16-专题：动量定理的应用(学生版)
16-专题：动量定理的应用
1.关于动量、动量定理,下列说法正确的是 ( )
A.一个物体的运动状态变化,它的动量一定改变
B.动量的方向与动量变化方向始终一致
C.合外力的冲量不为零时,动量的大小一定发生变化
D.物体的动量变化越快,则物体所受的力越大
2.关于冲量，下列说法正确的是 ( )
A.冲量是矢量，也是状态量
B.冲量与速度方向相同，与动量变化率的方向也相同
C.力的冲量越大,力对物体做功越多
D.冲量仅由力和时间两个因素决定，具有绝对性
3．如图所示，把重物G 压在纸带上，用一水平力缓慢拉动纸带，用另一水平力快速拉动纸带，纸带都被从重物下面抽出，对这两个过程，下面的解释正确的是( )
A ．缓慢拉动纸带时，纸带对重物的摩擦力大
B ．快速拉动纸带时，纸带对重物的摩擦力小
C ．缓慢拉动纸带时，纸带给重物的冲量大
D ．快速拉动纸带时，纸带给重物的冲量小
4.关于动量和动能，下列说法中正确的是( )
A ．质量大的物体，动量一定大
B ．速度大的物体，动量一定大
C ．两物体的质量与其速度大小的乘积相同，两物体的动量一定相同
D ．两物体的动能相同，它们的动量可能不同
5.质量为200kg 的铁锤从5m 高处落下，打在水泥桩上，与水泥桩撞击0.05s 后停在桩上。取重力加速度210m/s g =，则撞击时铁锤对桩的平均作用力为（）
A ．44.010N ?
B ．44.210N ?
C ．43.810N ?
D ．48.410N ?
6.A 、B 两物体沿同一直线分别在力A F 、B F 作用下运动，右图表示它们的动量p
中所示的时间内，A 、B 两物体所受的冲量的大小分别为A I 、
B I ，那么（）
A ．A F >
B F ，方向相反B ．A F >B F ，方向相同
C ．A I >B I ，方向相同
D ．A I
7.如下图，在地面上固定一个质量为M 的竖直木杆，一个质量为m 的人以加速度a 沿杆匀加速向上爬，经时间t ，速度由零增加到v ，在上述过程中，地面对木杆的支持力的冲量为（）
A ．t ma)mg (Mg -+
B ．v m)(M +
C ．t ma)mg (Mg ++
D . v m
8．关于一对作用力与反作用力在作用过程中的总功W 和总冲量I ，下列说法中正确的是（）
A ．W 一定等于零，I 可能不等于零
B ．W 可能不等于零，I 一定等于零
C ．W 和I 一定都等于零
D ．W 和I 可能都不等于零
9.以速率v 1飞来的网球，被球拍击中以速率v 2反向飞出，这时网球的动能变化了△E ，则动量大小的变化为( )
A ．
212v v E +? B ．122v v E -? C ．21222v v E +? D ．21
222v v E -?
10．如图所示，ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、d位于同一圆
周，a点为圆周的最高点，d为圆周的最低点．每根杆上都套着一个质量相同的小滑环
(图中未画出)，三个滑环分别a、b、c处释放(初速度为零)，关于它们下滑的过程，
下列说法中正确的是( )
A．重力对它们的冲量相同B．弹力对它们的冲量相同
C．合外力对它们的冲量相同D．它们的动能增量相同
11．一质量为100g的小球从0.80m高处自由下落到一厚软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.20s，则这段时间内软垫对小球的冲量为(取g＝10m/s2，不计空气阻力) ( )
A．0.2N·s B．0.4N·s C．0.6N·s D．0.8N·s
12．质量分别为m1、m2的两个物体(m1>m2)，在光滑的水平面上沿同方向运动，具有相同的初动能．与运动方向相同的水平力F分别作用在这两个物体上，经过相同的时间后，两个物体的动量和动能的大小分别为p1、p2和E1、E2，比较它们的大小，有( )
A．p1>p2和E1>E2B．p1>p2和E1 C．p1 13．如图所示，竖直环A半径为r，固定在木板B上，木板B放在水平地面上，B的左右两侧各有一挡板固定在地上，B不能左右运动，在环的最低点静置一小球C，A、B、C的质量均为m.给小球一水平向右的瞬时冲量I，小球会在环内侧做圆周运动，为保证小球能通过环的最高点，且不会使环在竖直方向上跳起， 瞬时冲量必须满足( ) A．最小值B．最小值 C．最大值D．最大值 14．一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经Δt时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v.在此过程中( ) A．地面对他的冲量为mgΔt B．地面对他的冲量为mv＋mgΔt C．地面对他的冲量为mv D．地面对他的冲量为mv－mgΔt 15．如图甲所示，用水平向右的力F拉放在光滑水平地面上、质量为500kg的物体，作用时间20s，使物体获得0.5m/s的速度．若力F大小的变化为：前15s从零开始随时间均匀增大，后5s均匀减小为零，如 图乙所示，求： (1)力F对物体的冲量； (2)力F的最大值． 16．质量为m的物体静止在足够大的水平面上，物体与桌面间的动摩擦因数为μ，有一水平恒力F作用于物体上使之加速前进，经t1时间后去掉此恒力，求物体运动的总时间t. 第8章 动量定理及其应用 8－1 计算下列图示情况下系统的动量。 (1) 已知OA ＝AB ＝l ，θ＝45°，ω为常量，均质连杆AB 的质量为m ，而曲柄OA 和滑块B 的质量不计（图a ）。 (2) 质量均为m 的均质细杆AB 、BC 和均质圆盘CD 用铰链联结在一起并支承如图。已知AB = BC = CD = 2R ，图示瞬时A 、B 、C 处于同一水平直线位置，而CD 铅直，AB 杆以角速度ω转动（图b ）。 (3) 图示小球M 质量为m 1，固结在长为l 、质量为m 2的均质细杆OM 上，杆的一 端O 铰接在不计质量且以速度v 运动的小车上，杆OM 以角速度ω绕O 轴转动（图c ）。 解：（1）p = mv C = ωml 2 5 ，方向同C v （解图（a ） ）； （2）p = mv C 1 + mv C 2 = mv B = 2Rm ω，方向同B v ，垂直AC （解图（b ））； （3）j i p )60sin 2 60sin ()]60cos 2()60cos ([2121?+?+?-+?-=ωωωωl m l m l v m l v m j i 4 23]42)[(2 12121m m l l m m v m m +++- +=ωω（解图（c ） ）。 8－2 图示机构中，已知均质杆AB 质量为m ，长为l ；均质杆BC 质量为4m ，长为2l 。图示瞬时AB 杆的角速度为ω，求此时系统的动量。 解：杆BC 瞬时平移，其速度为v B ω ωωml ml l m p p p BC AB 29 42=+=+= 方向同v B 。 习题8-1解图 (a) (b) (c) 习题8-1图 v (a) (b) (c) C 习题8－2解图 电磁感应中动量定理的运用 动量定律I ＝?P 。 设想在某一回路中，一部分导体仅在安培力作用下运动时，安培力F 为变力，但其冲量可用它对时间的平均值进行计算，即I ＝F t ?， 而F ＝B I L （I 为电流对时间的平均值） 故有：B I L t ?=mv 2－mv 1 . 而I t=q ,故有q=BL mv 12mv - 理论上电量的求法：q=I ?t 。 这种方法的依据是电流的定义式I=q/t 该式的研究对象是通电导体的某一截面，若在t 时间内流过该截面的电量为q ，则流过该切面的电流为I ＝q/t ，显然，这个电流应为对时间的平均值，因此该式应写为I = q/t ，变形后可以得q ＝I t ，这个关系式具有一般性，亦即无论流经导体的电流是恒定的还是变化的，只要电流用这段时间内的平均值代入，该式都适用，而平均电流的求解，在电磁感应问题中最为常见的思路为：对某一回路来说，据法拉第电磁感应定律，得E=t ??φ，显然该感应电动势也为对其时间的平均值，再由I ＝R E （R 为回路中的总电阻）可以得到I ＝ t R ??φ。 综上可得q ＝R φ?。若B 不变，则q ＝R φ?＝R s B ? 电量q 与安培力的冲量之间有什么联系？可用下面的框图来说明。 从以上框图可见，这些物理量之间的关系可能会出现以下三种题型： 第一：方法Ⅰ中相关物理量的关系。 第二：方法Ⅱ中相关物理量的关系。 第三：就是以电量作为桥梁，直接把上面框图中左右两边的物理量联系起来，如把导体 棒的位移和速度联系起来，但由于这类问题导体棒的运动一般都不是匀变速直线运动，无法使用匀变速直线运动的运动学公式进行求解，所以这种方法就显得十分巧妙。这种题型难度最大。 2在解题中强化应用意识，提高驾驭能力 由于这些物理量之间的关系比较复杂，只能从理论上把握上述关系还不够，还必须通过典型问题来培养学生的应用能力，达到熟练驾驭的目的。请看以下几例：（1）如图1所示，半径为r的两半圆形光滑金属导轨并列竖直放置，在轨道左侧上方MN间接有阻值为R0的电阻，整个轨道处在竖直向下的磁感应 强度为B的匀强磁场中，两轨道间距为L，一电阻也为R0质量 为m的金属棒ab从MN处由静止释放经时间t到达轨道最低点 cd时的速度为v，不计摩擦。求： （1）棒从ab到cd过程中通过棒的电量。 （2）棒在cd处的加速度。 分析与解 有的同学据题目的已知条件，不假思索的就选用动量定理，对该过程列式如下： mgt－B I Lt=mv －0显然该式有两处错误：其一是在分析棒的受力时，漏掉了轨道对 棒的弹力N，从而在使用动量定理时漏掉了弹力的冲量I N；其二是即便考虑了I N，这种解法也是错误的，因为动量定理的表达式是一个矢量式，三个力的冲量不在同一直线上，而且IN的方向还不断变化，故 我们无法使用I=Ft来求冲量，亦即无法使用前面所提到的方法二。 为此，本题的正确解法是应用前面提到的方法一，具体解答如下： 对应于该闭合回路应用以下公式： (2)如图2所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的 匀强磁场分布在宽度为L的区域内，现有一个边长为 a（a﹤L）的正方形闭合线圈以初速度v0垂直磁场边 界滑过磁场后，速度为v(v﹤v0)，那么线圈 A.完全进入磁场中时的速度大于（v0+v）/2 B.完全进入磁场中时的速度等于（v0+v）/2 C.完全进入磁场中时的速度小于（v0+v）/2 D.以上情况均有可能 分析与解 这是一道物理过程很直观的问题，可分为三个阶段：进入和离开磁场过程中均为加速度不断减少的减速运动，完全进入磁场后即作匀速直线运动，那么这三个过程的速度之间的关系如何呢？乍看好象无从下手，但对照上面的理论分析，可知它属于第三类问题。首先，由于进入磁场和离开磁场两段过程中，穿过线圈回路的磁通量变化量Δφ相同，故有q0=q=Δφ/R；其次，对线框应用动量定理，设线框完全进入磁场后的速度为v′，则有： 1 / 5 2021届高三物理一轮复习力学动量动量定理的表述及应用专题练习 一、填空题 1．火箭每秒钟喷出质量为600kg 的燃气，气体喷出时相对火箭的速度为800m/s ，则火箭受到的推力为______ N ；20s 内火箭动量的增量为______ kg m/s ?． 2．2010年，日本发射了光帆飞船伊卡洛斯号造访金星，它利用太阳光的光压修正轨道，节约了燃料．伊卡洛斯号的光帆大约是一个边长为a 的正方形聚酰亚胺薄膜，它可以反射太阳光．已知太阳发光的总功率是P 0，伊卡洛斯号到太阳的距离为r ，光速为c ．假设伊卡洛斯号正对太阳，并且80%反射太阳光，那么伊卡洛斯号受到的太阳光推力大小F=________________．（已知光具有波粒二象性，频率为ν的光子，其能量表达式为ε=hν，动量表达式p=h/λ ) 3．质量 m ＝0.6 kg 的篮球从距地板 H ＝0.8 m 高处由静止释放，与水平地板撞击后反弹上升的最大高度 h ＝0.45 m ，从释放到弹跳至 h 高处经历的时间 t ＝1.1 s ，忽略空气阻力，重力加速度 g 取 10 m/s 2，则篮球对地板的平均撞击力大小_________________N 4．质量为0.5 kg 的小球沿光滑水平面以5 m/s 的速度冲向墙壁后又以4 m/s 的速度反向弹回，如图所示，则碰撞前的动量大小为________kg m/s ?．若球与墙的作用时间为0.05 s ，则小球所受到的平均力大小为________ N. 5．两物体的质量为1m 和2m ，他们分别在恒力1F 和2F 的作用下由静止开始运动，经相同的位移，动量的增加量相同，则两恒力的比值12:F F =________。 6．质量为0.1kg 的球竖直向下以10m/s 的速度落至水平地面，再以5m/s 的速度反向弹回。取竖直向下为正方向，重力加速度g =10m/s 2，在小球与地面接触的时间内，合外力对小球的冲量I=______N ?s ，合外力对小球做功为W=________J. 7．质量为1kg 的小球从离地面5m 高处自由落下，碰地后反弹的高度为0.8m ，碰地的时间为0.05s.设竖直向上速度为正方向，则碰撞过程中，小球动量的增量为______kg·m/s ，小球对地的平均作用力为______，方向______ 8．一质量为1kg 的小球从0.8m 高的地方自由下落到一个软垫上，若从小球接触软垫到下陷至最低点经历 动量定理在电磁感应中的应用 例1.如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分布在宽为L的区域内，有一个边长为a（a 滑动，先固定a释放b，当b速度达到10m/s时，再释放a，经过1s 时间 a的速度达到12m/s，则（） A.当va=12m/s时,vb=18m/s B. 当va=12m/s时,vb=22m/s C.若导轨很长，它们最终的速度必相同 D.它们最终速度不相同，但速度差恒定 （2003年全国理综卷）如图5所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B=0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l=0.20m。两根质量均为m=0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R=0.50Ω。在t=0时刻，两杆都处于静止状态。现有一与导轨平行、大小为0.20N的恒力F作用于金属杆甲上，使金属杆在导轨上滑动。经过t=5.0s，金属杆甲的加速度为a=1.37m/s2，问此时两金属杆的速度各为多少？ 动量定理的应用 1. 用动量定理解决碰击问题 在碰撞、打击过程中的相互作用力，一般是变力，用牛顿运动定律很难解决，用动量定理分析则方便得多，这时求出的力应理解为作用时间t内的平均力动量定理的应用。 例1. 蹦床是运动员在一张绷紧的弹性网上蹦跳、翻滚并做各种空中动作的运动项目。一个质量为60kg的运动员，从离水平网面3.2m高处自由落下，着网后沿竖直方向蹦回到离水平网面1.8m高处。已知运动员与网接触的时间为1.4s。试求网对运动员的平均冲击力。（取动量定理的应用） 解析：将运动员看成质量为m的质点，从高动量定理的应用处下落，刚接触网时速度的大小 动量定理的应用，（向下）………………① 弹跳后到达的高度为动量定理的应用，刚离网时速度的大小 动量定理的应用，（向上）………………② 接触过程中运动员受到向下的重力动量定理的应用和网对其向上的弹力F。选取竖直向上为正方向，由动量定理得： 动量定理的应用………………③ 由以上三式解得：动量定理的应用 代入数值得：动量定理的应用 2. 动量定理的应用可扩展到全过程 当几个力不同时作用时，合冲量可理解为各个外力冲量的矢量和。对物体运动的全过程应用动量定理可“一网打尽”，干净利索。 例2. 用全过程法再解析例1 运动员自由下落的时间 动量定理的应用 被网弹回做竖直上抛，上升的时间 动量定理的应用 与网接触时间为动量定理的应用。选取向下为正方向，对全过程应用动量定理得： 动量定理的应用 则动量定理的应用 3. 用动量定理解决曲线问题 动量定理的应用范围非常广泛，不论力是否恒定，运动轨迹是直线还是曲线，动量定理的应用总成立。注意动量定理的表达公式是矢量关系，动量定理的应用两矢量的大小总是相等，方向总相同。 例3. 以初速动量定理的应用水平抛出一个质量动量定理的应用的物体，试求在抛出后的第2秒内物体动量的变化。已知物体未落地，不计空气阻力，取动量定理的应用。 三动量定理的应用姓名 一、选择题（每小题中至少有一个选项是正确的） 1、在下列各种运动中，任何相等的时间内物体动量的增量总是相同的有（） A、匀加速直线运动 B、平抛运动 C、匀减速直线运动 D、匀速圆周运动 2、质量为5 kg 的物体，原来以v=5 m/s 的速度做匀速直线运动，现受到跟运动方向相同的冲量15 N·s的作用，历时4 s，物体的动量大小变为 ( ) A.80 kg·m/s B.160 kg·m/s C.40 kg·m/s D.10 kg·m/s 3、用力拉纸带，纸带将会从重物下抽出，解释这些现象的正确说法是： （） A、在缓慢拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力大； B、在迅速拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力小； C、在缓慢拉动纸带时，纸带给重物的冲量大； D、在迅速拉动纸带时，纸带给重物的冲量小． 4、从同一高度的平台上，抛出三个完全相同的小球，甲球竖直上抛，乙球竖直下抛，丙球平抛．三球落地时的速率相同，若不计空气阻力，则（） A、抛出时三球动量不是都相同，甲、乙动量相同，并均不小于丙的动量 B、落地时三球的动量相同 C、从抛出到落地过程，三球受到的冲量都不同 D、从抛出到落地过程，三球受到的冲量不都相同 5、若质量为m 的小球从h 高度自由落下，与地面碰撞时间为，地面对小球的平均作用力大小为 F，则在碰撞过程中（取向上的方向为正）对小球来说 （） A、重力的冲量为 B、地面对小球的冲量为 C、合力的冲量为 D、合力的冲量为 6、一物体竖直向上抛出，从开始抛出到落回抛出点所经历的时间是 t,上升的最大高度是 H，所受空气阻力大小恒为 F,则在时间 t 内 A.物体受重力的冲量为零 B.在上升过程中空气阻力对物体的冲量比下降过程中的冲量小 C.物体动量的增量大于抛出时的动量 D.物体机械能的减小量等于 FH 7.恒力 F 作用在质量为 m 的物体上，如图 8—1 所示，由于地面对物 图8—1 体的摩擦力较大，没有被拉动，则经时间 t，下列说法正确的是 A.拉力F 对物体的冲量大小为零 B.拉力F 对物体的冲量大小为Ft C.拉力F 对物体的冲量大小是Ftcosθ D.合力对物体的冲量大小为零 *8、物体在恒定的合力 F 作用下作直线运动，在时间Δt1内速度由 0 增大到 v，在时间Δt2内速度由 v 增大到 2v。设 F 在Δt1内做的功 W1，冲量是 I1；在Δt2内做 动量定理的应用(2)·典型例题解析 【例1】 500g 的足球从1.8m 的高处自由下落碰地后能弹回到1.25m 高，不计空气阻力，这一过程经历的时间为1.2s ，g 取10m/s 2，求足球对地面的作用力． 解析：对足球与地面相互作用的过程应用动量定理，取竖直向下为 正，有－Δ＝′－其中Δ＝－－＝－×－×＝－－＝，′＝－＝－××＝(mg N)t mv mv t 1.2 1.21.20.60.50.1(s)v 2gh 210 1.2522221810 21251012h g h g .. －，＝＝××＝，解得足球受到向上的 弹力＝＇＋＝＋×＝＋＝5(m /s)v 2gh 210 1.86(m /s)N mg 0.51055560(N)1v v v t ().(). -+?056501 由牛顿第三定律得足球对地面的作用力大小为60N ，方向向下． 点拨：本例也可以对足球从开始下落至弹跳到最高点的整个过程应用动量定理：mgt 总－N Δt ＝0－0，这样处理更为简便． 从解题过程可看出，当Δt 很短时，N 与mg 相比较显得很大，这时可略去重力． 【例2】如图51－1所示，在光滑的水平面上有两块前后并排且靠在一起的木块A 和B ，它们的质量分别为m 1和m 2，今有一颗子弹水平射向A 木块，已知子弹依次穿过A 、B 所用的时间分别是Δt 1和Δt 2，设子弹所受木块的阻力恒为f ，试求子弹穿过两木块后，两木块的速度各为多少？ 解析：取向右为正，子弹穿过A 的过程，以A 和B 作为一个整体， 由动量定理得＝＋，＝，此后，物体就以向右匀速运动，接着子弹要穿透物体． f t (m m )v v A v B 112A A A ??f t m m 1 12+ 子弹穿过B 的过程，对B 应用动量定理得f Δt 2＝m 2v B －m 2v A ， 解得子弹穿出后的运动速度＝＋．B B v B f t m m f t m ??11222 + 点拨：子弹穿过A 的过程中，如果只将A 作为研究对象，A 所受的冲量 [高考命题解读] 分析 年份 高考(全国卷)四年命题情况对照分析 1.考查方式 从前几年命题规律来 看，应用碰撞或反冲运 动模型，以计算题的形 式考查动量和能量观 点的综合应用. 2.命题趋势 由于动量守恒定律作 为必考内容，因此综合 应用动量和能量观点 解决碰撞模型问题将 仍是今后命题的热点， 既可以将动量与力学 知识结合，也可将动量 和电学知识结合，作为 理综试卷压轴计算题 进行命题. 题号命题点 2014年 Ⅰ卷35题 第(2)问计算题，考查了两物体的瞬时碰撞， 应用动量和能量观点解决问题 Ⅱ卷35题 第(2)问计算题，考查了对碰撞问题的理解， 应用动量和动量守恒定律解决问题 2015年 Ⅰ卷35题 第(2)问计算题，考查了三物体的瞬时碰撞， 应用动量和能量观点解决问题 Ⅱ卷35题同2014年Ⅰ卷35题 2016年 Ⅰ卷35题第(2)问计算题，考查了动量定理的应用 Ⅱ卷35题 第(2)问计算题，考查了应用动量守恒定律 和能量观点解决三物体碰撞问题 Ⅲ卷35题同2014年Ⅰ卷35题 2017年 Ⅰ卷14题考查动量守恒定律的应用 Ⅱ卷15题考查动量守恒定律的应用 Ⅲ卷20题考查动量定理的应用 第1讲动量定理及应用 一、动量、动量变化、冲量 1.动量 (1)定义：物体的质量与速度的乘积. (2)表达式：p＝m v. (3)方向：动量的方向与速度的方向相同. 2.动量的变化 (1)因为动量是矢量，动量的变化量Δp也是矢量，其方向与速度的改变量Δv的方向相同. (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＝p′－p. 3.冲量 (1)定义：力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量. (2)公式：I＝Ft. (3)单位：N·s. (4)方向：冲量是矢量，其方向与力的方向相同. 自测1下列说法正确的是() A.速度大的物体，它的动量一定也大 B.动量大的物体，它的速度一定也大 C.只要物体的运动速度大小不变，物体的动量就保持不变 D.物体的动量变化越大，则该物体的速度变化一定越大 答案 D 二、动量定理 1.内容：物体在一个运动过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合力的冲量. 2.公式：m v′－m v＝F(t′－t)或p′－p＝I. 3.动量定理的理解 (1)动量定理反映了力的冲量与动量变化量之间的因果关系，即外力的冲量是原因，物体的动量变化量是结果. (2)动量定理中的冲量是合力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，可以是各力冲量的矢量和，也可以是外力在不同阶段冲量的矢量和. (3)动量定理表达式是矢量式，等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义. 自测2(多选)质量为m的物体以初速度v 0开始做平抛运动，经过时间t，下降的高度为h，速度变为v，在这段时间内物体动量变化量的大小为() A.m(v－v0) B.mgt C.m v2－v02 D.m2gh 答案BCD 动量和动量定理的应用 知识点一——冲量（I ） 要点诠释： 1. 定义：力F 和作用时间的乘积，叫做力的冲量。 2. 公式： 3. 单位： 4. 方向：冲量是矢量，方向是由力F 的方向决定。 5. 注意： ①冲量是过程量，求冲量时一定要明确是哪一个力在哪一段时间内的冲量。 ②用公式求冲量，该力只能是恒力 1. 推导： 设一个质量为的物体，初速度为，在合力 F 的作用下，经过一段时间，速度变为 则物体的加速度 由牛顿第二定律 2. 动量定理：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。 3. 公式：或 4. 注意事项： ②式中F 是指包含重力在内的合外力，可以是恒力也可以是变力。当合外力是变力时，F 应该是合外力在这段时间内的平均值； ③研究对象是单个物体或者系统； 规律方法指导 1. 动量定理和牛顿第二定律的比较 （1 ）动量定理反映的是力在时间上的积累效应的规律，而牛顿第二定律反映的是力的瞬时效应的规律 （2 ）由动量定理得到的，可以理解为牛顿第二定律的另一种表达形式，即：物体所受的合外力等于物体动量的变化率。 （3 ）在解决碰撞、打击类问题时，由于力的变化规律较复杂，用动量定理处理这类问题更有其优越性。 4. 应用动量定理解题的步骤 ①选取研究对象； ②确定所研究的物理过程及其始末状态； ③分析研究对象在所研究的物理过程中的受力情况； ④规定正方向，根据动量定理列式； ⑤解方程，统一单位，求得结果。 经典例题透析 类型一——对基本概念的理解 1. 关于冲量，下列说法中正确的是（） A. 冲量是物体动量变化的原因 B. 作用在静止的物体上力的冲量一定为零 C. 动量越大的物体受到的冲量越大 D. 冲量的方向就是物体受力的方向 思路点拨：此题考察的主要是对概念的理解 解析：力作用一段时间便有了冲量，而力作用一段时间后物体的运动状态发生了变化，物体的动量也发生了变化，因此说冲量使物体的动量发生了变化， A 对； 只要有力作用在物体上，经历一段时间，这个力便有了冲量，与物体处于什么状态无关，B 错误；物体所受冲量大小与动量大小无关， C 错误；冲量是一个过程量，只有在某一过程中力的方向不变时，冲量的方向才与力的方向相同，故 D 错误。 答案：A 【变式】关于冲量和动量，下列说法中错误的是（） A. 冲量是反映力和作用时间积累效果的物理量 B. 冲量是描述运动状态的物理 量 C. 冲量是物体动量变化的原因 D. 冲量的方向与动量的方向一致 答案：BD 点拨：冲量是过程量；冲量的方向与动量变化的方向一致。故BD 错误。 类型二——用动量定理解释两类现象 2. 玻璃杯从同一高度自由落下，落到硬水泥地板上易碎，而落到松软的地毯上不 易碎。这是为什么？ 解释：玻璃杯易碎与否取决于落地时与地面间相互作用力的大小。由动量定理可知，此作用力的大小又与地面作用时的动量变化和作用时间有关。 因为杯子是从同一高度落下，故动量变化相同。但杯子与地毯的作用时间远比杯子与水泥地面的作用时间长，所以地毯对杯子的作用力远比水泥地面对杯子的作用力小。所以玻璃杯从同一高度自由落下，落到硬水泥地板上易碎，而落到松软的地毯上不易碎。 ３. 如图，把重物压在纸带上，用一水平力缓缓拉动纸带，重物跟着一起运动，若迅速拉动纸带，纸带将会从重物下面抽出，解释这些现象的正确说法是（） A. 在缓慢拉动纸带时，重物和纸带间的摩擦力大 培优点十一动量和冲量、动量定理及其应用 一、考点分析 1．本部分内容改为必考后，一般是以较容易或中等难度的选择题或计算题出现，可单独考查，也可和动量守恒定律综合考查。 2．注意要点： (1)注意动量的矢量性及动量变化量的矢量性；(2)动量定理Ft＝p′－p中“Ft”为合外力的冲量。 二、考题再现 典例1.(2019?全国I卷?16)最近，我国为“长征九号”研制的大推力新型火箭发动机联试成功，这标志着我国重型运载火箭的研发取得突破性进展。若某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s，产生的推力约为4.8×106 N，则它在1 s时间内喷射的气体质量约为( ) A．1.6×102 kg B．1.6×103 kg C．1.6×105 kg D．1.6×106 kg 典例2.(2018?全国II卷?15)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，与地面的撞击时间约为2 ms，则该鸡蛋对地面产生的冲击力约为( ) A. 10 N B. 102 N C. 103 N D. 104 N 三、对点速练 1．两个物体具有相同的动量，则它们一定具有( ) A．相同的速度B．相同的质量 C．相同的运动方向D．相同的加速度 2．2018年3月22日，一架中国国际航空CA03客机，从天津飞抵香港途中遭遇鸟击，飞机头部被撞穿约 一平方米的大洞，雷达罩被击穿，所幸客机及时安全着陆，无人受伤。若飞机飞行的速度为150 m/s，小鸟在空中的飞行速度非常小，与飞机的速度相比可忽略不计。已知小鸟的质量约为0.4 kg，小鸟与飞机的碰撞时间为6.0×10-4 s。则飞机受到小鸟对它的平均作用力的大小约为( ) A．108 N B．105 N C．103 N D．102 N 3．用水平力F拉一物体，使物体在水平地面上由静止开始做匀加速直线运动，t1时刻撤去拉力F，物体做匀减速直线运动，到t2时刻停止。其速度—时间图象如图所示，且α＞β，若拉力F做的功为W1，冲量大小 为I1；物体克服摩擦阻力F f做的功为W2，冲量大小为I2。则下列选项正确的是( ) A．W1＞W2；I1＞I2B．W1＜W2；I1＞I2 C．W1＜W2；I1＜I2D．W1＝W2；I1＝I2 4．质量为1 kg的物体静止在水平面上，t＝0时受到水平拉力F的作用开始运动，F随时间t变化的关系图象如图所示。已知t＝4 s时物体刚好停止运动，取g＝10 m/s2，以下判断正确的是( ) A．物体所受摩擦力为3 N B．t＝2 s时物体的速度最大 C．t＝3 s时物体的动量最大 D．物体的最大动能为2 J 5．某人站在与电脑连接的力传感器上做原地纵向摸高训练，图甲是他做下蹲、起跳和回落动作的示意图，图中的小黑点表示人的重心。图乙是电脑上显示的力传感器所受压力随时间变化的图象，已知重力加速度g ＝10 m/s2，空气阻力不计，则根据图象分析可知( ) [高考命题解读] 第1讲动量定理及应用 一、动量、动量变化、冲量 1.动量 (1)定义：物体的质量与速度的乘积. (2)表达式：p＝mv. (3)方向：动量的方向与速度的方向相同. 2.动量的变化 (1)因为动量是矢量，动量的变化量Δp也是矢量，其方向与速度的改变量Δv的方向相同. (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＝p′－p. 3.冲量 (1)定义：力与力的作用时间的乘积叫做力的冲量. (2)公式：I＝Ft. (3)单位：N·s. (4)方向：冲量是矢量，其方向与力的方向相同. 自测1 下列说法正确的是( ) A.速度大的物体，它的动量一定也大 B.动量大的物体，它的速度一定也大 C.只要物体的运动速度大小不变，物体的动量就保持不变 D.物体的动量变化越大，则该物体的速度变化一定越大 答案D 二、动量定理 1.内容：物体在一个运动过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受合力的冲量. 2.公式：mv′－mv＝F(t′－t)或p′－p＝I. 3.动量定理的理解 (1)动量定理反映了力的冲量与动量变化量之间的因果关系，即外力的冲量是原因，物体的动量变化量是结果. (2)动量定理中的冲量是合力的冲量，而不是某一个力的冲量，它可以是合力的冲量，可以是各力冲量的矢量和，也可以是外力在不同阶段冲量的矢量和. (3)动量定理表达式是矢量式，等号包含了大小相等、方向相同两方面的含义. 自测2 (多选)质量为m的物体以初速度v0开始做平抛运动，经过时间t，下降的高度为h，速度变为v，在这段时间内物体动量变化量的大小为( ) (v－v0) 答案BCD 命题点一对动量和冲量的理解 1.对动量的理解 (1)动量的两性 ①瞬时性：动量是描述物体运动状态的物理量，是针对某一时刻或位置而言的. ②相对性：动量的大小与参考系的选取有关，通常情况是指相对地面的动量. (2)动量与动能的比较 三 动量定理的应用 姓名 一、选择题（每小题中至少有一个选项是正确的） 1、在下列各种运动中，任何相等的时间内物体动量的增量总是相同的有（ ） A 、匀加速直线运动 B 、平抛运动 C 、匀减速直线运动 D 、匀速圆周运动 2、质量为5 kg 的物体，原来以v=5 m/s 的速度做匀速直线运动，现受到跟运动方向相同的冲量15 N ·s 的作用，历时4 s ，物体的动量大小变为 ( ) A.80 kg ·m/s B.160 kg ·m/s C.40 kg ·m/s D.10 kg ·m/s 3、用力拉纸带，纸带将会从重物下抽出，解释这些现象的正确说法是：（ ） A 、在缓慢拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力大； B 、在迅速拉动纸带时，纸带给物体的摩擦力小； C 、在缓慢拉动纸带时，纸带给重物的冲量大； D 、在迅速拉动纸带时，纸带给重物的冲量小． 4、从同一高度的平台上，抛出三个完全相同的小球，甲球竖直上抛，乙球竖直下抛，丙球平抛．三球落地时的速率相同，若不计空气阻力，则（ ） A 、抛出时三球动量不是都相同，甲、乙动量相同，并均不小于丙的动量 B 、落地时三球的动量相同 C 、从抛出到落地过程，三球受到的冲量都不同 D 、从抛出到落地过程，三球受到的冲量不都相同 5、若质量为m 的小球从h 高度自由落下，与地面碰撞时间为 ，地面对小球的平均作用力大小为F ，则在碰撞过程中（取向上的方向为正）对小球来说（ ） A 、重力的冲量为 B 、地面对小球的冲量为 C 、合力的冲量为 D 、合力的冲量为 6、一物体竖直向上抛出，从开始抛出到落回抛出点所经历的时间是t,上升的最大高度是H ，所受空气阻力大小恒为F,则在时间t 内 A.物体受重力的冲量为零 B.在上升过程中空气阻力对物体的冲量比下降过程中的冲量 小 C.物体动量的增量大于抛出时的动量 D.物体机械能的减小量等于FH 7.恒力F 作用在质量为m 的物体上，如图8—1所示，由于地面对 物体的摩擦力较大，没有被拉动，则经时间t ，下列说法正确的是 A.拉力F 对物体的冲量大小为零 B.拉力F 对物体的冲量大小为Ft C.拉力F 对物体的冲量大小是Ftcos θ D.合力对物体的冲量大小为零 *8、物体在恒定的合力F 作用下作直线运动，在时间Δt 1内速度由0增大到v ，在时间Δt 2内速度由v 增大到2v 。设F 在Δt 1内做的功W 1，冲量是I 1；在Δt 2内做的功W 2，冲量是I 2。那么 （ ） A ．I 1 类型一——对基本概念的理解 1.关于冲量，下列说法中正确的是（） A.冲量是物体动量变化的原因 B.作用在静止的物体上力的冲量一定为零 C.动量越大的物体受到的冲量越大 D.冲量的方向就是物体受力的方向 思路点拨：此题考察的主要是对概念的理解 解析：力作用一段时间便有了冲量，而力作用一段时间后物体的运动状态发生了变化，物体的动量也发生了变化，因此说冲量使物体的动量发生了变化，A对；只要有力作用在物体上，经历一段时间，这个力便有了冲量，与物体处于什么状态无关，B错误；物体所受冲量大小与动量大小无关，C错误；冲量是一个过程量，只有在某一过程中力的方向不变时，冲量的方向才与力的方向相同，故D错误。 答案：A 【变式】关于冲量和动量，下列说法中错误的是（） A.冲量是反映力和作用时间积累效果的物理量 B.冲量是描述运动状态的物理量 C.冲量是物体动量变化的原因 D.冲量的方向与动量的方向一致 答案：BD 点拨：冲量是过程量；冲量的方向与动量变化的方向一致。故BD错误。 类型二——用动量定理解释两类现象 2.玻璃杯从同一高度自由落下，落到硬水泥地板上易碎，而落到松软的地毯上不易碎。这是为什么？ 解释：玻璃杯易碎与否取决于落地时与地面间相互作用力的大小。由动量定理可知，此作用力的大小又与地面作用时的动量变化和作用时间有关。 因为杯子是从同一高度落下，故动量变化相同。但杯子与地毯的作用时间远比杯子与水泥地面的作用时间长，所以地毯对杯子的作用力远比水泥地面对杯子的作用力小。所以玻璃杯从同一高度自由落下，落到硬水泥地板上易碎，而落到松软的地毯上不易碎。 ３. 如图，把重物压在纸带上，用一水平力缓缓拉动纸带，重物跟着一起运动，若迅速拉动纸带，纸带将会从重物下面抽出，解释这些现象的正确说法是（） A.在缓慢拉动纸带时，重物和纸带间的摩擦力大 B.在迅速拉动时，纸带给重物的摩擦力小 C.在缓慢拉动时，纸带给重物的冲量大 D.在迅速拉动时，纸带给重物的冲量小 解析：在缓慢拉动时，两物体之间的作用力是静摩擦力，在迅速拉动时，它们之间的作用力是滑动摩擦力。由于通常认为滑动摩擦力等于最大静摩擦力。所以一般情况是：缓拉摩擦力小；快拉摩擦力大，故AB都错；缓拉纸带时，摩擦力虽小些，但作用时间很长，故重物获得的冲量可以很大，所以能把重物带动。快拉时摩擦力虽大些，但作用时间很短，故冲量小，所以动量改变也小，因此，CD正确。 总结升华：用动量定理解释现象一般可分为两类：一类是物体的动量变化一定，力的作用时间越短，力就越大；时间越长，力就越小。另一类是作用力一定，力的作用时间越长，动量变化越大；力的作用时间越短，动量变化越小。分析问题时，要搞清楚哪个量一定，哪个量变化。 【变式1】有些运动鞋底有空气软垫，请用动量定理解释空气软垫的功能。 解析：由动量定理可知，在动量变化相同的情况下，时间越长，需要的作用力越小。因此运动鞋底部的空气软垫有延长作用时间，从而减小冲击力的功能。 【变式2】机动车在高速公路上行驶，车速越大时，与同车道前车保持的距离也越大。 习题：动量定理应用 例1．答案 3.75 s 解析物体由开始运动到停止运动的全过程中，F的冲量为Ft1，摩擦力的冲量为F f t.选水平恒力F的方向为正方向，根据动量定理有 Ft1－ft＝0① 又f＝μmg② 联立①②式解得t＝Ft1 μmg，代入数据解得t＝3.75 s. 例2．答案：（1）2NS 水平向右(2)2Ns水平向左解：选向右的方向为正方向， I f=μmgt1?μmgt2=2NS方向水平向右 对于从B到A过程，由牛顿第二定律得：F﹣μmg=ma 得：a=F?μmg m =4?0.2×1×10 2 m/s2=2m/s2 由运动学公式得：物体的末速度v A=-at2=-4m/s 对全程由动量定理得：I F+I f=mv A 得：I F=-2Ns水平向左 例3．解：小球自由下落过程中，由机械能守恒定律可知： mgh=1 2 mv2； 解得：v=√2g?=√2×10×1.25=5m/s； 同理，回弹过程的速度v′=√2×10×0.8=4m/s，方向竖直向上， 设向下为正，则对碰撞过程由动量定理可知： mgt﹣Ft=﹣mv′﹣mv 解得：F=50N 答：地板对小球的平均冲力大小为50N． 例4．解：（1）设棒刚进入磁场时速度为v0，由机械能守恒定律有： mgh=1 2 mv02 代入数据解得：v0=2m/s 又有法拉第电磁感应定律有：E=Bdv0=4V 由闭合欧姆定律有：I=E R+r =1A （2）设棒刚离开磁场时速度为v ，接着棒开始做平抛运动，在竖直方向上有： H=12gt 2 解得：t=√2H g 在水平方向上有：s=vt ， 解得：v=1m/s 电磁感应过程中电阻R 上产生电热为：Q R = R R+r Q 根据能量守恒有：Q =W 电=12mv 02?12mv 2 解得Q R =0.225J （3）0-BId t mv mv ?=- 0.1q I t C =?= 例5．（1）金属棒最大速度时产生的电动势：E ＝BLv m ， 回路中产生的感应电流： ， 金属棒所受的安培力：F ＝BIL ， cd 棒所受合外力为零时，下滑的速度达到最大， 由平衡条件得：mgsin α＝F ， 解得：=5T ； （2）设电阻R 上产生的电热为Q ，整个电路产生的电热为Q 热， 由能量守恒定律得： ， Q 热=8J ； （3）sin 0m mg t BILt mv θ?-=- 而1E BLs q It t C R r R r R r ?Φ=====+++ 所以t=1.4s 动量定理应用好题 【例1】如图1所示，质量为m的小球从偏角为θ的位置由静止释放。若不计空气阻力，且θ不超过5°，悬点到球心的距离为L，试求小球从释放到运动到最低点的过程中合外力的冲量。 【例2】如图2所示，跳水运动员(图中用一小圆圈表示)从某一峭壁上沿某一方向跳出，跳入湖水中。已知运动员的质量m=60kg，初速度大小为v0=l0m/s，忽略空气阻力。经过1s 时，速度为则此过程中运动员的动量变化量为(g取m/s2) 【解析】由于运动员的初速度方向未知，本题无法直接求出运动员的动量变化量。但可应用动量定理求解，且较为简便。跳水运动员在运动过程中，忽略空气阻力，只受重力的作用。重力的冲量等于运动员的动量变化，则有 分量式 【例4】一个倾角为θ的斜面A放在粗糙水平面上，物体B放在斜面A上，A、B之间有摩擦，如图3所示。当物体B沿斜面以加速度a匀加速下滑时，斜面保持静止，试求物体B 由静止开始下滑t秒过程中水平面对斜面的摩擦力的冲量多大?设A、B的质量分别为mA、mB。 一质量为100克的小球从0.8米高处自由下落到一厚软垫上，若从小球接触软垫到小球陷至最低点经历了0.2秒，则这段时间内软垫对小球的冲量_____________。（g取10N/kg，不计空气阻力) 其中合外力的冲量为0.4牛·秒，重力的冲量大小为0.2牛·秒. 动量定理的应用分类 一、求变力冲量 例1如图1，一质量为m的小球，以初速度V0水平射出，恰好垂直地射到一倾角为30°的固定斜面上，并立即反方向弹回.已知反弹速度大小是人射速度大小的3/4，求在碰撞中斜面 对小球的冲量大小。 1．动量： ①定义：物体质量与速度的乘积， ②动量的性质：是状态量、具有相对性、矢量性 2．动量守恒定律 ①动量的变化量： ②内力与外力：系统内物体间的相互作用力叫做内力；系统外物体施加给系统内物体的力叫做内力。 ③动量守恒定律： 如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变，这就是动量守恒定律。 ④动量守恒定律的成立条件 a.系统不受外力或所受外力和为零，则系统的动量守恒。 b.系统所受外力比内力小很多，则系统的动量近似守恒。 c.系统某一方向不受外力或所受外力的和为零，或所受外力比内力小很多，该方向动量守恒。 ⑤动量守恒定律的普适性 a.牛顿定律解决问题涉及全过程，用动量解决只涉及始末状态，与过程无关。 b.动量守恒不仅适用宏观低速，而且适用微观高速，牛顿定律不适用微观高速。 二．碰撞 1．碰撞的分类： 2．一维弹性碰撞 当时 ①若，交换速度 ②若，，同向，速度前大后小 ③若，反弹 ④若， ⑤若， 三．反冲 1.反冲：如果一个静止的物体在内力的作用下分裂为两部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这个现象叫做反冲。 2．反冲遵循的规律： ，即： ， ，即： 3．反冲运动的应用： 喷气式飞机，射击时枪筒的后退，火箭发射等。 四．用动量概念表示牛顿第二定律 1．用动量概念表示牛顿第二定律 假设物体受到恒力的作用做匀变速直线运动，在时刻物体的初速度为，在时刻物 体的速度为，由牛顿第二定律得，物体的加速度 合力F=ma 由于， 所以 2．动量定理 应用动量定理需要注意的几点： ①方程左边是物体动量的变化量，计算时顺序不能颠倒 ②方程右边是物体受到的合外力的总冲量，其中F可以是恒力也可以是变力，如果合外力是变力，则F是合外力在时间t内的平均值 ③整个式子反映了一个过程，即力对时间的积累效果是引起物体动量的变化。 ④动量定理中的冲量和动量都是矢量，冲量的方向与动量变化量的方向相同。 ⑤动量与参考系的选取有关，所以用动量定理时必须注意参考系的选取。 ⑥动量定理不仅适用于宏观物体的低速运动，对微观现象，高速运动仍然适用。 ⑦不能认为合外力的冲量就是动量的变化。合外力的冲量是引起动量变化的原因，而动量变化是冲量作用的必然结果 ⑧动量定理的研究对象是单个质点或由质点所构成的系统，当研究对象为质点系统时，动量定理中的动量应是该系统内所有质点在同一时刻动量的矢量和，而冲量是该系统内各个质点在同一个物理过程中所受一切外力冲量的矢量和，不包括系统内各质点之间相互作用的（内力）的冲量，这是因为内力总是成对出现的，且大小相等、方向相反，故其内力的总冲量必定为零。 五．动量典型模型 1．人船模型 ：如图所示长为，质量为m1的小船在静水中，一个质量为m2的人立在船头，若不计水的粘滞阻力，当人从船头走到船尾的过程中，船和人相对地面的位移各是多少？ 分析与解答： 选船和人组成的系统为研究对象，由于水平方向不受外力，因而人从船头走向船尾的过程中任一时刻水平方向的动量都守恒，既平均动量守恒，而系统在人起步前的总动量为0。 设人和船在全过程中的平均速度分别为和，根据动量守恒定律： 设相互作用的时间为，则，故 由题意知： 联立两式解得：， 电磁感应与动量的综合 1．安培力的冲量与电量之间的关系：设想在某一回路中，一部分导体仅在安培力作用下运动时，安培力为变力，但其冲量可用它对时间的平均值进行计算，即t F I ?=冲 冲而＝B L （为电流对时间的平均值） F I I 故有：安培力的冲量 t L I B I ??=冲而电量q =Δt ，故有 I BLq I =冲因只在安培力作用下运动 BLq =mv 2－mv 1 BL P q ?=2．感应电量与磁通量的化量的关系：R n t R t n t R E t I q ?Φ =????Φ =??= ??=若磁感应强度是匀强磁场，R BLx R S B R q =?=?Φ=以电量作为桥梁，把安培力的冲量、动量变化量与回路磁通量的变化量、导体棒的位移联系起来。 例1．如图所示，在光滑的水平面上，有一垂直向下的匀强磁场分 布在宽度为L 的区域内，现有一个边长为a （a 理论力学课后习题答案-第8章--动量定理及其应用
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