1、动量守恒定律_1动量动量定理一、动量1动量(1)定义：物理学中把物体的质量m跟运动速度v的乘积mv叫作动量(2)定义式：pmv.(3)单位：在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号为kgm/s.(4)矢量：由于速度是矢量，所以动量是矢量，它的方向与速度的方向相同2用动量概念表示牛顿第二定律(1)公式表示：F.(2)意义：物体所受到的合外力等于它动量的变化率经验告诉我们，当大卡车与轿车以相同的速度行驶时，大卡车比轿车停下来更困难同样，质量相同的两辆汽车以不同的速度行驶时，速度大的汽车比速度小的汽车停下来更困难显然单独用质量或速度无法正确地描述运动物体的这一特征，如何描述更准确呢？提示：可以用
2、质量和速度的乘积(即动量)来描述二、动量定理1冲量(1)定义：物理学中把力与力的作用时间的乘积叫作力的冲量(2)公式：IFtF(tt)(3)矢量：冲量是矢量，它的方向跟力的方向相同(4)物理意义：冲量是反映力的作用对时间的累积效应的物理量，力越大，作用时间越长，冲量就越大2动量定理(1)内容：物体在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化量(2)公式表示(3)意义：冲量是物体动量变化的量度，合外力的冲量等于物体动量的变化量在日常生活中，有不少这样的例子：跳高时在下落处要放厚厚的海绵垫子，跳远时要跳在沙坑中，这样做的目的是什么？提示：这样可以延长作用时间，以减小相互作用力考点一动量
3、定义新的物理量，可以用比值法，如v、a、R、C等；也可以用乘积法，如W、EP、p、I等.1动量(1)定义：物体的质量m和其运动速度v的乘积称为物体的动量，记作pmv.动量是动力学中反映物体运动状态的物理量，是状态量在谈及动量时，必须明确是哪个物体在哪个时刻或哪个状态所具有的动量(2)单位：动量的单位由质量和速度的单位共同决定在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号为kgm/s.(3)矢量性：动量是矢量，它的方向与物体的速度方向相同，遵循矢量运算法则2动量与动能的区别与联系物理量比较项动量动能定义式pmvEkmv2单位kgm/sJ性质矢量标量特点(1)动量是可以在相互作用的物体间传递、转移的
4、运动量(2)v的大小或方向变化都可使p发生变化(3)动量的改变与力的时间积累过程相对应(1)动能可以转化为热能、光能、电能等其他形式的能量(2)只有v的大小发生变化时才会使Ek发生变化(3)动能的改变与力的空间积累过程(位移)相对应联系都是状态量，分别从不同的侧面反映和表示机械运动Ek，p典例匀速圆周运动，动量时刻变化，动能不变状态量与时刻相对应，如动量、动能等；过程量与时间相对应，如冲量、功等3动量的变化量一条直线上矢量运算法则：(1)先规定正方向；(2)用“”“”号表示各矢量方向；(3)将矢量运算简化为代数运算.(1)动量的变化量是指物体的末动量与初动量的矢量差设末动量为p，初动量为p，则
5、pppmvmvmv.(2)动量的变化量p也是矢量，其方向与速度的改变量v的方向相同(3)动量变化量p的计算方法若物体做直线运动，只需选定正方向，与正方向相同的动量取正，反之取负ppp，若p是正值，就说明p的方向与所选正方向相同；若p是负值，则说明p的方向与所选正方向相反若初、末状态动量不在一条直线上，可按平行四边形定则求得p的大小和方向，这时p、p为邻边，p为平行四边形的对角线如图所示动量为矢量，动量变化遵守矢量运算法则.【例1】质量为m0.1 kg的橡皮泥，从高h5 m处自由落下(g取10 m/s2)，橡皮泥落到地面上静止，求：(1)橡皮泥从开始下落到与地面接触前这段时间内动量的变化；(2)
6、橡皮泥与地面作用的这段时间内动量的变化；(3)橡皮泥从静止开始下落到停止在地面上这段时间内动量的变化【审题指导】【解析】取竖直向下的方向为正方向(1)橡皮泥从静止开始下落时的动量p10；下落5 m与地面接触前的瞬时速度v10 m/s，方向向下，这时动量p2mv0.110 kgm/s1 kgm/s，为正则这段时间内动量的变化pp2p1(10) kgm/s1 kgm/s，是正值，说明动量变化的方向向下(2)橡皮泥与地面接触前瞬时动量p11 kgm/s，方向向下，为正，当与地面作用后静止时的动量p20.则这段时间内动量的变化pp2p1(01) kgm/s1 kgm/s，是负值，说明动量变化的方向向上
7、(3)橡皮泥从静止开始下落时的动量p10，落到地面后的动量p20.则这段时间内动量的变化pp2p10，即这段时间内橡皮泥的动量变化为零【答案】(1)大小为1 kgm/s，方向向下(2)大小为1 kgm/s，方向向上(3)0(1)动量的变化是用末动量减初动量，即pp末p初(2)动量的变化为矢量，因此解题时要选方向，求p时也同时给出方向3颗均为0.05 kg的子弹以600 m/s的水平速度击中竖直挡板，由于挡板不同位置材质不同，子弹击中挡板后的运动情况不同，A水平穿过挡板，穿过后的速度是200 m/s，B被挡板反向弹回，弹回时速度大小为200 m/s，C进入挡板后停在挡板之内，求3颗子弹动量的变化
8、量(规定向右为正方向)答案：pA20 kgm/spB40 kgm/spC30 kgm/s解析：A的初动量pAmv10.05 kg600 m/s30 kgm/s，末动量pAmv10.05 kg200 m/s10 kgm/sA子弹动量的变化量pApApA10 kgm/s30 kgm/s20 kgm/s，pA0，动量变化量的方向向左B的初动量pBmv20.05 kg600 m/s30 kgm/s，末动量pBmv20.05 kg(200 m/s)10 kgm/sB子弹动量的变化量pBpBpB10 kgm/s30 kgm/s40 kgm/s，pB0，动量变化量的方向向左C的初动量pCmv30.05 kg
9、600 m/s30 kgm/s，末动量为0C子弹动量的变化量pCpCpC030 kgm/s30 kgm/s，pC0，动量变化量的方向向左考点二冲量 1冲量(1)定义：物理学中把力与力的作用时间的乘积叫作力的冲量(2)公式：通常用符号I表示冲量，即IFt.(3)单位：在国际单位制中，冲量的单位是Ns.动量与冲量的单位关系是：1 Ns1 kgm/s.(4)对冲量的理解时间性：冲量不仅与力有关，还与力的作用时间有关，恒力的冲量等于力与力作用时间的乘积，此公式IFt只适用于恒力冲量是过程量，它描述力对时间的积累效应；功也是过程量，它描述力对空间的积累效应.矢量性：对于恒力来说，冲量的方向与力的方向一致
10、；对于作用时间内方向变化的力来说，冲量的方向与相应时间内动量的变化量的方向一致，冲量的运算应遵循平行四边形定则绝对性：由于力和时间都跟参考系的选择无关，所以力的冲量也跟参考系的选择无关过程性：冲量是描述力F对时间t的累积效果的物理量，是过程量，必须明确是哪个力在哪段时间内对哪个物体的冲量2冲量与功的区别(1)冲量是矢量，功是标量(2)由IFt可知，有力作用，这个力一定会有冲量，因为时间t不可能为零但是由功的定义式WFscos可知，有力作用，这个力却不一定做功例如：在斜面上下滑的物体，斜面对物体的支持力有冲量的作用，但支持力对物体不做功；做匀速圆周运动的物体，向心力对物体有冲量的作用，但向心力对
11、物体不做功；处于水平面上静止的物体，重力不做功，但在一段时间内重力的冲量不为零(3)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“Ft”图像和“Fs”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tt2t1内的冲量图乙中阴影部分的面积表示力F做的功【例2】质量为2 kg的物体静止在足够大的水平面上，物体与地面间的动摩擦因数为0.2，最大静摩擦力和滑动摩擦力大小视为相等从t0时刻开始，物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F的作用，F随时间t的变化规律如图所示重力加速度g取10 m/s2，则物体在t0
12、到t12 s这段时间内合外力的冲量是多少？【审题指导】关键词信息物体与地面间的动摩擦因数为0.2物体受摩擦力物体受到方向不变、大小呈周期性变化的水平拉力F，F随时间t的变化规律如图所示图线的面积等于力F的冲量大小【解析】对物体进行受力分析，物体所受摩擦力fmg0.2210 N4 N则摩擦力的冲量为Ifft412 Ns48 Ns力F的冲量等于Ft图线的面积则IF(F1t1F2t2)2(4383)2 Ns72 Ns则合外力的冲量IIfIF(4872) Ns24 Ns.【答案】24 Ns冲量计算注意问题(1)冲量是矢量，在计算过程中要注意正方向的选取，在同一直线上的矢量合成转化为代数运算，较为简单(
13、2)不在同一直线上的冲量计算要应用平行四边形定则或三角形定则(3)要明确Ft图像面积的意义，且要知道t轴以上与以下的面积意义不同，两者表示方向相反如图所示，原来静止在光滑水平面上的两小车，两车之间有一根被压缩的轻弹簧如果B车的质量为A车质量的2倍，当弹簧弹开的时候，作用于B车的总冲量是4 Ns，求作用于A车的总冲量答案：大小为4 Ns，方向向左解析：设弹簧对A、B的作用力分别为F和F，且是变力，根据牛顿第三定律知，任一时刻都有FF.A受到的弹力方向向左，B受到的弹力方向向右，已知B车受到的冲量为IB4 Ns，则A车受到的冲量IA4 Ns.即A车受到的总冲量大小为4 Ns，方向向左考点三动量定理
14、 1对动量定理的理解(1)动量定理反映了合外力的冲量与动量变化量之间的因果关系，即合外力的冲量是原因，物体的动量变化量是结果动量定理可适用于变力问题，牛顿运动定律不能解决的问题，可以考虑动量定理.(2)动量定理中的冲量是合外力的冲量，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Ipp是个矢量式，式中的“”表示合外力的冲量与动量的变化量等大、同向，但某时刻的合外力的冲量可以与动量的方向同向，也可以反向，还可以成某一角度(4)动量定理具有普遍性，其研究对象可以是单个物体，也可以是物体系统，不论物体的运动轨迹是直线还是曲线，
15、作用力不论是恒力还是变力，几个力作用的时间不论是相同还是不同，动量定理都适用2动量定理的应用(1)定性分析有关现象物体的动量变化量一定时，力的作用时间越短，力就越大；力的作用时间越长，力就越小例如：车床冲压工件时，缩短力的作用时间，产生很大的作用力；而在搬运玻璃等易碎物品时，包装箱内放些碎纸、刨花、塑料等，是为了延长作用时间，减小作用力因为越坚固，发生碰撞时，作用时间将会越短，由IFt可知，碰撞时的相互作用力会很大，损坏会更严重作用力一定时，力的作用时间越长，动量变化量越大；力的作用时间越短，动量变化量越小例如：自由下落的物体，下落时间越长，速度变化越大，动量变化越大，反之，动量变化越小(2)
16、定量计算有关物理量两种类型a已知动量或动量的变化量求合外力的冲量，即b已知合外力的冲量求动量或动量的变化量，即 应用Ip求平均力，可以先求该力作用下物体的动量变化，p等效代换变力冲量I，进而求平均力F.应用动量定理定量计算的一般步骤：a选定研究对象，明确运动过程b进行受力分析和运动的初、末状态分析c选定正方向，根据动量定理列方程求解【例3】杂技表演时，常可看见有人用铁锤猛击放在“大力士”身上的条石，石裂而人不伤，试分析其中道理【审题指导】【解析】设条石的质量为M，铁锤的质量为m.取铁锤为研究对象，设铁锤打击条石前速度大小为v，反弹速度大小为v，根据动量定理得(Fmg)tmvm(v)，Fmg.t
17、极短，条石受到的铁锤对它的打击力FF很大，铁锤可以击断条石对条石下的人而言，原来受到的压力为Mg，铁锤打击条石时将对人产生一附加压力，根据牛顿第三定律，条石受到的冲量FtFtm(vv)mgt，条石因此产生的动量变化量pm(vv)mgt，因人体腹部柔软，缓冲时间t较长，人体受到的附加压力大小为F1，可知附加压力并不大【答案】见解析(1)用动量定理解释的现象一般可分为两类：一类是物体的动量变化一定，此时力的作用时间越短，力就越大；时间越长，力就越小另一类是作用力一定，此时力的作用时间越长，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，要把哪个量决定哪个量的变化搞清楚(2)分析问题时，首先
18、应明确哪些物理量不变，哪些物理量变化，然后将问题归结于上面的两类问题中的一类有消息称：中国羽毛球运动员在一节目上演示了一把高速度杀球，轻小的羽毛球被快速击出后瞬间将西瓜冲撞爆裂！据测羽毛球的时速高达300 km/h，羽毛球的质量介于4.745.50 g之间，经分析，下列说法中正确的是(D)A这则消息一定是假的，因为羽毛球很轻小，不可能使西瓜爆裂B这则消息一定是假的，因为击出的羽毛球速度虽然大，但其能量却很小C这则消息可能是真的，俗话说无快不破，羽毛球虽然很轻小，但速度很大D这则消息可能是真的，西瓜是否被撞击爆裂取决于羽毛球对西瓜的冲击力大小解析：在高速度杀球时，由于球速较快，在与西瓜相撞的瞬间
19、，速度急剧变化，根据动量定理可知，羽毛球对西瓜的作用力较大，完全可以使西瓜爆裂，故使西瓜裂开的原因不是速度，而是冲击力的大小，故该消息可能是真的，D正确【例4】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60 kg的运动员，从离水平网面3.2 m高处自由下落，着网后沿竖直方向蹦回离水平网面5.0 m高处已知运动员与网接触的时间为1.2 s若把这段时间内网对运动员的作用力当做恒力处理，求此力的大小(g取10 m/s2)【审题指导】1运动员着网的速度、离开网的速度大小各是多大，方向如何？2运动员从着网到离开网的过程中受哪几个力的作用，各个力的方向怎样？【解析】解
20、法一：运动员刚接触网时的速度大小：v1 m/s8 m/s，方向向下刚离网时速度的大小：v2 m/s10 m/s，方向向上运动员与网接触的过程中，设网对运动员的作用力为F，对运动员应用动量定理(以向上为正方向)有：(Fmg)tmv2m(v1)，解得Fmg N6010 N1.5103 N，方向向上解法二：此题也可以对运动员下降、与网接触、上升的全过程应用动量定理从3.2 m高处自由下落的时间为：t1 s0.8 s，运动员弹回到5.0 m高处所用的时间为：t2 s1 s.整个过程中运动员始终受重力作用，仅在与网接触的t31.2 s的时间内受到网对他向上的弹力F的作用，对全过程应用动量定理，有Ft3m
21、g(t1t2t3)0，则Fmg6010 N1.5103 N，方向向上【答案】1.5103 N，方向向上应用动量定理的四点注意事项(1)明确物体受到冲量作用的结果是导致物体动量的变化冲量和动量都是矢量，它们的加、减运算都遵循平行四边形定则(2)列方程前首先要选取正方向，与规定的正方向一致的力或动量取正值，反之取负值，而不能只关注力或动量数值的大小(3)分析速度时一定要选取同一个参考系，未加说明时一般是选地面为参考系，同一道题目中一般不要选取不同的参考系(4)公式中的冲量应是合外力的冲量，求动量的变化量时要严格按公式，且要注意是末动量减去初动量如图所示，质量为m2 kg的物体，在水平力F16 N的
22、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0.2.若F作用t12 s后撤去，撤去F后又经t22 s物体与竖直墙壁相碰，若物体与墙壁作用时间t30.1 s，碰撞后反向弹回的速度v6 m/s，求墙壁对物体的平均作用力(g取10 m/s2)答案：280 N解析：题目中有三个过程，分别是有F作用、F撤去后及碰撞取从物体开始运动到碰后反向弹回的全过程用动量定理，并选F方向为正方向则由动量定理有：Ft1mg(t1t2)t3mv，代入数据整理解得：280 N.【例5】最大截面S5 m2的一艘宇宙飞船，以速度v10 km/s在太空中航行时，进入静止的、密度2105 kg/m3的微陨石云中
23、如果微陨石与飞船相撞时都附着在飞船上，要使飞船维持原速度前进，飞船的推力应为多大？【审题指导】1在t时间内，附着在飞船上的微陨石质量m是多少，应如何求m?2在t时间内，落到飞船上的微陨石动量增加了多少？【解析】选取体积Svt内的微陨石为研究对象，它与飞船相互作用，经时间t，速度从0增加到v.以飞船的速度方向为正方向，根据动量定理，有：FtSvt(v0)，化简并代入数据，得：FSv221055(104)2 N104 N根据牛顿第三定律，微陨石对飞船的作用力大小也为104 N为了使飞船维持原速度前进，飞船的推力大小也应为104 N.【答案】104 N微元法是物理学上用来处理变质量问题时常用的思想方
24、法.在本章中对这类有连续质量流动的问题，在应用动量定理时关键在于研究对象的选取，通常所采用的方法是选t时间内发生相互作用的流体为研究对象，确定发生相互作用前后的动量.然后由动量定理解题.此题概括为应用柱体微元模型解决连续流体问题，要求建立理想化模型，如理想流体(理想化对象)，稳定流动(理想化过程)，与煤层接触后速度为零(理想化条件).高压采煤水枪出水口的截面积为S，水的射速为v，射到煤层上后，水速度为零，若水的密度为，求水对煤层的冲力答案：Sv2解析：我们取一小段时间内射到煤层上的水进行研究(右图)，这部分水在较短时间内速度变为零，煤一定对水产生力的作用因此，可以由动量定理来求煤对水的平均作用
25、力，再由牛顿第三定律就知道水对煤的作用力设在t时间内射出的水的质量为m，则mSvt，以m为研究对象，它在t内动量变化为pm(0v)Sv2t.设F为水对煤层的冲力，F为煤层对水的反冲力，以F的方向为正方向根据动量定理(忽略水的重力)有FtSv2t，所以FSv2.根据牛顿第三定律得FFSv2.学科素养提升动量定理与牛顿定律的综合应用1动量定理与牛顿定律(1)力F的大小等于动量对时间的变化率在质量一定的问题中，反映的是力越大，运动状态改变越快，即产生的加速度越大(2)动量定理与牛顿第二定律在实质上虽然是一致的，但是牛顿第二定律适用于解决恒力问题，而动量定理不但适用于恒力还适用于变力，所以动量定理在解
26、决变力作用问题上更方便但是要注意，通过动量定理得到的力，是作用过程的平均作用力2综合应用动量定理与牛顿定律解题该类问题除要明确研究对象的初、末状态外，还要对合理选取的研究对象进行受力分析，应用动量定理和牛顿第二定律列式求解【典例】一枚竖直向上发射的火箭，除燃料外火箭的质量m火箭6 000 kg，火箭喷气的速度为1 000 m/s，在开始时每秒大约要喷出多少质量的气体才能托起火箭？如果要使火箭开始时有19.6 m/s2向上的加速度，则每秒要喷出多少气体？【解析】火箭向下喷出的气体对火箭有一个向上的反作用力，正是这个力支持着火箭，根据牛顿第三定律，也就知道喷出气体的受力，再根据动量定理就可求得结果
27、设火箭每秒喷出的气体质量为m，根据动量定理可得Ftmv2mv1m(v2v1)，其中Fm火箭g，v2v11 000 m/s，得m58.8 kg.当火箭以19.6 m/s2的加速度向上运动时，由牛顿第二定律得Fm火箭gm火箭a，设此时每秒喷出的气体质量为m，根据动量定理有Ftmv2mv1，得m176.4 kg.【答案】58.8 kg176.4 kg应用动量定理解题时所选研究对象一般是动量发生变化的物体，此题中是“喷出的气体”，再结合牛顿运动定律求解1玻璃茶杯从同一高度掉下，落在水泥地上易碎，落在海绵垫上不易碎，这是因为茶杯与水泥地撞击过程中(D)A茶杯动量较大B茶杯动量变化较大C茶杯所受冲量较大
28、D茶杯动量变化率较大解析：玻璃杯不管落到水泥地上还是海绵垫上，其动量变化量p相同，但作用时间不同，由动量定理知Ftp.所以玻璃杯受到的作用力F不同，即茶杯动量变化率不同2关于冲量，下列说法中正确的是(A)A冲量是物体动量变化的原因B作用在静止的物体上的力的冲量一定为零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选项正确；只要有力作用在物体上，经历一段时间，这个力便有了冲量IFt，与物体处于什么状态无关，物体运动状态的变化情况，是所有作用在物体
29、上的力共同产生的效果，所以B选项不正确；物体所受冲量IFt与物体动量的大小pmv无关，C选项不正确；冲量是一个过程量，变力在一个过程中可能有多个方向，而在这一过程中，冲量只有一个方向，故D选项不正确3(多选)古时有“守株待兔”的寓言，设兔子的头部受到大小等于自身重力的打击力时即可致死若兔子与树桩发生碰撞，作用时间为0.2 s，则被撞死的兔子的奔跑速度可能是(g取10 m/s2)(CD)A1 m/sB1.5 m/sC2 m/s D2.5 m/s解析：根据题意建立模型，设兔子与树桩的撞击力为F，兔子撞击后速度为零，根据动量定理有Ftmv，所以vgt100.2 m/s2 m/s，即兔子奔跑的速度至少
30、为2 m/s.4质量为1 kg的物体做直线运动，其速度时间图像如图所示，则物体在前10 s内和后10 s内所受合外力的冲量分别是(D)A10 Ns,10 NsB10 Ns，10 NsC0,10 NsD0，10 Ns解析：由题图可知，在前10 s内物体初、末状态的动量相同，p1p25 kgm/s，由动量定理知I10；在后10 s内物体末状态的动量p35 kgm/s，由动量定理得I2p3p210 Ns，故答案为D.5动量定理可以表示为pFt，其中动量p和力F都是矢量在运用动量定理处理二维问题时，可以在相互垂直的x、y两个方向上分别研究例如，质量为m的小球斜射到木板上，入射的角度是，碰撞后弹出的角度也是，碰撞前后的速度大小都是v，如图所示碰撞过程中忽略小球所受重力(1)分别求出碰撞前后x、y方向小球的动量变化px、py；(2)分析说明小球对木板的作用力的方向答案：(1)px0；py2mvcos，沿y轴正方向(2)沿y轴负方向解析：(1)x方向：动量变化为pxmvsinmvsin0y方向：动量变化为pymvcos(mvcos)2mvcos方向沿y轴正方向(2)根据动量定理可知，木板对小球作用力的方向沿y轴正方向；根据牛顿第三定律可知，小球对木板作用力的方向沿y轴负方向