量的情况,可用动量定理求解,即通过求Δp间接求出冲量。
【例1】 (2022·广东七校联考)关于动量、冲量和动能,下列说法正确的是( )A.物体的动量越大,表明它受到的冲量越大B.物体的动量变化,其动能有可能不变C.物体受到合外力的冲量作用,则其动能一定变化D.物体动量变化的方向一定与初动量的方向在同一直线上
[解析] 根据动量定理可知,动量的改变量越大,冲量越大,动量和冲量无直接联系,故A错误;匀速圆周运动的速度方向时刻变化,但速度大小不变,所以动量变化,但动能不变,故B正确;匀速圆周运动的合外力的冲量不为零,但动能不变,故C错误;由公式Δp=p′-p可知,由于动量和动量变化量为矢量,遵循平行四边形定则,则物体动量变化的方向可能与初动量的方向不在同一直线上,故D错误。
【例2】 如图所示,一个物体在与水平方向成θ角的拉力F的作用下匀速前进了时间t,则( )A.拉力对物体的冲量大小为FtB.拉力对物体的冲量大小为Ftsin θC.摩擦力对物体的冲量大小为Ftsin θD.合力对物体的冲量大于零[解析] 拉力F对物体的冲量大小为Ft,故A项正确,B项错误;物体受到的摩擦力大小Ff=Fcs θ,所以摩擦力对物体的冲量大小为Fft=Ftcs θ,故C项错误;物体匀速运动,合力为零,所以合力对物体的冲量大小为零,故D项错误。
1.(动量变化量及功的计算)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,关于球的动量变化量Δp和合外力对小球做的功W,下列说法正确的是( )A.Δp=2 kg·m/s,W=-2 JB.Δp=-2 kg·m/s,W=2 JC.Δp=0.4 kg·m/s,W=-2 JD.Δp=-0.4 kg·m/s,W=2 J
2.(动量和功的计算)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Δt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为mg(t1+t2+Δt),地面对运动员做的功为0B.地面对运动员的冲量为(M+m)g(t1+t2),地面对运动员做的功为(M+m)g(h1+h2)C.运动员对重物的冲量为Mg(t1+t2+Δt),运动员对重物做的功为Mg(h1+h2)D.运动员对重物的冲量为Mg(t1+t2),运动员对重物做的功为0
解析:因运动员将重物缓慢上举,则可认为是平衡状态,地面对运动员的支持力大小等于(M+m)g,整个过程的时间为t1+t2+Δt,根据I=Ft可知地面对运动员的冲量为(M+m)g(t1+t2+Δt);因地面对运动员的支持力没有位移,可知地面对运动员做的功为0,选项A、B错误。运动员对重物的作用力大小等于Mg,作用时间为t1+t2+Δt,根据I=Ft可知运动员对重物的冲量为Mg(t1+t2+Δt),重物的位移为h1+h2,根据W=Flcs α可知运动员对重物做的功为Mg(h1+h2),选项C正确,D错误。
3. (利用F-t图像求冲量)(2022·广东深圳高三调研)如图所示,物体从t=0时刻开始由静止做直线运动,0~4 s内其合外力随时间变化的关系图线为正弦曲线。下列表述错误的是( )A.0~2 s内合外力的冲量一直增大B.0~4 s内合外力的冲量为零C.2 s末物体的动量方向发生变化D.0~4 s内物体动量的方向一直不变
解析:根据F-t图像中图线与t轴围成的面积表示冲量可知,在0~2 s内合外力的冲量一直增大,故A正确;0~4 s内合外力的冲量为零,故B正确;2 s末冲量方向发生变化,物体的动量开始减小,但方向不发生变化,0~4 s内物体动量的方向一直不变,故C错误,D正确。
1.理解动量定理的三个要点(1)应用动量定理时研究对象既可以是单一物体,也可以是系统,当为系统时不考虑内力的冲量。(2)求合力的冲量的方法有两种:一是先求合力,再求合力的冲量;二是求出每个力的冲量,再对冲量求和。(3)动量定理是矢量式,列方程之前先规定正方向。
对动量定理的理解及应用
2.用动量定理解释两种现象(1)Δp一定时,F的作用时间越短,力就越大;时间越长,力就越小。(2)F一定,此时力的作用时间越长,Δp就越大;力的作用时间越短,Δp就越小。分析问题时,要把哪个量一定,哪个量变化搞清楚。3.动量定理的两个重要应用(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量Δp,等效代换为力的冲量I。(2)应用Δp=FΔt求动量的变化量例如,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,等效代换为动量的变化量。
【例3】 如图所示,篮球运动员接传来的篮球时,通常要先伸出两臂迎接,手接触到球后,两臂随球迅速引至胸前。这样做可以( )A.减小球对手冲量的大小B.减小球对手作用力的大小C.减小球的动量变化量的大小D.减小球对手的作用时间
【例4】 高空坠物极易对行人造成伤害。若一个50 g的鸡蛋从一居民楼的25层坠下,与地面的碰撞时间约为2 ms,则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为( )A.10 N B.102 NC.103 N D.104 N
用动量定理解题的基本思路
4.(动量定理与图像结合)一质量为2 kg的物块在合外力F的作用下从静止开始沿直线运动。F随时间t变化的图线如图所示,则( )A.t=1 s时物块的速率为2 m/sB.t=2 s时物块的动量大小为4 kg·m/sC.t=3 s时物块的动量大小为5 kg·m/sD.t=4 s时物块的速度为零
5.(动量定理和动能定理的综合应用)(2021·全国乙卷改编)水平桌面上,一质量为m的物体在水平恒力F拉动下从静止开始运动。物体通过的路程等于s0时,速度的大小为v0,此时撤去F,物体继续滑行2s0的路程后停止运动。重力加速度大小为g,则( )
6.(应用动量定理解决多过程问题)一个质量为m=100 g的小球从离厚软垫h=0.8 m高处自由下落,落到厚软垫上,若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了t=0.2 s,不计空气阻力,则在这段时间内,软垫对小球的冲量是多少?(取g=10 m/s2)
mg(t1+t)+I=0,解得I=-0.6 N·s。负号表示软垫对小球的冲量方向和规定的正方向相反,方向竖直向上。答案:0.6 N·s
7.航天器离子发动机原理如图所示,首先电子枪发射出的高速电子将中性推进剂离子化(即电离出正离子),正离子被正、负极栅板间的电场加速后从喷口喷出,从而使航天器获得推进或调整姿态的反冲力。已知单个正离子的质量为m,电荷量为q,正、负栅板间加速电压为U,从喷口喷出的正离子所形成的电流为I。忽略离子间的相互作用力及离子喷射对航天器质量的影响。该发动机产生的平均推力F的大小为( )
8.(2021·福建卷)福建属于台风频发地区,各类户外设施建设都要考虑台风影响。已知10级台风的风速范围为24.5 m/s~28.4 m/s,16级台风的风速范围为51.0 m/s~56.0 m/s。若台风迎面垂直吹向一固定的交通标志牌,则16级台风对该交通标志牌的作用力大小约为10级台风的( )A.2倍 B.4倍C.8倍 D.16倍
9.(2022·江苏苏州模拟)“打夯”是人们抬起重物(夯)将松散的地面夯实的传统方式。现有四人站在地面通过四根绳子同时对一重物施加拉力,使其竖直上升,上升过程中各拉力的方向始终都与竖直方向成37°夹角(如图所示),大小均保持400 N不变。重物离开地面40 cm后撤去拉力,落地后撞击地面的时间为0.01 s。已知重物的质量为100 kg,重力加速度g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cs 37°=0.8,不计空气阻力。求:
(1)撤去拉力前,重物上升时的加速度大小;(2)重物落地前瞬间的速度大小;(3)重物撞击地面的平均冲力大小。
答案:(1)2.8 m/s2 (2)3.2 m/s (3)3.3×104 N
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