第一篇:湖南大學(xué)流體力學(xué)動(dòng)量定理和伯努利方程
動(dòng)量定理和伯努利方程
1輸油管上水平90o轉(zhuǎn)彎處,設(shè)固定支座。所輸油品相對密度為0.8,管徑300mm,通過流量100L/s斷面1處壓力2.23大氣壓,斷面2處壓力2.11大氣壓。求支座受壓力大小和方向?
解:Q=100L/s=0.1m3/s=AV1=AV2 3.14?0.32A??0.07065m24 Q0.1?4V1?V2???1.4154m/s2A3.14?0.3p1?2.23at?2.1854?105Pap2?2.11at?2.0678?10Pa5
x方向動(dòng)量方程:p1A?Rx??Q?0?V1?
Rx?p1A??QV1?2.1854?105?0.07065?0.8?1000?0.1?1.4154?15553.083Ny方向動(dòng)量方程:Ry?p2A??Q?V2?0?
Ry?p2A??QV2?2.0678?105?0.07065?0.8?1000?0.1?1.4154?14722.239N
2R?Rx?Ry?15553.0832?14722.2392?21415.945N 2??arctgRyRx?43.43? 消防隊(duì)員利用消火唧筒熄滅火焰,消火唧筒口徑d=1cm,水龍帶端部口徑D=5cm,從消火唧筒射出的流速V=20m/s,求消防隊(duì)員用手握住消火唧筒所需的力R(設(shè)唧筒水頭損失為1m水柱)? 解:
20?3.14?0.012Q?V2A2??1.57?10?3m3/s4?d??1?V1???V2????20?0.8m/s?D??25?對1-
1、2-2列伯努利方程: 2
p1V12V22???hw ?2g2g?202?0.82??V22?V12???p1???Pa ?2g?hw???9800??2?9.8?1??209480????3.14?0.052P1?p1A1?209480??411.1045N
4動(dòng)量方程:
R?PV2?V1?1??Q?R?1000?1.57?10?(20?0.8)?411.1045??381N消防隊(duì)員所需力為381N,方向向左。
?3
第二篇:湖南大學(xué)流體力學(xué)
1.如圖2-16所示測量裝置,活塞直徑d=35㎜,油的相對密度d
Hg
油=0.92,水銀的相對密度d=13.6,活塞與缸壁無泄漏和摩擦。當(dāng)活塞重為15N時(shí),h=700㎜,試計(jì)算U形管測壓計(jì)的液面高差Δh值。
2.如圖2-17所示為雙杯雙液微壓計(jì),杯內(nèi)和U形管內(nèi)分別裝有密度ρ1=lOOOkg/m3和密度ρ2 =13600kg/m3的兩種不同液體,大截面杯的直徑D=100mm,U形管的直徑d=10mm,測得h=30mm,計(jì)算兩杯內(nèi)的壓強(qiáng)差為多少?
3.已知密閉水箱中的液面高度h4=60mm,測壓管中的液面高度h1=100cm,U形管中右端工作介質(zhì)高度,如圖2-19所示。試求U形管中左端工作介質(zhì)高度h3為多少?
4.圖2-22表示一個(gè)兩邊都承受水壓的矩形水閘,如果兩邊的水深分別為h1=2m,h2=4m,試求每米寬度水閘上所承受的凈總壓力及其作用點(diǎn)的位置。
二.
1、在重力作用下靜止液體中,等壓面水平面的條件是()
A 同 一 種 液 體
B 相 互 連 通
C 不 連 通
D 同 一 種 液 體,相 互 連 通。
2、金屬壓力表的讀值是(): A絕對壓強(qiáng);
B相對壓強(qiáng);
C絕對壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮海?D相對壓強(qiáng)加當(dāng)?shù)卮髿鈮骸?/p>
3、某點(diǎn)的真空壓強(qiáng)為65 000Pa,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?.1MPa,該點(diǎn)的絕對壓強(qiáng)為:()
A 65 000 Pa;
B 55 000 Pa;
C 35 000 Pa;
D 165 000 Pa;
4、靜止流場中的壓強(qiáng)分布規(guī)律()
A 僅適用于不可壓縮流體;
B 僅適用于理想流體;
C 僅適用于粘性流體;
D 既適用于理想流體,也適用于粘性流
第三篇:動(dòng)量和動(dòng)量定理教案
§ 2
動(dòng)量和動(dòng)量定理
一、學(xué)習(xí)目標(biāo)
1.理解動(dòng)量的概念,知道動(dòng)量和動(dòng)量變化均為矢量;會計(jì)算一維情況下的動(dòng)量變化。
2.理解沖量的概念,知道沖量是矢量,掌握沖量與動(dòng)量變化的關(guān)系。
3.理解動(dòng)量定理的確切含義,掌握其表達(dá)式。
4.能運(yùn)用動(dòng)量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。
二、導(dǎo)入新課
雞蛋在同學(xué)們生活中是常見的,印象中又是很容易破碎的。本節(jié)課首先通過一個(gè) “瓦碎蛋全”的實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入新課。
三、新課教授
一、動(dòng)量
1、定義:
2、單位:
3、對動(dòng)量的理解:(1)矢量性
(2)瞬時(shí)性
(3)相對性
4、動(dòng)量的變化及計(jì)算
1、定義:
2、表達(dá)式:
3、動(dòng)量的變化的計(jì)算
(1)初末動(dòng)量在一條直線上:(2)初末動(dòng)量不在一條直線上:
例1
一個(gè)質(zhì)量m= 0.1 kg 的鋼球,以? = 6 m/s 的速度水平向右運(yùn)動(dòng),碰到一個(gè)堅(jiān)硬物后被彈回,沿著同一直線以?'= 6 m/s 的速度水平向左運(yùn)動(dòng),如圖所示。碰撞前后鋼球的動(dòng)量各是多少?碰撞前后鋼球的動(dòng)量變化了多少?
5、動(dòng)量和動(dòng)能的區(qū)別:
例2.兩小球的質(zhì)量分別是m1和m2,且m1=2m2,當(dāng)它們的動(dòng)能相等時(shí),它們的動(dòng)量大小之比是
二、沖量
1、定義:
2、公式:
3、單位:
4、矢量、過程量;
5、沖量的計(jì)算(1)求沖量時(shí)一定要明確所求的是哪一個(gè)力在哪一段時(shí)間內(nèi)的沖量.(2)求合沖量
①如果是一維情形,可以化為代數(shù)和,如果不在一條直線上,求合沖量遵循平行四邊形定則.②兩種方法:可分別求每一個(gè)力的沖量,再求各沖量的矢量和;另外,如果各個(gè)力的作用時(shí)間相同,也可以先求合力,再用公式I合=F合·Δt求解.例3 把一個(gè)質(zhì)量 m = 2 kg的小球沿水平方向拋出,不計(jì)空氣阻力,經(jīng) t = 5 s,求小球受到的重力的沖量I。(取g=10m/s2)
例4 如圖所示,物體靜止在水平地面上,先用水平恒力 F1拉物體,然后用水平恒力F2 拉物體,這兩個(gè)力作用的時(shí)間分別為 t1和t2,求物體受 F1、F2 作用的合沖量。
三、動(dòng)量定理
1、定義:
2、表達(dá)式:
3、適用范圍:
4、應(yīng)用動(dòng)量定理定量計(jì)算的一般步驟 ①選定研究對象,明確運(yùn)動(dòng)過程.②進(jìn)行受力分析,確定初、末狀態(tài).③選定正方向,根據(jù)動(dòng)量定理列出對應(yīng)的方程分析求解.5、注意:(1)應(yīng)用動(dòng)量定理解題時(shí),一定要對物體進(jìn)行受力分析,明確各個(gè)力和合力是正確應(yīng)用動(dòng)能定理的前提.(2)列方程時(shí)一定要先選定正方向,嚴(yán)格使用矢量式.(3)變力的沖量一般通過求動(dòng)量的變化量來求解.例 4.一個(gè)質(zhì)量為 0.18 kg 的壘球,以 25 m/s 的水平速度飛向球棒,被球棒打擊后,反向水平飛回,速度的大小為 45 m/s。設(shè)球棒與壘球的作用時(shí)間為 0.01 s,球棒對壘球的平均作用力有多大?
例5:質(zhì)量為0.5 kg的彈性小球,從1.25 m高處自由下落,與地板碰撞后回跳高度為0.8 m,設(shè)碰撞時(shí)間為0.1 s, g取10 m/s2,求小球?qū)Φ匕宓钠骄鶝_力.6、動(dòng)量定理在生活中的應(yīng)用 ①物體的動(dòng)量變化量一定時(shí),力的作用時(shí)間越短,力就越大,反之力就越??;例如:易碎品包裝箱內(nèi)為防碎而放置的碎紙、刨花、塑料泡沫等填充物.②作用力一定時(shí),力的作用時(shí)間越長,動(dòng)量變化量越大,反之動(dòng)量變化量就越小.例如:雜耍中,鐵錘猛擊“氣功師”身上的石板令其碎裂,作用時(shí)間很短,鐵錘對石板的沖量很小,石板的動(dòng)量幾乎不變,“氣功師”才不會受傷害.四、課堂練習(xí)
1、下列關(guān)于動(dòng)量的說法中,正確的是()A.質(zhì)量大的物體動(dòng)量一定大 B.速度大的物體動(dòng)量一定大
C.兩物體動(dòng)能相等,動(dòng)量不一定相等 D.兩物體動(dòng)能相等,動(dòng)量一定相等
2、下列關(guān)于動(dòng)量的說法中,正確的是()A.物體的動(dòng)量改變,其速度大小一定改變 B.物體的動(dòng)量改變,其速度方向一定改變 C.物體運(yùn)動(dòng)速度的大小不變,其動(dòng)量一定不變 D.物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,其動(dòng)量一定改變
3、質(zhì)量為m的物體放在水平面上,在與水平方向成θ夾角的拉力F的作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng),經(jīng)過時(shí)間t速度達(dá)到v,在這一時(shí)間內(nèi)拉力F和重力G的沖量大小分別為()A.Flcosθ,0
B.mv,Ft C.Ft,0
D.Ft,mgt
3、跳高運(yùn)動(dòng)員總是跳到海綿墊上,這樣做是為了()A 減小運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量變化
B 減小運(yùn)動(dòng)員所受的沖量
C 延長著地過程的作用時(shí)間
D 減小著地時(shí)運(yùn)動(dòng)員所受的平均沖力
4、把質(zhì)量為10 kg的物體放在光滑的水平面上,如圖所示,在與水平方向成53°的10 N的力F作用下從靜止開始運(yùn)動(dòng),在2 s內(nèi)力F對物體的沖量為多少?合外力的沖量是多少?(cos53°=0.6)
5、一質(zhì)量m= 100 g 的小球從 h=0.8 m 高處自由下落到一個(gè)軟墊上,若從小球接觸軟墊到小球陷至最低點(diǎn)經(jīng)歷了Δt= 0.2 s,不計(jì)空氣阻力。求這段時(shí)間內(nèi)軟墊對小球的作用力大小。(取 g =10 m/s2)
第四篇:動(dòng)量和動(dòng)量定理學(xué)案
16.2 動(dòng)量和動(dòng)量定理 導(dǎo)學(xué)案
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1.了解物理學(xué)中動(dòng)量概念的建立過程。
2.理解動(dòng)量和動(dòng)量的變化及其矢量性,會正確計(jì)算做一維運(yùn)動(dòng)的物體的動(dòng)量變化。3.理解沖量概念,理解動(dòng)量定理及其表達(dá)式。4.能夠利用動(dòng)量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和解決實(shí)際問題。5.理解動(dòng)量與動(dòng)能、動(dòng)量定理與動(dòng)能定理的區(qū)別?!拘抡n學(xué)習(xí)】 一.動(dòng)量
1.動(dòng)量的定義: 2.定義式: 3.單位:
4.說明:①瞬時(shí)性:動(dòng)量的定義式中的v指物體的瞬時(shí)速度,從而說明動(dòng)量與時(shí)刻或位置對應(yīng),是狀態(tài)量。
②矢量性:動(dòng)量的方向與速度方向一致。
思考:勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體在運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)量變化嗎?為什么?
二、動(dòng)量的變化量:
【例1】一個(gè)質(zhì)量是0.1kg的鋼球,以6m/s的速度水平向右運(yùn)動(dòng),碰到一個(gè)堅(jiān)硬的障礙物后被彈回,沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運(yùn)動(dòng),碰撞前后鋼球的動(dòng)量有沒有變化?變化了多少?
三、用動(dòng)量概念表示牛頓第二定律
一質(zhì)量為m的物體在一段時(shí)間Δt內(nèi)受到一恒力F的作用,作用前后的速度分別為v和v/,請你用動(dòng)量表示出牛頓第二定律。
最終你得到的表達(dá)式為:F=_________。物理意義:物體所受的力等于物體動(dòng)量的_________。
四、動(dòng)量定理
上式可以變形為Δp=FΔt,從中可以看出力越大,作用時(shí)間越長,物體的動(dòng)量變化越大。說明FΔt這個(gè)量反映了力的作用對時(shí)間的積累效應(yīng)。
1、沖量:定義:______與______________的乘積叫沖量。公式:I=_________。單位:_________ 說明:①沖量是過程量,求沖量一定要明確哪一個(gè)力在哪一段時(shí)間內(nèi)的沖量。②沖量是矢量,沖量的方向不一定是力的方向,只有恒力沖量的方向才與力的方向相同。
③上式只能用來計(jì)算恒力的沖量。
④力作用一段時(shí)間便有了沖量,與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。
思考:用力去推一個(gè)物體,一段時(shí)間后仍沒能推動(dòng)。這個(gè)力的沖量為零嗎?為什么?這個(gè)力對物體做功了嗎?又為什么?
2、動(dòng)量定理:物體在一個(gè)過程始末的____________等于它在這個(gè)過程中所受力的______。表達(dá)式為F合t=_________或___________=I合
說明:動(dòng)量定理不僅適用于恒力,也適用于變力。但是不論是恒力還是變力,式中的F都指物體所受到的合力。
【例2】一個(gè)質(zhì)量為0.18kg的壘球,以25m/s的水平速度飛向球棒,被球棒打擊后,反向水平飛回,速度大小為45m/s。若球棒與壘球的作用時(shí)間為0.01s,球棒對球的平均作用力多大?
思考1:從動(dòng)量定理的表達(dá)式和上述例子可以知道:要使物體的動(dòng)量發(fā)生一定的變化,可以有哪些辦法呢?
思考2:你可以解釋玻璃杯掉到水泥地面和掉到海綿上為什么會出現(xiàn)不同的現(xiàn)象嗎?生活生產(chǎn)中還有類似的應(yīng)用嗎?
【鞏固練習(xí)】
課后問題與練習(xí)1、2、3、4、5、16.2 動(dòng)量和動(dòng)量定理 作業(yè)
1.下列說法正確的是()
A.動(dòng)量的方向一定跟速度方向相同,且物體的動(dòng)量大其速度一定大 B.沖量方向一定跟作用力方向相同,且沖量大對應(yīng)的作用力一定大 C.物體受到的沖量方向與物體動(dòng)量變化量的方向不一定相同 D.合外力的沖量為零,則物體所受各力的沖量均為零
2、對物體所受沖量跟其受力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,說法正確的是()A.物體受到的沖量越大,它的動(dòng)量變化一定越快 B.物體受到的沖量越大,它的動(dòng)量變化一定越大 C.物體受到的沖量越大,它受到的合外力一定越大 D.物體受到的沖量越大,它的速度變化一定越快
3、下列說法正確的是()A.物體動(dòng)量的變化率等于它所受的力
B.力與力的作用時(shí)間的乘積叫做力的沖量,它反映了力的作用對時(shí)間的累積效應(yīng),是一個(gè)標(biāo)量
C.動(dòng)量定理的物理實(shí)質(zhì)與牛頓第二定律相同,但有時(shí)用起來更方便 D.易碎品運(yùn)輸時(shí)要用柔軟材料包裝,是為了延長作用時(shí)間以減小作用力 4.質(zhì)量為m的物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng),從開始拋出到落回拋出點(diǎn)用時(shí)間為t,空氣阻力大小恒為f。規(guī)定向下為正方向,在這過程中物體動(dòng)量的變化量為()
A.(mg+f)t B.mgt C.(mg-f)t D.以上結(jié)果全不對
5、甲、乙兩物體分別在恒力F1、F2的作用下,沿同一直線運(yùn)動(dòng),它們的動(dòng)量隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖所示,設(shè)甲在t1時(shí)間內(nèi)所受沖量為I1,乙在t2時(shí)間內(nèi)所受沖量為I2,則F、I的大小關(guān)系是()A.F1> F2,I1= I2 B.F1< F2,I1< I2 C.F1> F2,I1> I2 D.F1= F2,I1= I2
6、物體在合外力作用下運(yùn)動(dòng)的某個(gè)過程中,下列論述正確的是()A.若物體的動(dòng)能發(fā)生變化,則合外力的沖量一定不等于零 B.若物體的動(dòng)能發(fā)生變化,則合外力的功一定不等于零 C.若物體的動(dòng)量發(fā)生變化,則合外力的沖量一定不等于零 D.若物體的動(dòng)量發(fā)生變化,則合外力的功一定不等于零
7.下列運(yùn)動(dòng)過程中,在任意相等時(shí)間內(nèi),物體的動(dòng)量變化量相等的是()A 勻速圓周運(yùn)動(dòng)
B豎直上拋運(yùn)動(dòng)
C平拋運(yùn)動(dòng)
D任意的勻變速直線運(yùn)動(dòng)
8.甲乙兩個(gè)質(zhì)量相同的物體,以相同的初速度分別在粗糙程度不同的水平面上運(yùn)動(dòng),乙物體先停下來,甲物體又經(jīng)較長時(shí)間停下來,下面敘述中正確的是()
A、甲物體受到的沖量大于乙物體受到的沖量 B、兩個(gè)物體受到的沖量大小相等
C、乙物體受到的沖量大于甲物體受到的沖量 D、無法判斷
9.從同一高度的平臺上,拋出三個(gè)完全相同的小球,甲球豎直上拋,乙球豎直下拋,丙球平拋.三球落地時(shí)的速率相同,若不計(jì)空氣阻力,則()A、拋出時(shí)三球動(dòng)量不是都相同,甲、乙動(dòng)量相同,并均不小于丙的動(dòng)量 B、落地時(shí)三球的動(dòng)量相同
C、從拋出到落地過程,三球受到的沖量都不同 D、從拋出到落地過程,三球受到的沖量不都相同
10.、跳高運(yùn)動(dòng)員在跳高時(shí)總是跳到沙坑里或跳到海綿上,這樣做是為了()A、減小運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量變化
B、減小運(yùn)動(dòng)員所受的沖量
C、延長著地過程的作用時(shí)間
D、減小著地時(shí)運(yùn)動(dòng)員所受的平均沖力
11.設(shè)機(jī)槍子彈的質(zhì)量50g,以V=1.0×10m/s的速度從槍膛射出,且每分鐘連續(xù)發(fā)射子彈120顆,則在射擊時(shí)機(jī)槍手需用多大的力抵住機(jī)槍?
12.質(zhì)量為1kg的物體從離地面5m高處自由下落。與地面碰撞后。上升的最大高度為3.2m,設(shè)球與地面作用時(shí)間為0.2s,則小球?qū)Φ孛娴钠骄鶝_力為多大?
第五篇:沖量和動(dòng)量、動(dòng)量定理 教案示例
沖量和動(dòng)量、動(dòng)量定理
教案示例
一、教學(xué)目標(biāo)
1.理解和掌握沖量的概念,強(qiáng)調(diào)沖量的矢量性。
2.理解和掌握動(dòng)量的概念,強(qiáng)調(diào)動(dòng)量的矢量性,并能正確計(jì)算—維空間內(nèi)物體動(dòng)量的變化。3.學(xué)習(xí)動(dòng)量定理,理解和掌握沖量和動(dòng)量改變的關(guān)系。
二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析
有了力、時(shí)間、質(zhì)量和速度的概念,為什么還要引入沖量和動(dòng)量的概念?理解沖量、動(dòng)量的概念。理解動(dòng)量定理的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式。
沖量和動(dòng)量都是矢量,使用這兩個(gè)物理量時(shí)要注意方向性。
三、主要教學(xué)過程
(一)引入新課
力是物體對物體的作用。力F對物體作用一段時(shí)間t,力F和所用時(shí)間t的乘積有什么物理意義?
質(zhì)量是物體慣性的量度,是物體內(nèi)在的屬性。速度是物體運(yùn)動(dòng)的外部特征。物體的質(zhì)量與它運(yùn)動(dòng)速度的乘積有什么物理意義?
這就是我們要講的沖量和動(dòng)量。
四、教學(xué)過程設(shè)計(jì) 1.沖量
力是產(chǎn)生加速度的原因。如果有恒力F,作用在質(zhì)量為m、靜止的物體上,經(jīng)過時(shí)間t,會產(chǎn)生什么效果呢?由Ft=mat=mv看出,力與時(shí)間的乘積Ft越大,靜止的物體獲得的速度v就越大; Ft越小,物體的速度就越小。
由公式看出,如果要使靜止的物體獲得一定的速度v,力大,所用時(shí)間就短;力小,所用時(shí)間就長一些。力和時(shí)間的乘積在改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方面,具有一定的物理意義。明確:力F和力作用時(shí)間t的乘積,叫做力的沖量。用I表示沖量,I=Ft。寫出:I=Ft
力的國際單位是牛,時(shí)間的國際單位是秒,沖量的國際單位是?!っ?,國際符號是N·s。寫出:(l)單位:N·s
力是矢量,既有大小,又有方向;沖量也既有大小,又有方向。沖量也是矢量。寫出:(2)沖量是矢量
沖量的方向由力的方向確定。如果在力的作用時(shí)間內(nèi),力的方向保持不變,則力的方向就是沖量的方向。如果力的方向在不斷變化,如一繩拉一物體做圓周運(yùn)動(dòng),則繩的拉力在時(shí)間t內(nèi)的沖量,就不能說是力的方向就是沖量的方向。對于方向不斷變化的力的沖量,其方向可以通過動(dòng)量變化的方向間接得出。學(xué)習(xí)過動(dòng)量定理后,自然也就會明白了。
說明:計(jì)算沖量時(shí),一定要注意計(jì)算的是一個(gè)力的沖量,還是合力的沖量。
例1:以初速度v0。豎直向上拋出一物體,空氣阻力不可忽略。關(guān)于物體受到的沖量,以下說法中正確的是 [
]
A.物體上升階段和下落階段受到重力的沖量方向相反 B.物體上升階段和下落階段受到空氣阻力沖量的方向相反
C.物體在下落階段受到重力的沖量大于上升階段受到重力的沖量 D.物體從拋出到返回拋出點(diǎn),所受各力沖量的總和方向向下
分析:物體在整個(gè)運(yùn)動(dòng)中所受重力方向都向下,重力對物體的沖量在上升、下落階段方向都向下,選項(xiàng)A錯(cuò)。
物體向上運(yùn)動(dòng)時(shí),空氣阻力方向向下,阻力的沖量方向也向下。物體下落時(shí)阻力方向向上,阻力的沖量方向向上。選項(xiàng)B正確。
在有阻力的情況下,物體下落的時(shí)間t2比上升時(shí)所用時(shí)間t1大。物體下落階段重力的沖量mgt2大于上升階段重力的沖量mgt1,選項(xiàng)C正確。
在物體上拋的整個(gè)運(yùn)動(dòng)中,重力方向都向下。物體在上升階段阻力的方向向下,在下落階段雖然阻力的方向向上,但它比重力小。在物體從拋出到返回拋出點(diǎn)整個(gè)過程中,物體受到合力的沖量方向向下,選項(xiàng)D正確。
綜上所述,正確選項(xiàng)是B、C、D。
要注意的是,沖量和力的作用過程有關(guān),沖量是由力的作用過程確定的過程量。2.動(dòng)量
運(yùn)動(dòng)物體與另一個(gè)物體發(fā)生作用時(shí),作用的效果是由速度決定,還是由質(zhì)量決定,還是由質(zhì)量和速度共同決定?
提出問題:以10m/s的速度運(yùn)動(dòng)的球,能不能用頭去頂? 回答是:足球,就能去頂;鉛球,則不能。質(zhì)量20g的小物體運(yùn)動(dòng)過來,能不能用手去接?
回答是:速度小,就能去接。速度大,如子彈,就不能。
在回答上面問題的基礎(chǔ)上,可歸納出:運(yùn)動(dòng)物體作用的效果,它的動(dòng)力學(xué)特征由運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度共同決定。
明確:運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動(dòng)量。動(dòng)量通常用字母p表示。寫出:p=mv
質(zhì)量的國際單位是千克,速度的國際單位是米每秒。動(dòng)量的國際單位是千克米每秒,國際符號是km·m·s-1。
寫出:(l)單位:kg·m·s-1
質(zhì)量均為m的兩個(gè)物體在水平面上都是由西向東運(yùn)動(dòng),同時(shí)撞到一個(gè)靜止在水平面上的物體,靜止的物體將向東運(yùn)動(dòng)。如果這兩個(gè)物體一個(gè)由東向西,一個(gè)由西向東運(yùn)動(dòng),同時(shí)撞到靜止在水平面上的物體,這個(gè)物體可能還靜止不動(dòng)??梢妱?dòng)量不僅有大小,而且還有方向。動(dòng)量是矢量,動(dòng)量的方向由速度方向確定。
寫出:(2)動(dòng)量是矢量,動(dòng)量的方向就是速度的方向。
動(dòng)量是矢量,在研究動(dòng)量改變時(shí),一定要注意方向。如果物體沿直線運(yùn)動(dòng),動(dòng)量的方向可用正、負(fù)號表示。
例2:質(zhì)量為m的小球以水平速度v垂直撞到豎直墻壁上后,以相同的速度大小反彈回來。求小球撞擊墻壁前后動(dòng)量的變化。
解:取反彈后速度的方向?yàn)檎较颉E龊笮∏虻膭?dòng)量p'=mv。碰前速度v的方向與規(guī)定的正方向反向,為負(fù)值。碰前動(dòng)量p=-mv。小球動(dòng)量的改變大小為
p'-p=mv-(-mv)=2mv
小球動(dòng)量改變的方向與反彈后小球運(yùn)動(dòng)方向同向。3.動(dòng)量定理
在前面講沖量時(shí),已經(jīng)得出Ft=mv的關(guān)系。這說明物體在沖量作用下,靜止的物體動(dòng)量變化與沖量的關(guān)系。
沖量和動(dòng)量之間究竟有什么關(guān)系?在恒力F作用下,質(zhì)量為m的物體在時(shí)間t內(nèi),速度由v變化到v'。根據(jù)牛頓第二定律,有F=ma
式中F為物體所受外力的合力。等式兩邊同乘時(shí)間t,F(xiàn)t=mat=mv'-mv
式子左側(cè)是物體受到所有外力合力的沖量,用I表示。mv和mv'是沖量作用前、作用后的動(dòng)量。分別用p和p'表示。p'-p是物體動(dòng)量的改變,又叫動(dòng)量的增量。等式的物理意義是:物體動(dòng)量的改變,等于物體所受外力沖量的總和。這就是動(dòng)量定理。用公式表示:
寫出:I=p'-p
例3:質(zhì)量2kg的木塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2,木塊在F=5N的水平恒力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)。g=10m/s2,求恒力作用木塊上10s末物體的速度。
解法1:恒力作用下的木塊運(yùn)動(dòng)中共受到豎直向下的重力mg,水平面向上的支持力N,沿水平方向的恒力F和摩擦力,如圖所示。木塊運(yùn)動(dòng)的加速度
木塊運(yùn)動(dòng)10s的速度
vt=at=0.5×10m/s=5m/s
解法2:木塊的受力分析同上。在10s內(nèi)木塊所受合力的沖量I=Ft-ft。
木塊初速度是零,10s末速度用v表示。10s內(nèi)木塊動(dòng)量的改變就是mv。根據(jù)動(dòng)量定理I=mv,10s末木塊的速度
兩種解法相比較,顯然利用動(dòng)量定理比較簡單。動(dòng)量定理可以通過牛頓第二定律和速度公式推導(dǎo)出來,繞過了加速度的環(huán)節(jié)。用動(dòng)量定理處理和時(shí)間有關(guān)的力和運(yùn)動(dòng)的問題時(shí)就比較方便。
(三)課堂小結(jié)
1.力和時(shí)間的乘積,或者說力對時(shí)間累積的效果叫沖量。力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因,沖量是改變物體動(dòng)量的原因。
動(dòng)量是描述運(yùn)動(dòng)物體力學(xué)特征的物理量,是物理學(xué)中相當(dāng)重要的概念。這一概念是單一的質(zhì)量概念、單一的速度概念無法替代的。
2.動(dòng)量定理反映了物體受到所有外力的沖量總和和物體動(dòng)量的改變在數(shù)值和方向上的等值同向關(guān)系。3.沖量、動(dòng)量都是矢量,動(dòng)量定理在使用時(shí)一定要注意方向。物體只在一維空間中運(yùn)動(dòng),各力也都在同一直線時(shí),動(dòng)量、沖量的方向可用正、負(fù)號表示。
五、說明
運(yùn)動(dòng)具有相對性。動(dòng)量也具有相對性。在中學(xué)階段,我們只討論以地面為參照系的動(dòng)量。