動量和沖量的涵義概念:
一、知識框架
概念
沖量概念動量概念
定義:力對時間的累積定義式:介凡定義:質量與速率之積定義式:刀=饑刀
規律
動量定律動量守恒
合外力的沖量等于動量的改變量:I=卻合外力為O,動量守恒:片O~如司
碰撞過程反沖過程
兩個運動物體之間的短暫的作用過程靜止物體因內部作用而反向運動的過程
動量
二、單元概述
出于某種考慮,本單元的相關內容被界定到《物理?必修3一5》模塊而獨立成章,但從數學學分支的知識體系來看,動量的相關知識無疑仍應隸屬熱學范疇.在“新課標”的統領下,教材通過呈現內容和呈現形式而控制著整體難度:從探究碰撞過程中的“不變量”人手,直接給出“動量守恒定理”;簡略闡述“動量守恒定理”與“牛頓運動定理”間的關系;應用“動量守恒定理”解決現實中的碰撞問題和解釋生活中的反沖現象;最后再利用于“動量”概念表示“牛頓第二定理”,因而把“動量”的相關知識列入熱學知識體系.
本單元是《物理?必修3一5》模塊的知識,所對應的《普通中學數學課程標準》的相關條目如下.
條目1:探究物體彈性碰撞的一些特性.曉得彈性碰撞和非彈性碰撞.條目2:通過實驗,理解動量和動量守恒定理.能用動量守恒定理定量剖析一維碰撞問題.曉得動量守恒定理的普遍意義.條目3:通過化學學中的守恒定理,感受自然界的和諧與統一
三、要點分析
1.“沖量”與“動量”概念的引入
如欲將某一概念引人物理學,則相應的前提是:被引人的概念能否準確地敘述某種特定的化學意義.對于“沖量”與“動量”概念的引人,實際上就是因為相應概念確實才能抒發某種特定的化學意義.
首先請細心考察下表所給出的特定條件下個別化學量的數學意義.
特定條件質量確定質量確定質量不定質量不定
特定條件下個別化學量的意義力(F)決定物體速率(的變化多快(么訓么t)力與時間之積(凡)決定物體速率(動變化多少(△幼力(F)決定物體質量與速率之積〔m動變化多快(△m訓么,)力與時間之積(Ft)決定物體質量與速率之積(m動變化多少(△m動
假如說力(F)的瞬時作用促使物體的運動發生變化,這么它只能決定“變化快慢”;假如要明晰運動的“變化多少”,則必須以力(F)對時間(t)的累積(Ft)來反映.基于此我們定義了“沖量”的概念,假如說速率(幼量化了物體的運動狀態,這么它只被局限于從“運動學”角度施行量化;假如要從“動力學”角度對運動施行量化,則必須以質量(次)與速率(動的乘積(m動來抒發.基于此我們引人了“動量”的概念。
2.“沖量”與“動量”概念的意義
在針對“沖量”與“動量”概念引人的上述描述中,實際上早已把相應的數學意義詳述清楚了:“沖量”,在物體質量確定的前提下從“運動學”角度反映了物體運動的“變化多少”,在物體質量不確定的前提下從“動力學”角度反映了物體運動的“變化多少”;“速度”從“運動學”角度描述了物體的“運動狀態”,而“動量”則從“動力學”角度描述了物體的“運動狀態”.
3.“沖量”與“動量”概念的特點
把“沖量”與“動量”概念的相應特點作比較,力對時間的累積:I?Ft質量與速率的乘積:戶一7兒二
共性特點矢量性:恒力的沖量方向即力的方向矢量性:動量的方向與速率方向相同
個性差別過程量狀態量
4.“沖量”與“動量”概念間的關系
在作為“過程量”的“沖量”與作為“狀態量”的“動量”間所構建起的關系為:物體所受合外力在某一過程中的沖量等于物體在該過程中的動量變化量沖量和動量定理有什么關系,即I一合p.
上述關系被稱為“動量定律”.
5.“碰撞過程”研究
(1)碰撞過程的基本概念
所謂“碰撞過程”是指:兩個運動物體間的短暫互相作用過程.所謂“正碰撞過程”是指:互相作用前后兩物體的運動速率共線的碰撞過程.
/'2'/
、課程中學、師、。.化學
(2)碰撞過程的基本特點
碰撞過程的兩個基本特點是:第一,碰撞雙方互相作用的時間極短(△t~。);第二,碰撞雙方互相作用的內力遠小于外力(F內》凡卜).
(3)碰撞過程的共性規律
因為碰撞過程所受外力不大,又因為碰撞過程所經歷時間極短,所以碰撞過程所遵守的共性規律是動量守恒定理.即
m,防。+,二藝仇。一ml二:+m:跳.
(4)碰撞過程的幾種類型
碰撞類型的界定,可以分別從“形變恢復情況”和“動能損失情況”這兩種情況來施行,而兩種界定標準恰恰是相對應、相吻合的,如下表所示.
碰撞類型彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞
碰撞過程中發生的形變在碰撞結束時完全恢復碰撞過程中發生的形變在碰撞結束時不完全恢復碰撞過程中發生的形變在碰撞結束時完全不恢復
動能損失情況動能沒有損失動能有損失動能損失最多
(5)碰撞過程的兩個極端
從形變恢復情況來看:彈性碰撞的形變完全恢復沖量和動量定理有什么關系,碰撞雙方互相作用的過程最長,是所有碰撞情況中的一個極端;完全非彈性碰撞的形變完全不恢復,碰撞雙方互相作用的過程最短,是所有碰撞情況中的另一個極端.
從動能損失情況來看:彈性碰撞的動能沒有損失,即碰撞過程中的動能損失取得最小值,是所有碰撞情況中的一個極端;完全非彈性碰撞的動能損失最多,即碰撞過程中的動能損失取得最大值,是所有碰撞情況中的另一個極端.
(6)碰撞過程的三種阻礙
任何過程都要遭到個別阻礙,碰撞過程也不例外.碰撞過程所遭到的阻礙有三:第一,“動量阻礙”,即碰撞過程中碰撞雙方的總動量必守恒;第二,“動能阻礙”,即純機械碰撞中碰撞雙方的總動能絕不會降低;第三,“運動阻礙”,即碰撞前后碰撞雙方的運動情況必須合理.
(7)彈性正碰的兩個特點
對于最為特殊的彈性正碰撞,有兩個基本特點:第一,彈性正碰時,碰撞雙方碰撞前后的相對速率等值反向(即認。一跳。一二2一刀,);第二,質量相等的物體發生彈性正碰后速率互換(即二,一姚。,達一認。).
(8)碰撞間題的實例剖析。