高二物理人教版选修3-5动量和动量定理
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《动量和动量定理》教学设计一、教材分析《动量和动量定理》是人教版高中物理选修3-5十六章第二节的内容。
从教材编排上看,它是牛顿运动定律及动能定理之后,在动量守恒定律之前。
因此不仅是对牛顿第二定律等知识的巩固运用,同时也为后面学习动量守恒定律打下了坚实的基础。
从教材内容上看,《动量和动量定理》是牛顿第二定律的进一步展开。
它侧重于力在时间上的累积效果,为解决力学问题开辟了新的途径,尤其是打击和碰撞类的问题。
所以动量定理知识与人们的日常生活,生产技术和科学研究有着密切的关系,因此学习这部分知识有着重要意义。
二、学习情况分析在高一时,学生已经掌握了牛顿第二定律,又在上一节的学习中初步接触了碰撞中的守恒量,这些知识为本节课的学习奠定了基础。
此外,经过前面的学习,学生已经建立起一定的实验观察能力、抽象思维能力和探究学习能力,而且还掌握了通过建立物理模型探究物理现象的方法。
这也是本节所要强调的、学习和研究动量定理的方法。
由于学生具有这样的知识基础、能力水平和物理思维与方法,再加上他们对未知新事物有较强的探究欲望,所以要掌握动量定理是完全能够实现的。
三、设计思想本节课以教师为主导、学生为主体,运用“建立情境→引导→探究”模式进行教学。
通过生活实例引入课题,激发学生的兴趣。
通过创设物理情境、建立物理模型归纳得出动量定理,并对其进行理解。
运用动量定理解释日常生活中的物理现象,培养学生理论联系实际的能力。
在课堂上鼓励学生主动参与、主动探究、主动思考、主动实践,在教师合理、有效的引导下进行学习,充分体现探究的过程与实现对学生探究能力培养的过程。
四、教学目标知识与技能(1)理解和掌握动量的概念,并能正确计算物体动量的变化。
(2)理解和掌握冲量的概念,强调冲凉的矢量性。
(3)理解动量定理的确切含义,知道动量定理适用于变力。
(4)会用动量定理解释有关生活现象和计算有关的问题。
过程与方法(1)通过对动量定理的探究过程,尝试用科学探究的方法研究物理问题,认识建立物理模型在物理学研究中的意义。
选修3-5知识汇总一、动量1.动量:p =mv {方向与速度方向相同}2.冲量:I =Ft {方向由F 决定}3.动量定理:I =Δp 或Ft =mv t –mv o {Δp:动量变化Δp =mv t –mv o ,是矢量式}4.动量守恒定律:p 前总=p 后总或p =p ’也可以是/22/112211v m v m v m v m +=+ 5.(1)弹性碰撞: 系统的动量和动能均守恒'2'1221121v m v m v m v m +=+ ① 2'222'1122221121212121v m v m v m v m +=+ ② 1211'22v m m m v +=其中:当2v =0时,为一动一静碰撞,此时 (2)非弹性碰撞:系统的动量守恒,动能有损失'2'1221121v m v m v m v m +=+(3)完全非弹性碰撞:碰后连在一起成一整体 共v m m v m v m )(212211+=+,且动能损失最多6. 人船模型——两个原来静止的物体(人和船)发生相互作用时,不受其它外力,对这两个物体组成的系统来说,动量守恒,且任一时刻的总动量均为零,由动量守恒定律,有mv1 = MV2 (注意:几何关系) 注: (1)正碰又叫对心碰撞,速度方向在它们“中心”的连线上;(2)以上表达式除动能外均为矢量运算,在一维情况下可取正方向化为代数运算;(3)系统动量守恒的条件:合外力为零或系统不受外力,则系统动量守恒(碰撞问题、爆炸问题、反冲问题等); (4)碰撞过程(时间极短,发生碰撞的物体构成的系统)视为动量守恒,原子核衰变时动量守恒;(5)爆炸过程视为动量守恒,这时化学能转化为动能,动能增加; 思考1:利用动量定理和动量守恒定律解题的步骤是什么? 思考2:动量变化Δp 为正值,动量一定增大吗?(不一定) 思考3:两个物体组成的系统动量守恒,其中一个物体的动量增大,另一个物体的动量一定减小吗?动能呢?(不一定)思考4:两个物体碰撞过程遵循的三条规律分别是什么?思考5:一动一静两个小球正碰撞,入射球和被撞球的速度范围怎样计算?思考6:有哪些模型可视为一动一静弹性碰撞?有哪些模型可视为人船模型?人船模型存在哪些特殊规律? 思考7:同样是动量守恒,碰撞,爆炸,反冲三者有何不同?(有弹簧的弹性势能或火药的化学能,或者人体内的化学能转化为动能的情况下,总动能增大) 二、波粒二象性1、1900年普朗克能量子假说,电磁波的发射和吸收是不连续的,而是一份一份的E=hv2、赫兹发现了光电效应,1905年,爱因斯坦量解释了光电效应,提出光子说及光电效应方程3、光电效应① 每种金属都有对应的c ν和W 0,入射光的频率必须大于这种金属极限频率才能发生光电效应 ② 光电子的最大初动能与入射光的强度无关,光随入射光频率的增大而增大(0W h E Km -=ν)。
人教版高中选修3-5 第16章第2节动量和动量定理教案高二物理《动量和动量定理》教学设计一、教材分析本节课是人教版选修3-5第十六章第二节内容,本节的内容为“动量和动量定理”,本节分两课时来完成,这节课为第一课时。
也是本章的重点内容,是第一节“实验:探究碰撞中的守恒量”的继续,同时又为第三节“动量守恒定律”奠定了基础,所以“动量定理”有承前启后的作用。
“动量定理”是牛顿第二定律的进一步展开。
它侧重于力在时间上的累积效果,为解决力学问题开辟了新途径,尤其是打击和碰撞类的问题。
动量定理的知识与人们的日常生活,生产技术和科学研究有着密切的关系,因此学习这部分知识有着广泛的现实意义。
二、学情分析学生已经掌握了动量概念,会运用牛顿第二定律和运动学公式等,为本节课的学习打下了坚实的基础。
高中生思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡,因此在教学中需要以一些感性认识为依托,加强直观性和形象性,以便学生理解,因此在教学中多让学生参与利用动量定理解释生活中的有关现象,加强学生思维由形象到抽象的过渡。
三、教学目标知识与技能:1.理解动量的变化和冲量的定义;2.理解动量定理的含义和表达式,理解其矢量性;学生在学习过程中的主体地位,通过自主学习、多元互动提升学生的学习能力。
1.本节从“鸡蛋自由下落”的情景引入,可以激发学生学习的兴趣,在课程学习中通过分析两鸡蛋着地时间,得出一个摔破而另一个完好无损的原因两者相呼应。
这种情景导入的目的在于引起学生的有意注意,激发学生的兴趣和求知欲望。
2.在课堂上通过学生的互相讨论,把学生的思维充分地调动起来,让他们主动参与学习,成为学习的主人。
从而使复杂性的内容演变成简单易懂的内容。
并加以多媒体课件,最大限度地发挥学生的主动性和创造性,提高他们的思维能力和观察能力,同时教师的适当总结,使他们对知识有了更深更全面的认识。
3. 在反馈拓展环节,针对蹦极、运输苹果码头的轮胎等现象进行相关讨论,同时拓展到对建筑工人保护的问题,结合科技前沿对学生进行情感教育,开阔学生视野。
动量和动量定理
重/难点
重点:动量、冲量的概念,动量定理的应用。
难点:动量、冲量的矢量性。
重/难点分析
重点分析:物体的质量和速度的乘积叫做动量。
力和力的作用时间的乘积叫做冲量。
动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。
这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量(或者说是物体所受各外力冲量的矢量和)。
难点分析:动量是矢量,它的方向和速度的方向相同。
冲量是矢量,它的方向由力的方向决定(不能说和力的方向相同)。
如果力的方向在作用时间内保持不变,那么冲量的方向就和力的方向相同。
如果力的方向在不断变化,如绳子拉物体做圆周运动,则绳的拉力在时间t内的冲量,就不能说是力的方向就是冲量的方向。
对于方向不断变化的力的冲量,其方向可以通过动量变化的方向间接得出。
突破策略
一、动量概念及其理解
(1)定义:物体的质量及其运动速度的乘积称为该物体的动量p=mv
(2)特征:①动量是状态量,它与某一时刻相关;
②动量是矢量,其方向与物体运动速度的方向相同。
(3)意义:速度从运动学角度量化了机械运动的状态,动量则从动力学角度量化了机械运动的状态。
二、冲量概念及其理解
(1)定义:某个力与其作用时间的乘积称为该力的冲量I=F△t
(2)特征:①冲量是过程量,它与某一段时间相关;
②冲量是矢量,对于恒力的冲量来说,其方向就是该力的方向。
(3)意义:冲量是力对时间的累积效应。
对于质量确定的物体来说,合外力决定着其速度将变多快;合外力的冲量将决定着其速度将变多少。
对于质量不确定的物体来说,合外力决定着其动量将变多快;合外力的冲量将决定着其动量将变多少。
三、关于冲量的计算
(1)恒力的冲量计算
恒力的冲量可直接根据定义式来计算,即用恒力F乘以其作用时间△t而得。
(2)方向恒定的变力的冲量计算。
如力F的方向恒定,而大小随时间变化的情况
1中阴
(4)合力的冲量计算
几个力的合力的冲量计算,既可以先算出各个分力的冲量后再求矢量和,又可以先算各个分力的合力再算合力的冲量。
四、动量定理
(1)表述:物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化
=∆
I P
∑∆='-=∆
·
F t mv mv p
(2)导出:动量定理实际上是在牛顿第二定律的基础上导出的,由牛顿第二定律
F=ma
两端同乘合外力F的作用时间△t,即可得
()00
==-=-
F t ma t m v v mv mv
(3)动量定理的意义:
①动量定理表明冲量是使物体动量发生变化的原因,冲量是物体动量变化的量度。
这里所说的冲量必须是物体所受的合外力的冲量。
②动量定理给出了冲量(过程量)和动量变化(状态量)间的互求关系。
③实际上现代物理学把力定义为物体动量的变化率:
/(这也是牛顿第二定律的动量形式)
F p t
∑=∆∆
④动量定理的表达式是矢量式。
在一维的情况下,各个矢量必须以同一个规定的方向决定其正负。
(4)动量定理的特点:
①矢量性:合外力的冲量·F t
∑∆与动量的变化量Δp均为矢量,规定正方向后,在一条直线上矢量运算变为代数运算;
②相等性:物体在时间Δt内物体所受合外力的冲量等于物体在这段时间Δt 内动量的变化量;因而可以互求。
③独立性:某方向的冲量只改变该方向上物体的动量;
④广泛性:动量定理不仅适用于恒力,而且也适用于随时间而变化的力。
对于变力,动量定理中的力F 应理解为变力在作用时间内的平均值;不仅适用于单个物体,而且也适用于物体系统。
(5)利用动量定理解题的步骤:
①明确研究对象和研究过程。
研究对象可以是一个物体,也可以是质点组。
如果研究过程中的各个阶段物体的受力情况不同,要分别计算它们的冲量,并求它们的矢量和。
②进行受力分析。
研究对象以外的物体施给研究对象的力为外力。
所有外力之和为合外力。
研究对象内部的相互作用力不影响系统的总动量,不包括在内。
③规定正方向。
由于力、冲量、速度、动量都是矢量,所以列式前要先规定一个正方向,和这个方向一致的矢量为正,反之为负。
④写出确定研究对象的初、末动量和合外力的冲量(或各个外力的冲量的矢量和)。
注意要把12v v 和换成相对于同一惯性参照系的速度);
⑤根据动量定理列式求解21–Ft mv mv ∑=
例1. 如图所示,PQS 是固定于竖直平面内的光滑的14
圆周轨道,圆心O 在S 的正上方。
在O 、P 两点各有一质量为m 的小物块a 和b ,从同时刻开始,a 自由下落,b 沿圆弧下滑。
以下说法正确的是( )
Q
O P
S A. a 比b 先到达S ,它们在S 点的动量不相等
B. a 与b 先到达S ,它们在S 点的动量不相等
C. a 比b 先到达S ,它们在S 点的动量相等
D. b 比a 先到达S ,它们在S 点的动量相等
解析:a 做自由落体运动,
a t =
b 做变速圆周运动,当摆角很小时可视为振动处理,
c t =
4T
=124⨯
当摆角不是很小时,可以推知,时间b t 不会比c t 小,所以a b t t <;
根据机械能守恒得知,a 、b 到达S 的速度大小相等,但方向不同,动量mv 大小相等,但方向不同,故A 选项正确。
例2.一质量为m 的小球,以初速度0v 沿水平方向射出,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。
已知反弹速度的大小是入射速度大小的34
,求在碰撞中斜面对小球的冲量大小。
解析:小球在碰撞斜面前做平抛运动。
设刚要碰撞斜面时小球速度为v ,由题意,v 的方向与竖直线的夹角为30°,且水平分量仍为0v ,如图。
由此得
v =20v ①
碰撞过程中,小球速度由v 变为反向的34
v 。
碰撞时间极短,
可不计重力的冲量,由动量定理,斜面对小球的冲量为 3()4I m v mv =+ ②
由①、②得 072I m v = ③ 突破反思
将一些重要的结论、公式写在黑板上。
这样不仅能突出重点,而且方便学生最后做课堂总结。
科学从生活中来,又到生活中去,只有将理论和实践联系起来,科学才是有血有肉、有生命的,否则科学知识就是枯燥无味的东西,学生怎会感兴趣呢?。