(1)物體動量的增量
△p=p′-p=103×8-103×5=3×103千克·米/秒
(2)根據動量定理可知:
F合·△t=△p
(3)根據力的合成可知:
F合=F-f
∴牽引力F=F合+f=F合+Kmg
=1.5·103+0.01·103·9.8=1598(牛頓)
答:汽車所受到的牽引力為1598牛頓.
教師講述:本題也可以應用牛頓第二定律,但在已知力的作用時間的情況下,應用動量定理比較簡便.
例2.一個質量5千克的物體以4米/秒的速度向右運動,在一恒力作用下,經過0.2秒其速度變為8米/秒向左運動.求物體所受到的作用力.
已知:物體的質量m=5千克;
物體的初速度v=4米/秒(以初速度的方向規定為矢量的正方向).
物體的末速度v′=-8米/秒(因為末速度的方向與初速度的方向相反,故為負值.)
力的作用時間△t=0.2秒
求:物體所受到的作用力.
解:根據題意可以畫出物體的動力學分析圖,如圖9-16所示.
物體動量的增量△p.
△p=p′-p=mv′-mv=[5·(-8)-5·4]千克·米/秒
=-60千克·米/秒
動量增量的方向朝左,自然,衝量的方向也朝左.
根據動量定理可知:
負號表示作用力的方向朝左.
答:物體所受到的作用力為300牛頓,方向朝左.
例3.一個質量為200克的皮球,以10米/秒的速度垂直地碰撞到豎直牆壁上,又以10米/秒的速度反彈回來.假定皮球與牆壁的接觸時間為0.01/秒.求皮球對牆壁的平均作用力.
已知:皮球的質量m=200克=0.2千克;
初速度v=10米/秒(我們以初速度v的方向規定為矢量的正方向).
末速度v′=-10米/秒(因為反彈回來,其速度方向與矢量正方向相反,故為負值.)
力的作用時間△t=0.01秒
求:牆壁所受到的平均作用力F′.
解:題目要求我們求牆壁所受到的作用力F′.但是我們隻能首先選取皮球為研究對象,先求牆壁對皮球的作用力F.
根據題意可以畫出力的分析圖,如圖9-17所示.
皮球的動量的增量△p.
△p=p′-p=mv′-mv=0.2·(-10)-0.2·10
=-4千克·米/秒.
根據動量定理可知:
根據牛頓第三定律,牆壁給與皮球的作用力F和皮球給與牆壁的作用力F′是一對作用力和反作用力,因此F′=-F=-(-400)=400牛頓.
答:皮球對牆壁的作用力大小為400牛頓,方向跟皮球的碰撞速度方向相同.
教師講述:我們通過動量定理可知,一個物體所受到的衝量等於動量的增量.因此有的題目要求衝量,而實際上先求動量的增量△p,因為F△T=△P,這樣有時省去很大麻煩.而在有的題目中要求動量的增量,而實際上可先求衝量,因為△p=F·△t,有時很省事.總之同學們要注意:受到一個衝量的物體必然產生動量的增量,一個物體動量發生改變必然是衝量作用的結果.
例4.一質量為200克的足球,以30米/秒的速度水平飛來,受到運動員施與的大小為10牛頓·秒方向跟初速度成135°的衝量之作用,求足球飛出的速度的大小和方向.
已知:足球的初動量
p=mv=0.2·30=6千克·米/秒.
(方向是水平朝右)
足球所受到的衝量F△t=10牛頓·秒(方向跟v成135°).
求:足球飛出的速度v′的大小和方向.
解:根據題意得出如圖9-18所示的示意圖.
根據動量定理可知:F△t=mv′-mv.
mv′=F△t+mv.
也就是說足球的末動量mv′是衝量跟初動量的矢量和.且:
答:足球飛出的速度v′大小為35.8米/秒,方向是和足球初速度的方向成98°40′.
布置作業:
高中物理上冊216頁.(2)此題是鞏固動能增量這一概念的.(3)訓練學生由動量的增量求衝量的能力.(4)此題是使學生在較複雜的情況下學會應用動量定理.
補充題:1.質量為500克的物體沿X軸運動,它的速度-時間圖象如圖9-19所示.求:
(1)由1秒到4秒這段時間內物體所受到的衝量.
(2)由1秒到4秒這段時間內作用力對物體所做的功.
教學小結:
1.這裏緊扣住教材層次分明的推導出了動量定理,使學生深刻地認識到:物體所受到的衝量和它的動量的增量之間有著密切聯係,這一點教學是成功的.
2.通過精選的四個例題分析,使學生初步掌握了動量定理的應用.但初動量,末動量和衝量這三個矢量的方向不在一條直線上的情況下的動量定理的應用學生尚未完全掌握,有待於下節課的探討.
三、研究電磁感應現象(高中必修課)
[教學目的]
1.探索感生電流產生的條件以及感生電流方向的確定.
2.培養學生根據實驗結果,探索、總結出物理規律的能力.
[實驗器材]電流計、條形磁鐵、馬蹄形磁鐵、各種線圈、電磁鐵、直流電源、變阻器等.
[教學課時]二課時
[教學過程]
(一)研究電流計指針偏轉與電流方向之間的關係.
1.首先指出,在做有關演示實驗之前,要判明所用的電流計指針的偏轉和電流方向之間的關係,要求學生注意觀察.
本次實驗課的內容都是定性實驗,目的是讓學生動手做實驗,觀察實驗現象,在多次實驗事實的基礎上,概括出實驗定律.組織好這種類型的課堂教學,對於調動學生學習的積極性,培養實驗能力,特別是探索物理規律的能力,很有好處.
2.要學生按圖9-20所示電路圖接好連接導線,分組做實驗,並把實驗結果記入表格一內.
表一
電流通入方向
指針偏轉方向
自左接線柱流入
自右接線柱流入
(二)閉合導線的一部分做切割磁力線的運動,觀察感生電流的產生並總結出用右手定則判定電流的方向.
整個實驗共分三個層次:第一個層次是直導線切割磁力線產生感生電流,這部分內容雖是初中學習過的,帶有複習性質,但還是很有必要的,在總結複習安培右手定則之後,著重講洛侖茲力對實驗結果的解釋.
1.按照圖9-21所示,使直導線AB在馬蹄形磁鐵兩極間做切割磁力線的運動,觀察感生電流的方向,把觀察結果記入表格二內.引導學生總結出電流方向、磁場方向和導線運動方向三者之間的關係,概括為右手定則.
表二
磁場方向
導線運動方向
AB導線中電流方向
結論
左
上
伸出右手,大拇指張開,讓磁力線穿過手掌心,則大拇指代表運動方向,其餘四指並攏代表電流方向.
左
上
右
下
右
下
2.導線切割磁力線的運動是指導線相對磁場的運動,若導線不動而讓磁場運動,使用右手定則時,仍以導線相對於磁場的運動方向作為導線的運動方向.
3.用洛侖茲力解釋感生電流的產生,如圖9-22.著重說明以下四點:
(1)金屬導體內有自由電子,而自由電子的定向運動形成導體中的電流;
(2)當導體以速度v向右運動時,導體中的自由電子隨之向右運動,等效於正電荷向左運動;