16.3《动量守恒定律》教案(新人教版选修3-5)
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人教版高中物理选修3-5第八章第三节动量守恒定律教学案教学目标一、知识目标1.理解动量守恒定律的确切含义和表达式.2.能用动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律.3.知道动量守恒定律的适用条件.二、能力目标1.能结合动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律,培养大家的逻辑推理能力.2.学会用动量守恒定律解释现象.锻炼同学理论联系实际、学以致用的能力.三、德育目标1.通过动量守恒定律的推导.培养学生实事求是的科学态度和严谨的推理方法;2.了解自然科学规律发展的深远意义及对社会发展的巨大推动作用.激发学生的积极向上的人生观、价值观.教学重点掌握动量守恒定律的推导、表达式、适用范围和守恒条件.教学难点正确判断系统在所研究的过程中动量是否守恒.教学方法实验法、推理归纳法、问题解决法、讨论法、分层教学法.教学用具投影仪、投影片、CAI课件,两个质量相等的小车,细线、弹簧、砝码、气垫导轨.课时安排1课时教学过程[投影本节学习目标和学法指导](一)学习目标1.知道什么叫系统,什么是系统的内力,什么是系统的外力.2.理解动量守恒定律的内容,知道得出动量守恒定律的数学表达式的条件.3.能通过在光滑水平面上的两球发生碰撞.推导出动量守恒定律的表达式.4.知道动量守恒定律的成立条件和适用范围.5.会应用动量守恒定律分析、计算有关问题(只限于一维的运动).(二)学法指导本节课同学们可通过实验探究、理论推导,应用解决实际问题的方法来学习动量守恒定律的内容,理解其真正的含意.[学习目标完成过程]一、复习导入[复习]学生采用接力的方式,回忆上节课学习的动量定理.[投影出示]学生可能回答的内容:1.动量定理的研究对象通常是一个物体.2.动量定理的内容是:物体所受合外力的冲量等于物体动量变化.3.表达式I 合=4.应用要点:①清楚物体受力.②抓住始末状态.[引入][播放录像片断]①人在船上向前走,船会后退②站在溜冰场上的两运动员.互推后都向后运动.③大炮发射炮弹时,炮身会向后退.[学生探究]上述现象有什么共性?在上述现象中的两物体间存在相互作用,并且它们的动量都发生了变化.[教师引入]本节课我们就一起来学习在发生上述现象的过程中所遵循的物理规律——动量守恒 定律.二、新课教学(一)动量守恒定律的验证[CAI 课件展示实验装置]12p p p -=∆在气垫导轨上放有两滑块,中间有一压缩的弹簧,用细线拴住两滑块(如图示):当烧断线后两滑块向相反方向滑开.基础知识学生观看演示实验后,回答下列问题:1.同学们观察到什么现象?2.两滑块为什么会向相反方向弹开?3.滑块弹开后各做什么运动?如何判断?4.如何确定两滑块的动量?需从实验中测定哪些物理量?学生观察实验后得出结论:1.从实验中可以看到,线烧断后,两滑块不再保持它们原来的静止状态,而要向相反的方向滑开.2.两滑块滑开的原因是由于在两块间存在有一压缩的弹簧(存在相互作用力),在弹簧的作用下都向相反方向滑开.3.两滑块滑开后都做匀速直线运动,因为从气垫导轨的刻度上可以看到,它们分别在相等时间内通过了相同的位移.4.物体的动量由其质量和运动速度的乘积来确定.在已知质量的前提下,需要通过实验来测量物体运动的速度.当速度测定后,即可计算出滑块的动量.深入探究让学生再观察一次实验,然后经分析、讨论后回答下列问题:1.烧断线后两滑块的总动量有何关系?2.若在滑块上固定不同的砝码,烧断线后它们的总动量有何关系?(实验演示)3.若在滑块2的前面加一固定挡板,烧断线后它们的总动量有何关系?4.综合前面实验,两滑块滑开后动量要相等应满足什么条件?学生观察实验后,经讨论得出结论:1.烧断线后通过对两滑块速度的测定.可知:滑块1和滑块2所具有的动量大小是相等的,其方向是相反的,即动量和为零.2.在滑块上固定上砝码后。
16.3 动量守恒定律知识与技能掌握运用动量守恒定律的一般步骤过程与方法知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题,并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点. 情感态度与价值观学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题,培养思维能力.教学重难点教学重点:运用动量守恒定律的一般步骤教学难点:动量守恒定律的应用.教学过程重难点一、动量守恒定律动量守恒定律1.系统、内力和外力.(1)系统.有相互作用的两个(或两个以上)的物体通常称为系统.(2)内力和外力.系统中各物体之间的相互作用力叫内力,系统外部其他物体对系统的作用力叫外力.注:内力和外力与系统的划分有关.例如甲、乙、丙三物体均有相互作用,如果以三个物体为系统,则甲、乙、丙相互之间的作用均为内力;如果以甲、乙两个物体为系统,则甲、乙间的相互作用为内力,丙对甲、乙的作用为外力.2.动量守恒定律.(1)动量守恒定律的表述和表达式.①定律表述:如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变.这就是动量守恒定律.②数学表达式:p =p ′.在一维情况下,对由A 、B 两物体组成的系统有:11221122m m m m +='+'v v v v(2)动量守恒定律的条件.①系统内的任何物体都不受外力作用,这是一种理想化的情形,如天空中两星球的碰撞,微观粒子间的碰撞都可视为这种情形.②系统虽然受到了外力的作用,但所受合外力都为零,像光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形,两物体所受的重力和支持力的合力为零.③系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时,系统的总动量近似守恒.抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间,火药的内力远大于其重力,重力完全可以忽略不计,动量近似守恒.两节火车车厢在铁轨上相碰时,在碰撞瞬间,车厢的作用力远大于铁轨给车厢的摩擦力,动量近似守恒.④系统所受的合外力不为零,即F外≠0,但在某一方向上合外力为零(F x=0或F y=0),则系统在该方向上动量守恒.特别提醒①m1、m2分别是A、B两物体的质量,v1、v2分别是它们相互作用前的速度,v1′、v2′分别是它们相互作用后的速度.②动量守恒定律的表达式是矢量式,解题时选取正方向后用正、负来表示方向,将矢量运算变为代数运算.③若物体A的动量增加Δp A,物体B的动量减少Δp B,则Δp A=Δp B.④动量守恒指整个作用过程中总动量没有变化,不是两个状态动量相等.对动量守恒定律的理解1.研究对象相互作用的物体组成的系统.2.对系统“总动量保持不变”的理解(1)系统在整个过程中任意两个时刻的总动量都相等,不能误认为只是初、末两个状态的总动量相等.(2)系统的总动量保持不变,但系统内每个物体的动量可能都在不断变化.(3)系统的总动量指系统内各物体动量的矢量和,总动量不变指的是系统的总动量的大小和方向都不变.3.表达式a.p=p′,表示系统的总动量保持不变;在一维情况下,对由A、B两物体组成的系统有:m1v1+m2v2=m1v′1+m2v′2.b.Δp1=-Δp2,表示一个物体的动量变化与另一个物体的动量变化大小相等、方向相反;c.Δp=0,表示系统的总动量增量为4.动量守恒定律的“五性”(1)条件性:动量守恒定律是有条件的,应用时一定要首先判断系统是否满足守恒条件.a.系统不受外力作用,这是一种理想化的情形,如宇宙中两星球的碰撞,微观粒子间的碰撞都可视为这种情形.b.系统虽然受到了外力的作用,但所受外力的和——即合外力为零.象光滑水平面上两物体的碰撞就是这种情形,两物体所受的重力和支持力的合力为零.零,即系统的总动量保持不变.c.系统所受的外力远远小于系统内各物体间的内力时,系统的总动量近似守恒.抛出去的手榴弹在空中爆炸的瞬间,弹片所受火药的内力远大于其重力,重力完全可以忽略不计,动量近似守恒.d.系统所受的合外力不为零,即F外≠0,但在某一方向上合外力为零(F x=0或F y=0),则系统在该方向上动量守恒.e.系统受外力,但在某一方向上内力远大于外力,也可认为在这一方向上系统的动量守恒.(2)矢量性:定律的表达式是一个矢量式.a.该式说明系统的总动量在任意两个时刻不仅大小相等,而且方向也相同.b.在求系统的总动量p=p1+p2+…时,要按矢量运算法则计算.(3)相对性:动量守恒定律中,系统中各物体在相互作用前后的动量,必须相对于同一惯性系,各物体的速度通常均为相对于地的速度.(4)同时性:动量守恒定律中p1、p2…必须是系统中各物体在相互作用前同一时刻的动量,p1′、p2′…必须是系统中各物体在相互作用后同一时刻的动量.(5)普适性:动量守恒定律不仅适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统.不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统.特别提醒(1)分析动量守恒时要着眼于系统,要在不同的方向上研究系统所受外力的矢量和.(2)要深刻理解动量守恒的条件.(3)系统动量严格守恒的情况是很少的,在分析守恒条件是否满足时,要注意对实际过程的理想化.典型例题如图所示,木板A质量m A=1kg,足够长的木板B质量m B=4kg,质量为m C=1kg的木块C置于木板B上,水平面光滑,B、C之间有摩擦,开始时B、C均静止,现使A以v0=12m/s的初速度向右运动,与B碰撞后以4m/s速度弹回.求:(1)B运动过程中的最大速度大小.(2)C运动过程中的最大速度大小.[答案](1)4m/s(2)3.2m/s[解析](1)A与B碰后瞬间,C的运动状态未变,B速度最大.由A、B系统动量守恒(取向右为正方向)有:m A v0+0=-m A v A+m B v B代入数据得:v B=4m/s.(2)B与C相互作用使B减速、C加速,由于B板足够长,所以B和C能达到相同速度,二者共速后,C速度最大,由B、C系统动量守恒,有m B v B+0=(m B+m C)v C代入数据得:v C=3.2m/s重难点二、应用动量守恒定律解题的基本步骤1.确定所研究的物体系:动量守恒定律是以两个或两个以上相互作用的物体系为研究对象,并分析此物体系是否满足动量守恒的条件.即这个物体系是否受外力作用,或合外力是否为零(或近似为零).显然动量守恒的物体系,其内力(即系统内物体间的相互作用力)仍然存在,这些相互作用的内力,使每个物体的动量变化,但这个物体系的总动量守恒.2.建立坐标系,选定方向:如果所研究的物体系中每个物体的动量都在同一直线上,则需选定某方向为正方向,以判断每个速度的正负;如果这些动量不是在同一直线上,则必须建立一个直角坐标系,并把各个速度进行正交分解,此时,只要某一个方向上(x方向或y方向)系统不受外力或合外力为零时,则有:m1v1x+m2v2x=m1v1x′+m2v2x′m1v1y+m2v2y=m1v1y′+m2v2y′3.确定参考系:如果所研究的物体系中的物体在做相对运动,此时应特别注意选定某一静止或匀速直线运动的物体作为参考系,定律中各项动量都必须是对同一参考系的速度.一般选地球为参考系.4.列方程,求解作答:按以上方法正确地确定相互作用前后速度的正负和大小后,列出正确的方程.即:m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′.保持方程两边单位一致的前提下,代入数据进行求解作答.应用动量守恒定律解题的基本步骤1.分析题意,合理地选取研究对象,明确系统是由哪几个物体组成的.2.分析系统的受力情况,分清内力和外力,判断系统的动量是否守恒.3.确定所研究的作用过程.选取的过程应包括系统的已知状态和未知状态,通常为初态到末态的过程,这样才能列出对解题有用的方程.4.对于物体在相互作用前后运动方向都在一条直线上的问题,设定正方向,各物体的动量方向可以用正、负号表示.5.建立动量守恒方程,代入已知量求解.典型例题如图所示,甲、乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏.甲和他的冰车的质量共为M=30kg,乙和他的冰车总质量也是30kg,游戏时,甲推着一个质量为m=15kg的箱子,和他一起以大小为v0=2.0m/s的速度滑行,乙以同样大小的速度迎面滑来,为了避免相撞,甲突然将箱子沿冰面推给乙,箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住.若不计冰面的摩擦力,求甲至少要以多大的速度(相对于地面)将箱子推出,才能避免与乙相撞.【审题指导】本题从动量守恒定律的应用角度看并不难,但需对两个物体的运动关系分析清楚(乙和箱子、甲的运动关系如何,才能不相撞).这就需要我们要将“不相撞”的实际要求转化为物理条件,即:甲、乙可以同方向运动,但只要乙的速度不小于甲的速度,就不可能相撞.[答案]5.2m/s,方向与甲的初速度方向相同[解析]如图所示,在甲推出箱子的过程中,甲和箱子组成的系统动量守恒.乙接到箱子并和乙一起运动的过程中,乙和箱子组成的系统动量也是守恒的,分别选甲、箱子为研究对象,箱子、乙为研究对象求解.要想刚好避免相撞,要求乙抓住箱子后与甲的速度正好相等.设甲推出箱子后的速度为v1,箱子的速度为v,乙抓住箱子后的速度v2.对甲和箱子,推箱子前后动量守恒,以初速度方向为正,由动量守恒定律:(M+m)v0=m v+M v1 ①对乙和箱子,抓住箱子前后动量守恒,以箱子初速方向为正,由动量守恒定律有:m v-M v0=(m+M)v2②刚好不相撞的条件是:v1=v2 ③联立①②③解得:v=5.2 m/s,方向与甲和箱子初速的方向一致.教学反思。
16.3 动量守恒定律教学目标1.理解动量守恒定律的内容2.动量守恒定律的条件3.动量守恒定律的应用重点难点:动量守恒定律的条件和应用教学方法:教师启发、引导,学生讨论、交流。
教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备教学过程:新课教学一、情景模拟及推导:1.几个概念:系统:相互作用的一组物体通常称为系统。
外力:系统内的物体受到系统外的物体的作用力。
内力:系统内物体间的相互作用力。
2、推导:情景见课件:推导过程:根据牛顿第二定律,碰撞过程中1、2两球的加速度分别是111m F a =,222m F a = 根据牛顿第三定律,F 1、F 2等大反向,即:F 1= -F 2所以:2211a m a m -=碰撞时两球间的作用时间极短,用t ∆表示,则有:111'a t -=∆v v ,222'a t-=∆v v 代入2211a m a m -=并整理得:11221122m m m 'm '+=+v v v v二、动量守恒定律:1、内容:一个系统不受外力或所受外力的合力为零,这个系统的总动量保持不变。
这个结论叫做动量守恒定律。
2、表达式:11221122m m m 'm '+=+v v v v (两个物体组成的系统)类比机械能守恒定律,还有其他的表达式吗?(学生讨论)p 1+ p 2= p 1′+ p 2′(p 1′- p 1)+(p 2′- p 2)= 0Δp 1= -Δp 23、定律的理解:矢量性。
动量是矢量,所以动量守恒定律的表达式为矢量式。
若作用前后动量都在一条直线上,要选取正方向,将矢量运算简化为代数运算。
相对性。
因速度具有相对性.其数值与参考系选择有关,故动量守恒定律中的各个速度必须是相对同—参考系的。
若题目不作特别说明,一般都以地面为参考系。
瞬时性。
动量是状态量,具有瞬时性。
动量守恒指的是系统内物体相互作用过程中任一瞬时的总动量都相同,故v l 、v 2必须时某同一时刻的速度,v l ′、v 2′必须是另同一时刻的速度。
动量守恒定律的应用 教案【学习目标】1、能用牛顿定律推导动量守恒定律2、了解不同类型的碰撞;知道弹性碰撞和非弹性碰撞的主要特征。
(重点与难点)【知识要点】一、动量守恒定律与牛顿运动定律问题情景:如图所示,在水平桌面上做匀速运动的两个小球,质量分别是m 1、m 2,沿着同一直线向相同的方向运动,速度分别是V 1和V 2,V 2>V 1。
当第二个小球追上第一个小球时两球碰撞。
碰后两球的速度分别是V 1′和V 2′。
碰撞过程中第一个小球所受第二个小球对它的作用力是F 1,第二个小球所受第一个小球对它的作用力是F 2.推导过程:根据牛顿第二定律,碰撞过程中1、2两球的加速度分别是 ,根据牛顿第三定律,F 1、F 2等大反响,即 网所以 碰撞时两球间的作用时间极短,用t ∆表示,则有=1a , =2a代入2211a m a m -=并整理得 这就是动量守恒定律的表达式二、碰撞的种类及特点1.弹性碰撞:动量守恒,机械能守恒规律:以质量为m 1速度为v 1的小球与质量为m 2的静止小球发生正面弹性碰撞为例,则有 m 1v 1=m 1v ′1+m 2v ′2 222111122111222m v m v m v ''=+ 解得:v ′1= ;v ′2=(1)当两球质量相等时,两球碰撞后交换速度(2)当质量大的球碰质量小的球时,碰撞后两球都向前运动.(3)当质量小的球碰质量大的球时,碰撞后质量小的球被反弹回来.2.非完全弹性碰撞:动量守恒,机械能有损失3.完全非弹性碰撞:碰后以共同速度运动;动量守恒,机械能损失最大五、碰撞及反冲现象的特点分析1.碰撞现象(1)动量守恒 (2) 碰撞后瞬间系统动能不增原则(3)速度要合理①若碰前两物体同向运动,则应有v 后>v 前,碰后原来在前的物体速度一定增大,在后的物体动量在原方向上不能增加;若碰后两物体同向运动,则应有v ′前≥v ′后.②碰前两物体相向运动,碰后两物体的运动方向不可能都不改变.2.反冲现象(1)物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动.(2)反冲运动中,相互作用力一般较大,通常可以用动量守恒定律来处理.(3)反冲运动中,其他形式的能转变为机械能,所以系统的总动能增加.【典型例题】例1. 质量m B =1kg 的平板小车B 在光滑水平面上以速度v 1=1m/s 向左匀速运动。
第十六章动量守恒定律本章课程标准:(1)探究物体弹性碰撞的一些特点。
知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
(2)通过实验,理解动量和动量守恒定律。
能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。
知道动量守恒定律的普遍意义。
(3)通过物理学中的守恒定律,体会自然界的和谐与统一。
物理学的任务是发现普遍的自然规律。
因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性,所以对于守恒量的寻求不仅是合理的,而且也是极为重要的研究方向。
——劳厄第1节实验探究碰撞中的不变量学习目标1、了解生产、生活中的碰撞现象。
2、经历两个物体碰撞前后会不会有什么物理量保持不变的猜想过程。
3、通过实验探究,经历寻找碰撞中“不变量”的过程,领会实验的基本思路,感悟自然界的和谐与统一。
4、提升实验技能,特别是数据采集和分析的能力。
问题的提出:举例说明生活中的各种碰撞现象。
演示小球的碰撞。
(1)一动碰一静:(2)……发现:碰撞前后速度变化,质量不同时,速度变化也不一样。
提出问题:碰撞前后会不会有什么物理量是保持不变的呢?按照一贯的思路,从简单到复杂,我们从研究最简单的碰撞开始我们的探究之路:一维碰撞:两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条运动。
猜想:(1)与物体运动相关的物理量有哪些?速度是矢量,实验中如何表达其方向?(2)碰撞前后哪个物理量可能是不变的?列举可能性:实验设计:碰撞有很多情形,我们需要将猜想的可能性放到各种碰撞情形下去验证,得出的结论才具有说服力。
根据猜想,需要测量的物理量有:____________________________________需要解决的三个问题:(1)如何保证一维碰撞?(2)怎样测量碰撞前后的速度?(3)如何制造多种碰撞情形?实验方案分析:采用课本P4,“参考案例一”。
(1)利用气垫导轨保证一维碰撞。
(2)利用光电计时装置,测量时间,计算速度。
(3)改变两滑块的初速度和滑块间的接触部分,实现多种情形的碰撞。
高中物理第十六章动量守恒定律3动量守恒定律素材选修3-5教案[5篇范例]第一篇:高中物理第十六章动量守恒定律3动量守恒定律素材选修3-5教案3动量守恒定律动量守恒定律和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。
最初它们是牛顿定律的推论,但后来发现它们的适用范围远远广于牛顿定律,是比牛顿定律更基础的物理规律,是时空性质的反映。
其中,动量守恒定律由空间平移不变性推出,能量守恒定律由时间平移不变性推出,而角动量守恒定律则由空间的旋转对称性推出。
定律特点矢量性动量是矢量。
动量守恒定律的方程是一个矢量方程。
通常规定正方向后,能确定方向的物理量一律将方向表示为“+”或“-”,物理量中只代入大小:不能确定方向的物理量可以用字母表示,若计算结果为“+”,则说明其方向与规定的正方向相同,若计算结果为“-”,则说明其方向与规定的正方向相反。
瞬时性动量是一个瞬时量,动量守恒定律指的是系统任一瞬间的动量和恒定。
因此,列出的动量守恒定律表达式m1v1+m2v2+…=m1v1ˊ+m2v2ˊ+…,其中v1,v2…都是作用前同一时刻的瞬时速度,v1ˊ,v2ˊ都是作用后同一时刻的瞬时速度。
只要系统满足动量守恒定律的条件,在相互作用过程的任何一个瞬间,系统的总动量都守恒。
在具体问题中,可根据任何两个瞬间系统内各物体的动量,列出动量守恒表达式。
相对性物体的动量与参考系的选择有关。
通常,取地面为参考系,因此,作用前后的速度都必须相对于地面。
普适性它不仅适用于两个物体组成的系统,也适用于多个物体组成的系统;不仅适用于宏观物体组成的系统,也适用于微观粒子组成的系统。
适用性适用范围动量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一。
不仅适用于宏观物体的低速运动,也适用与微观物体的高速运动。
小到微观粒子,大到宇宙天体,无论内力是什么性质的力,只要满足守恒条件,动量守恒定律总是适用的。
适用条件1.系统不受外力或者所受合外力为零;2.系统所受合外力虽然不为零,但系统的内力远大于外力时,如碰撞、爆炸等现象中,系统的动量可看成近似守恒;3.系统总的来看不符合以上条件的任意一条,则系统的总动量不守恒。
16.3 动量守恒定律用投影片出示本节课的学习目标:1、知道什么叫系统、什么是系统的内力,什么是系统的外力。
2、理解动量守恒定律的内容,知道得出动量守恒定律的数学表达式的条件。
3、能通过在光滑水平面上的两球发生碰撞,推导出动量守恒定律表达式。
4、知道动量守恒定律的成立条件和适应范围。
5、会应用动量守恒定律分析计算有关问题(只限于一维运动)学习目标完成过程:(一)实验、观察,初步得到两辆小车在相互作用前后,动量变化之间的关系1、用多媒体课件:介绍实验装置。
把两个质量相等的小车静止地放在光滑的水平木板上,它们之间装有弹簧,并用细线把它们拴在一起。
2、用CAI课件模拟实验的做法:①实验一:第一次用质量相等的两辆小车,剪断细线,观察它们到达距弹开埏等距离的挡板上时间的先后。
②实验二:在其中的一辆小车上加砝码,使其质量变为原来的2倍,重新做上述实验并注意观察小车到达两块木挡板的先后。
3、学生在气垫导轨上分组实验并观察。
4、实验完毕后各组汇报实验现象:学生甲:如果用两辆质量相同的小车做实验,看到小车同时撞到距弹开处等距离的挡板上。
学生乙:如果用两辆质量不同的小车做实验,看到质量大的小车后到,而质量小的小车先到达,且当质量小的小车到达挡板时,质量大的小车行驶到弹开处与木板的中点处。
5、教师针对实验现象出示分析思考题:①两小车在细线未被剪断前各自动量为多大?总动量是多大?②剪断细线后,在弹力作用下,两小车被弹出,弹出后两小车分别做什么运动?③据两小车所做的运动,分析小球运动的距离、时间,得到它们的速度有什么关系。
④据动量等于质量与速度的乘积,分析在弹开后各自的动量和总动量各为多大?⑤比较弹开前和弹出后的总动量,你得到什么结论。
6、学生讨论后,回答上述问题:①两小车未被剪断前,各自的动量为0,总动量为0;②两小车在被弹簧弹出后所做的运动,学生有两种看法:一种认为做加速直线运动;另一种认为做匀速直线运动。
教师结合小车在弹出后所受合力等于0的受力特点,得到小车在被出后做匀速直线运动;并向学生讲明小车之所以获得一个速度,是由于弹力的瞬间冲量的作用。
动量守恒定律教学目标(一)知识与技能理解动量守恒定律的确切含义和表达式,能够计算一维情况下的问题。
掌握动量守恒定律的使用条件。
(二)过程与方法经历推导动量守恒定律的推导过程。
(三)情感、态度与价值观培养逻辑思维能力,会应用动量守恒定律分析计算有关问题。
教学重点动量守恒定律;灵活地选取系统,区分内力和外力。
教学难点动量守恒的条件;灵活地选取系统,区分内力和外力。
教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流。
教学用具投影片,多媒体辅助教学设备。
教学过程(一)引入新课上节课的探究使我们看到,不论哪一种形式的碰撞,碰撞前后mυ的矢量和保持不变,因此mυ很可能具有特别的物理意义。
(二)进行新课1.系统内力和外力【学生阅读讨论,什么是系统?什么是内力和外力?】(1)系统:相互作用的物体组成系统。
(2)内力:系统内物体相互间的作用力(3)外力:外物对系统内物体的作用力〖教师对上述概念给予足够的解释,引发学生思考和讨论,加强理解〗分析上节课两球碰撞得出的结论的条件:两球碰撞时除了它们相互间的作用力(系统的内力)外,还受到各自的重力和支持力的作用,使它们彼此平衡。
气垫导轨与两滑块间的摩擦可以不计,所以说m1和m2系统不受外力,或说它们所受的合外力为零。
注意:内力和外力随系统的变化而变化。
2.动量守恒定律(1)内容:一个系统不受外力或者所受外力的和为零,这个系统的总动量保持不变。
这个结论叫做动量守恒定律。
(2)适用条件:系统不受外力或者所受外力的和为零(3)公式:p1/+p2/=p1+p2即m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′或Δp1=-Δp2或Δp总=0(4)注意点:①研究对象:几个相互作用的物体组成的系统(如:碰撞)。
②矢量性:以上表达式是矢量表达式,列式前应先规定正方向;③同一性(即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的)④条件:系统不受外力,或受合外力为0。
要正确区分内力和外力;条件的延伸:a.当F内>>F外时,系统动量可视为守恒;(如爆炸问题。
一、动量1.定义:物体的质量与速度的乘积,称为物体的动量。
2.表达式:P=mv 动量与动能的关系:mp E k 22= 或 k mE p 2=3.单位:千克米每秒,符号:kg ·m/s 。
4.理解要点:(1)状态量:具有瞬时性。
(2)矢量:动量的方向与速度方向一致。
5.动量的变化(1)运动物体在某一过程的末动量P /与初动量P 的差。
(2)表达式:△P=P /-P 。
(3)动量的变化△P 是矢量,其运算遵循平行四边形定则,如图所示。
如果始、末动量都在同一直线上或相互平行,则在该直线上选定一个正方向后,就可以将矢量运算转换成代数运算了。
[例1]一个质量是0.1kg 的钢球,以6m/s 的速度水平向右运动,碰到一个坚硬的障碍物后被弹回,沿着同一直线以6m/s 的速度水平向左运动,碰撞前后钢球的动量有没有变化?变化了多少?二、冲量l.定义:力与作用时间的乘积,称为这个力对物体的冲量。
2.表达式:I=Ft3.单位:牛·秒,符号:N ·s4.理解要点(1)过程量:冲量描述力对时间的累积作用效果。
(2)矢量性:冲量的方向与力的方向相同。
(3)I=Ft 一般只适用于恒力冲量的计算。
对于变力的冲量,需用其他方法计算。
[例2]物体受到一个水平向右的推力的作用而静止在水平桌面上,求: (1)推力在6s 内的冲量是多少?方向如何?(2)这个冲量在数值上与F —t 图中阴影面积有何联系?(3)如果推力方向不变,在6s 内从零均匀增大到15N ,计算推里在6s 内的冲量[例3]质量为0.5kg 的物体以4m/s 的速率做匀速圆周运动,则: (1)物体的动量是否保持不变?(2)物体在半周期内的动量变化是多大?方向如何?一个周期内的动量变化是多大?1/4周期内的动量变化是多大?三、动量定理 1.推导:(1)放在光滑水平面上的物体,在水平拉力F 的作用下向右加速运动,经过时间t ,速度从v 1增加到v 2,则有: F=ma t v v a12-=有: tv v m F 12-= Ft=m v 2-m v 1(2)若水平面粗糙,,有:F-f=ma t v v a 12-=有: tv v m f F 12-=- (F-f)t=m v 2-m v 1综合(1)、(2)有:I 合=ΔP2.内容:物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化。
16.3 动量守恒定律★新课标要求(一)知识与技能掌握运用动量守恒定律的一般步骤(二)过程与方法知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题,并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点。
(三)情感、态度与价值观学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题,培养思维能力。
★教学重点运用动量守恒定律的一般步骤★教学难点动量守恒定律的应用.★教学方法教师启发、引导,学生讨论、交流。
★教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备★课时安排1 课时★教学过程(一)引入新课1.动量守恒定律的内容是什么?2.分析动量守恒定律成立条件有哪些?答:①F合=0(严格条件)②F内远大于F外(近似条件)③某方向上合力为0,在这个方向上成立。
(二)进行新课1.动量守恒定律与牛顿运动定律师:给出问题(投影教材11页第二段)学生:用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式。
(教师巡回指导,及时点拨、提示)推导过程:根据牛顿第二定律,碰撞过程中1、2两球的加速度分别是, 根据牛顿第三定律,F 1、F 2等大反响,即F 1= - F 2所以碰撞时两球间的作用时间极短,用表示,则有, 代入并整理得 这就是动量守恒定律的表达式。
教师点评:动量守恒定律的重要意义从现代物理学的理论高度来认识,动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。
(另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。
)从科学实践的角度来看,迄今为止,人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。
相反,每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最后总是以有新的发现而胜利告终。
例如静止的原子核发生β衰变放出电子时,按动量守恒,反冲核应该沿电子的反方向运动。
但云室照片显示,两者径迹不在一条直线上。
为解释这一反常现象,1930年泡利提出了中微子假说。
由于中微子既不带电又几乎无质量,在实验中极难测量,直到1956年人们才首次证明了中微子的存在。
(2000年高考综合题23 ②就是根据这一历史事实设计的)。
高三复习课《动量守恒定律》说课稿一、教材分析:动量守恒定律是自然界普遍适应的基本规律之一,宏观、微观都可适用。
利用动量的管点解决问题是高中物理的重要的解题方法之一,应用非常广泛。
如碰撞、反冲及天体物理中的“三体问题”等,动量守恒定律也更能够体现它简单、方便的优点。
动量守恒定律作为高中物理第三册选修课(人教版)的重要内容来学习,可以加深学生对物理基本体系的了解,掌握研究问题的方法,提高解决问题的能力。
另外,这部分知识也是高考的重要高频考点,在整个高中物理体系中是不可或缺的一部分。
二、教学目标分析1、知识目标:能在一维情况下两物体的相互作用中应用动量守恒定律,掌握碰撞、爆炸、反冲(人船模型)等模型规律。
2、能力目标:能在具体问题中判定动量是否守恒,熟练掌握运用动量定律解释现象和问题,知道用定律解题的基本思路和方法。
3、培养学生规范的解题态度和严谨的答题思路。
三、教学重点、难点1、掌握动量守恒定律及成立的条件。
2、用动量守恒定律解决问题。
三种模型的特点和拓展。
四、学生分析高三学生已经学习过本章知识,已经有了基本的印象和知识体系。
但对动量守恒定律与其它力学知识的联系即知识的体系认识不够。
在动量守恒定律应用中的灵活性不够。
故在一轮复习中,一是加强力学各知识点间联系(如弹簧情景、能量关系、圆周运动、电学知识等等)。
二是训练学生思维、提高应用能力(如点出学生应用中易错点、易混点)。
五、教法、学法分析多媒体展示、自主探究、小组合作交流。
本节教学我遵循学生认知规律,循序渐进的引导学生理解定律、灵活应用定律。
我先多媒体演示知识体系结构,让学生自学填空。
再通过自主测试,暴露问题,讲解和强调定律应用注意事项。
再进行知识迁移的教学,学生分组讨论三种模型。
六、教学程序(一)、引入课题。
刚刚上课,学生注意力往往停留在上课前,因此我从学生的认知规律出发,一上课就向学生提出问题:1、一个人在车里用力推车,车会不会动?2、平静河里靠的很近的小船,你从一只船跳到另一只船,会出现什么现象?有趣的问题吸引了学生的无意注意,学生回答后,我又紧接着提问“为什么出现这样的现象?”引发学生探究欲望,为了探疑,学生就把无意注意转为有意注意,顺利引入课题。
动量守恒定律及其应用【新课标要求】1.内容标准(1)探究物体弹性碰撞的一些特点。
知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
(2)通过实验,理解动量和动量守恒定律。
能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。
知道动量守恒定律的普遍意义。
【要点归纳】一、动量守恒定律1.动量守恒定律的内容一个系统不受外力或者受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变。
即:22112211v m v m v m v m '+'=+ 守恒是指整个过程任意时刻相等(时时相等,类比匀速) 定律适用于宏观和微观高速和低速2.动量守恒定律成立的条件⑴系统不受外力或者所受外力之和为零;⑵系统受外力,但外力远小于内力,可以忽略不计;⑶系统在某一个方向上所受的合外力为零,则该方向上动量守恒。
3.动量守恒定律的表达形式(1)22112211v m v m v m v m '+'=+,即p 1+p 2=p 1/+p 2/, (2)Δp 1+Δp 2=0,Δp 1= -Δp 24、理解:①正方向②同参同系③微观和宏观都适用5.动量守恒定律的重要意义从现代物理学的理论高度来认识,动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。
(另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。
)从科学实践的角度来看,迄今为止,人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。
5.应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法(1)分析题意,明确研究对象.在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把这些被研究的物体总称为系统.(2)要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力,哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力.在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件,判断能否应用动量守恒。
(3)明确所研究的相互作用过程,确定过程的始、末状态,即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式。
注意:在研究地面上物体间相互作用的过程时,各物体的速度均应取地球为参考系。
(4)确定好正方向建立动量守恒方程求解。
二、动量守恒定律的应用1.碰撞两个物体在极短时间内发生相互作用,这种情况称为碰撞。
由于作用时间极短,一般都满足内力远大于外力,所以可以认为系统的动量守恒。
碰撞又分弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞三种。
仔细分析一下碰撞的全过程:设光滑水平面上,质量为m 1的物体A 以速度v 1向质量为m 2的静止物体B 运动,B 的左端连有轻弹簧。
在Ⅰ位置A 、B 刚好接触,弹簧开始被压缩,/ /A 开始减速,B 开始加速;到Ⅱ位置A 、B 速度刚好相等(设为v ),弹簧被压缩到最短;再往后A 、B 开始远离,弹簧开始恢复原长,到Ⅲ位置弹簧刚好为原长,A 、B 分开,这时A 、B 的速度分别为21v v ''和。
全过程系统动量一定是守恒的;而机械能是否守恒就要看弹簧的弹性如何了。
(1)弹簧是完全弹性的。
Ⅰ→Ⅱ系统动能减少全部转化为弹性势能,Ⅱ状态系统动能最小而弹性势能最大;Ⅱ→Ⅲ弹性势能减少全部转化为动能;因此Ⅰ、Ⅲ状态系统动能相等。
这种碰撞叫做弹性碰撞。
由动量守恒和能量守恒可以证明A 、B 的最终速度分别为:121121212112,v m m m v v m m m m v +='+-='。
(这个结论最好背下来,以后经常要用到。
)(2)弹簧不是完全弹性的。
Ⅰ→Ⅱ系统动能减少,一部分转化为弹性势能,一部分转化为内能,Ⅱ状态系统动能仍和⑴相同,弹性势能仍最大,但比⑴小;Ⅱ→Ⅲ弹性势能减少,部分转化为动能,部分转化为内能;因为全过程系统动能有损失(一部分动能转化为内能)。
这种碰撞叫非弹性碰撞。
(3)弹簧完全没有弹性。
Ⅰ→Ⅱ系统动能减少全部转化为内能,Ⅱ状态系统动能仍和⑴相同,但没有弹性势能;由于没有弹性,A 、B 不再分开,而是共同运动,不再有Ⅱ→Ⅲ过程。
这种碰撞叫完全非弹性碰撞。
可以证明,A 、B 最终的共同速度为121121v m m m v v +='='。
在完全非弹性碰撞过程中,系统的动能损失最大,为:()()21212122121122121m m v m m v m m v m E k +='+-=∆。
【典例分析】【例1】 质量为M 的楔形物块上有圆弧轨道,静止在水平面上。
质量为m 的小球以速度v 1向物块运动。
不计一切摩擦,圆弧小于90°且足够长。
求小球能上升到的最大高度H 和物块的最终速度v 。
解析:系统水平方向动量守恒,全过程机械能也守恒。
小球上升过程中,由水平系统动量守恒得:()v m M mv '+=1 由系统机械能守恒得:()mgH v m M mv +'+=2212121 解得()g m M Mv H +=221 全过程系统水平动量守恒,机械能守恒,得12v m M m v +=【例2】 动量分别为5kg ∙m/s 和6kg ∙m/s 的小球A 、B 沿光滑平面上的同一条直线同向运动,A 追上B 并发生碰撞后。
若已知碰撞后A 的动量减小了2kg ∙m/s ,而方向不变,那么A 、B 质量之比的可能范围是什么?解析:A 能追上B ,说明碰前v A >v B ,∴BA m m 65>;碰后A 的速度不大于B 的速度, B A m m 83≤;又因为碰撞过程系统动能不会增加, BA B A m m m m 282326252222+≥+,由以上不等式组解得:7483≤≤B A m m 点评:此类碰撞问题要考虑三个因素:①碰撞中系统动量守恒;②碰撞过程中系统动能不增加;③碰前碰后两个物体位置关系(不穿越)和速度大小应保证其顺序合理。
2.子弹打木块类问题子弹打木块实际上是一种完全非弹性碰撞。
作为一个典型,它的特点是:子弹以水平速度射向原来静止的木块,并留在木块中跟木块共同运动。
下面从动量、能量和牛顿运动定律等多个角度来分析这一过程。
【例3】 设质量为m 的子弹以初速度v 0射向静止在光滑水平面上的质量为M 的木块,并留在木块中不再射出,子弹钻入木块深度为d 。
求木块对子弹的平均阻力的大小和该过程中木块前进的距离。
解析:子弹和木块最后共同运动,相当于完全非弹性碰撞。
从动量的角度看,子弹射入木块过程中系统动量守恒:()v m M mv +=0从能量的角度看,该过程系统损失的动能全部转化为系统的内能。
设平均阻力大小为f ,设子弹、木块的位移大小分别为s 1、s 2,如图所示,显然有s 1-s 2=d 对子弹用动能定理:22012121mv mv s f -=⋅ ……① 对木块用动能定理:2221Mv s f =⋅ ……② ①、②相减得:()()2022022121v m M Mm v m M mv d f +=+-=⋅ ……③ 点评:这个式子的物理意义是:f ∙d 恰好等于系统动能的损失;根据能量守恒定律,系统动能的损失应该等于系统内能的增加;可见Q d f =⋅,即两物体由于相对运动而摩擦产生的热(机械能转化为内能),等于摩擦力大小与两物体相对滑动的路程的乘积(由于摩擦力是耗散力,摩擦生热跟路径有关,所以这里应该用路程,而不是用位移)。
由上式不难求得平均阻力的大小:()dm M Mm v f +=220 至于木块前进的距离s 2,可以由以上②、③相比得出:d mM m s +=2 从牛顿运动定律和运动学公式出发,也可以得出同样的结论。
由于子弹和木块都在恒力作用下做匀变速运动,位移与平均速度成正比: ()d mM m s m m M v v s d v v v v v v s d s +=+==∴+=+=+2020022,,2/2/ 一般情况下m M >>,所以s 2<<d 。
这说明,在子弹射入木块过程中,木块的位移很小,可以忽略不计。
这就为分阶段处理问题提供了依据。
象这种运动物体与静止物体相互作用,动量守恒,最后共同运动的类型,全过程动能的损失量可用公式:()202v m M Mm E k +=∆…④当子弹速度很大时,可能射穿木块,这时末状态子弹和木块的速度大小不再相等,但穿透过程中系统动量仍然守恒,系统动能损失仍然是ΔE K = f ∙d (这里的d 为木块的厚度),但由于末状态子弹和木块速度不相等,所以不能再用④式计算ΔE K 的大小。
3.反冲问题在某些情况下,原来系统内物体具有相同的速度,发生相互作用后各部分的末速度不再相同而分开。
这类问题相互作用过程中系统的动能增大,有其它能向动能转化。
可以把这类问题统称为反冲。
【例4】 质量为m 的人站在质量为M ,长为L 的静止小船的右端,小船的左端靠在岸边。
当他向左走到船的左端时,船左端离岸多远?解析:先画出示意图。
人、船系统动量守恒,总动量始终为零,所以人、船动量大小始终相等。
从图中可以看出,人、船的位移大小之和等于L 。
设人、船位移大小分别为l 1、l 2,则:mv1=Mv 2,两边同乘时间t ,ml 1=Ml 2,而l 1+l 2=L , ∴L mM m l +=2点评:应该注意到:此结论与人在船上行走的速度大小无关。
不论是匀速行走还是变速行走,甚至往返行走,只要人最终到达船的左端,那么结论都是相同的。
以上列举的人、船模型的前提是系统初动量为零。
如果发生相互作用前系统就具有一定的动量,就不能再用m 1v 1=m 2v 2这种形式列方程,而要用(m 1+m 2)v 0= m 1v 1+ m 2v 2列式。
【例5】 总质量为M 的火箭模型 从飞机上释放时的速度为v 0,速度方向水平。
火箭向后以相对于地面的速率u 喷出质量为m 的燃气后,火箭本身的速度变为多大?解析:火箭喷出燃气前后系统动量守恒。
喷出燃气后火箭剩余质量变为M-m ,以v 0方向为正方向,()mM mu Mv v v m M mu Mv -+=''-+-=00, 4.爆炸类问题【例6】 抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s ,这时突然炸成两块,其中大块质量300g 仍按原方向飞行,其速度测得为50m/s ,另一小块质量为200g ,求它的速度的大小和方向。
分析:手雷在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G =( m 1+m 2 )g ,可见系统的动量并不守恒。
但在爆炸瞬间,内力远大于外力时,外力可以不计,系统动量近似守恒。
设手雷原飞行方向为正方向,则整体初速度s m v /100=;m 1=0.3kg 的大块速度为50 1=v m/s 、m 2=0.2kg 的小块速度为2 v ,方向不清,暂设为正方向。
由动量守恒定律:2211021)(v m v m v m m +=+502.0503.010)2.03.0()(2110212-=⨯-⨯+=-+=m v m v m m v m/s 此结果表明,质量为200克的部分以50m/s 的速度向反方向运动,其中负号表示与所设正方向相反5.某一方向上的动量守恒【例7】 如图所示,AB 为一光滑水平横杆,杆上套一质量为M 的小圆环,环上系一长为L 质量不计的细绳,绳的另一端拴一质量为m 的小球,现将绳拉直,且与AB 平行,由静止释放小球,则当线绳与A B 成θ角时,圆环移动的距离是多少?解析:虽然小球、细绳及圆环在运动过程中合外力不为零(杆的支持力与两圆环及小球的重力之和不相等)系统动量不守恒,但是系统在水平方向不受外力,因而水平动量守恒。