教科版高中物理选修3-5:《动量》教案-新版
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《反冲运动火箭》说课教案一、目的要求:教学内容的地位:本节知识是高中物理教材第七章第五节,即第七章动量的最后一节。
知识的结构相对简单,但内容是对本章知识的总结和复习,尤其是对动量守恒定律知识的复习。
学生在前面的学习中学习了具体的知识—动量及动量守恒定律,并能够对一些物理模型进行简单的解题,但一旦涉及到具体的问题,难免会束手无策。
所以本节知识的地位是非常重要的。
此外,本节知识还涉及到了一些具体的生活中的问题以及一些高科技知识;加之目前高考正面向能力测试,更多的接近生活接近科技前沿的问题考题的出现,使得本节知识显得尤为的重要了。
虽然教学大纲规定为A档,即了解知道;而且从前物理老师总是把本课作为学生自学或占用少量时间讲解的内容,但随着素质教育的发展,本节的知识必成为教学的重点。
综上原因,我对本节课的内容进行了深入的研究和细致的设计。
通过本节课的学习,学生不仅要了解生活中的反冲运动,更要学会利用动量知识解决生活中的实际问题,这是本课的根本目的。
二、教学内容1、教学的重点:(1)巩固和深化动量守恒定律(2)知道反冲运动和火箭原理(3)了解反冲运动的应用(4)了解航天技术的发展和宇宙航行2、教学难点:(1)巩固和深化动量守恒定律(2)知道反冲运动和火箭原理3、重点难点确定分析:在目的要求部分我已经说明,本节的知识关键在于对前面知识的总结和应用,而动量守恒定律知识更是重要的重要,而且学生在这部分知识的应用才刚刚接触,熟悉程度不够。
所以巩固和深化动量守恒定律的内容既是教学的重点,又是教学的难点。
反冲运动和火箭则是对反冲运动的具体应用,所以他的地位也是极为重要的。
了解反冲运动的应用和航天技术的发展和宇宙航行,一方面使学生把具体的生活知识和学习的内容紧密结合,另一方面提高学生的处理实际问题能力,并通过我国的航天技术发展教学提高学生的爱国热忱,因此,二者的地位同样非常重要。
4、教材分析及设计:教材中,对于反冲运动的原理仅仅进行了简单的介绍,学生在解题过程中使用的动量守恒定律并没有进行数学上的推理,针对这方面,我在教学中加入了这部分知识,并由学生进行推理、说明。
在此之前,学生已学习了运动学、牛顿运动定律的基本知识,并且在上一节课通过实验探究了碰撞中的不变量,为本节课的学习做好了知识上的准备。
同时学生独立分析和解决问题的能力不断增强,学生思维活跃,关心生活,往往对物理规律和现实生活的联系比较感兴趣。
但抽象思维水平还有待提高。
此外,高二学生正处于好奇心强,自主意识增强的阶段。
所以我打算在教学中,本着中学教学理论联系实际原则和启发性原则,采用讲授和讨论相结合的教学方法,选用与生活实际联系紧密的学习材料和实例,使学生主动地感知物理现象,进而通过分析、归纳、交流、探究等过程让学生将感性认识上升到理性思考,从而进行概念的建构。
第五节反冲运动火箭学习目标※了解反冲运动的动量守恒※※明确反冲运动问题的处理方法,巩固前面所学知识※了解反冲运动在航天航空中的应用知识导图知识点1 反冲运动1.定义一个静止的物体在__内力__的作用下分裂为两部分,一部分向某一方向运动,另一部分必然向__相反__方向运动的现象。
2.特点(1)物体的不同部分在__内力__作用下向相反方向运动。
(2)反向运动中,相互作用力一般较大,通常可以用__动量守恒定律__来处理。
3.反冲现象的应用及防止(1)应用:农田、园林的喷灌装置是利用反冲使水从喷口喷出时,一边喷水一边__旋转__。
(2)防止:用枪射击时,由于枪身的反冲会影响射击的__准确性__,所以用步枪射击时要把枪身抵在__肩部__,以减少反冲的影响。
知识点2 火箭1.火箭现代火箭是指一种靠喷射高温高压燃气获得__反作用力__向前推进的飞行器。
2.火箭的工作原理当火箭推进剂燃烧时,从尾部喷出的气体具有很大的__动量__,根据动量守恒定律,火箭获得大小相等、方向相反的__动量__,因而发生连续的__反冲__现象,随着推进剂的消耗,火箭的质量逐渐减小,加速度不断增大,当推进剂燃尽时,火箭即以获得的速度沿着预定的空间轨道飞行。
3.影响火箭速度大小的因素(1)喷气速度:现代液体燃料火箭的喷气速度约为2.5km/s ,提高到3~4km/s 需很高的技术水平。
(2)质量比:火箭__开始飞行__时的质量与火箭除燃料外的__箭体__质量之比,现代火箭能达到的质量比不超过10。
4.现代火箭的主要用途利用火箭作为__运载__工具,例如发射探测仪器、常规弹头和核弹头、人造卫星和宇宙飞船等。
预习反馈『判一判』(1)反冲运动中动量守恒。
(√)(2)农田、园林的喷灌装置的原理是反冲运动。
(√)(3)反冲运动实际上是相互作用物体之间的一对平衡力产生的效果。
(×) (4)现代火箭是利用火箭和空气间的作用力而升空的。
(×) (5)用多级火箭发射卫星可以获得所需的速度。
2020-2021学年高二物理人教版选修3-5学案:第十六章第2节动量和动量定理含解析第2节动量和动量定理1.理解动量和动量的变化及其矢量性。
2.理解冲量的概念并会进行相关的简单计算。
3.理解动量定理及其表达式。
4.能够利用动量定理解释有关现象,会用动量定理解决实际问题。
一、动量和动量的变化量1.动量(1)定义:物体的错误!质量和错误!速度的乘积.(2)表达式:错误!p=mv.(3)单位:错误!千克·米/秒,符号:错误!kg·m/s。
(4)矢量性:方向与错误!速度的方向相同,运算遵守错误!平行四边形定则。
2.动量的变化量(1)定义:物体在某段时间内错误!末动量与错误!初动量的矢量差,动量的变化量也是矢量,Δp=错误!p′-p(矢量式)。
(2)动量矢量始终保持在一条直线上时的运算:选定一个正方向,动量、动量的变化量用带正、负号的数值表示,从而将矢量运算简化为错误!代数运算(此时的正、负号仅代表方向,不代表大小)。
二、动量定理1.冲量(1)定义:力与力的作用错误!时间的乘积.(2)表达式:I=错误!F(t′-t).(3)单位:牛顿·秒,符号N·s。
(4)方向:恒力冲量的方向与错误!力的方向相同.2.动量定理(1)内容:物体在一个过程始末的错误!动量变化量等于它在这个过程中所受错误!力的冲量。
(2)公式:错误!mv′-mv=F(t′-t)或错误!p′-p=I。
判一判(1)一个力的冲量不为零,则该力一定做功。
()(2)用一水平力拉物体,物体未动,是因为合外力的冲量为零.()(3)物体动量变化越大,合外力越大。
()提示:(1)×(2)√(3)×想一想(1)静止在水平桌面上的物体,在时间t内重力的冲量等于0吗?提示:时间t内重力的冲量为Gt,不等于0。
(2)跳高比赛时,运动员落地处要放很厚的垫子,你知道这是为什么吗?提示:人落到垫子上比直接落在地面上速度减为0所需的时间更长,即在动量变化相同的情况下,人落在垫子上受到的冲击力较小,从而对运动员起到保护作用。
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。
第二章原子结构一、电子的发现教学目标1、了解人类认识物质组成的一个重要历史过程——电子的发现2、知道如何确定阴极射线粒子流的电荷的性质,知道如何确定电子的电荷量和质量,知道电子质量和电荷量的大小重点难点重点:阴极射线的研究、电子发现过程蕴含的科学方法难点:汤姆孙发现电子的理论推导设计思想本节由阴极射线和电子的发现两部分内容。
重点是电子的发现过程蕴含的科学方法。
首先通过实验说明阴极射线的存在,然后介绍英国物理学家J.J汤姆孙的两个实验来确定射线的带电性质,最后通过比荷的测定确认电子是原子的组成部分,原子并不是组成物质的最小微粒。
设计时注重物理史实的介绍和研究,突出前人研究的思路和方法。
但由于条件的限制,几乎不可能在课堂上还原相关的实验。
但教师应当通过适当的方式帮助学生理解实验的原理和方法,训练学生科学的思维品质。
教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】很早以来,人们一直认为构成物质的最小粒子是原子,原子是一种不可再分割的粒子。
这种认识一直统治了人类思想近两千年。
直到19世纪末,科学家对实验中的阴极射线深入研究时,发现了电子,使人类对微观世界有了新的认识。
电子的发现是19世纪末、20世纪初物理学三大发现之一。
【课堂学习】学习活动一:阴极射线的研究问题一:射线从何而来的?气体分子在高压电场下可以发生电离,使本来不带电的空气分子变成具有等量正、负电荷的带电粒子,使不导电的空气变成导体。
史料:1858年德国物理学家普吕克尔较早发现了气体导电时的辉光放电现象。
德国物理学家戈德斯坦研究辉光放电现象时认为这是从阴极发出的某种射线引起的。
所以他把这种未知射线称之为阴极射线。
问题二:射线是粒子还是电磁波?带电吗?对于阴极射线的本质,有大量的科学家作出大量的科学研究,主要形成了两种观点。
(1)电磁波说:代表人物,赫兹。
认为这种射线的本质是一种电磁波的传播过程。
(2)粒子说:代表人物,汤姆孙。
认为这种射线的本质是一种高速粒子流。
第6点解决多物体问题的三点提示对于三个或三个以上的物体组成的系统往往要根据作用过程中动量守恒的不同阶段,建立多个动量守恒方程,或将系统内的物体按作用的关系分成几个小系统,分别建立动量守恒方程.求解这类问题时应注意以下三点:(1)正确分析作用过程中各物体状态的变化情况,建立运动模型;(2)分清作用过程中的不同阶段,并按作用关系将系统内物体分成几个小系统.(3)对不同阶段、不同的小系统准确选取初、末状态,分别列动量守恒方程.对点例题两只小船质量分别为m 1=500 kg,m2=1 000 kg,图1它们平行逆向航行,航线邻近,当它们头尾相齐时,由每一只船上各投质量m=50 kg的麻袋到对面的船上,如图1所示,结果载重较轻的一只船停了下来,另一只船则以v=8。
5 m/s 的速度沿原方向航行,若水的阻力不计,则在交换麻袋前两只船的速率v1=________,v2=________.解题指导以载重较轻的船的速度v1为正方向,选取载重较轻的船和从载重较重的船投过去的麻袋组成的系统为研究对象,如题图所示,根据动量守恒定律有(m1-m)v1-mv2=0即450v1-50v2=0①选取载重较重的船和从载重较轻的船投过去的麻袋组成的系统为研究对象,根据动量守恒定律有mv1-(m2-m)v2=-m2v即50v1-950v2=-1 000×8。
5②选取两船、两个麻袋组成的系统为研究对象有m 1v1-m2v2=-m2v即500v1-1 000v2=-1 000×8.5③联立①②③式中的任意两式解得v1=1 m/s,v2=9 m/s答案 1 m/s 9 m/s方法点评应用动量守恒定律解这类由多个物体构成系统的问题的关键是合理选取研究对象,有时选取某部分物体为研究对象,有时选取全部物体为研究对象.如图2所示,在光滑的水平面上有两个并排放置的木块A和B,已知m A=0.5 kg,m B=0.3 kg,有一质量为m=80 g的小铜块C以v C=25 m/s的水平初速度开始在A表面上滑动,由于C与A、B间有摩擦,最后停在B上,B和C以v=2。
4 实物粒子的波粒二象性5 不确定关系一、德布罗意物质波 1.粒子的波动性(1)德布罗意波:任何运动着的物体,小到电子、质子,大到行星、太阳,都有一种波与它相对应,这种波叫物质波,又叫德布罗意波.(2)德布罗意波波长、频率的计算公式为λ=h p ,ν=E h.(3)我们之所以看不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体的动量太大,德布罗意波长太小的缘故.2.电子波动性的实验验证(1)实验探究思路:干涉、衍射是波特有的现象,如果实物粒子具有波动性,则在一定条件下,也应该发生干涉或衍射现象.(2)实验验证:1926年戴维孙观察到了电子衍射图样,1927年汤姆孙得到了电子的衍射图样,证实了电子的波动性.(3)说明①人们陆续证实了质子、中子以及原子、分子的波动性,对于这些粒子,德布罗意给出的ν=E h 和λ=h p关系同样正确.②德布罗意波也是一种概率波.德布罗意认为任何运动着的物体均有波动性,可是我们观察运动着的汽车(如图所示),并未感到它的波动性.你如何理解该问题?请与同学交流自己的看法.提示:一切微观粒子都存在波动性,宏观物体(汽车)也存在波动性,只是因为宏观物体质量大、动量大、波长短,难以观测.二、氢原子中的电子云1.定义用点的多少表示的电子出现的概率分布.2.电子的分布某一空间X围内电子出现概率大的地方点多,电子出现概率小的地方点少.电子云反映了原子核外的电子位置的不确定性,说明电子对应的波也是一种概率波.三、不确定关系1.定义在经典物理学中,可以同时用质点的位置和动量精确描述它的运动,在微观物理学中,要同时测出微观粒子的位置和动量是不太可能的.2.微观粒子运动的位置不确定量Δx和动量的不确定量Δp x的关系式Δx·Δp x≥h4π,其中h是普朗克常量,这个关系式叫不确定关系.3.不确定关系告诉我们,如果要更准确地确定粒子的位置(即Δx更小),那么动量的测量一定会更不准确(即Δp x更大),也就是说,不可能同时准确地知道粒子的位置和动量,也不可能用“轨迹”来描述粒子的运动.单个粒子的运动情况可否预知?粒子出现的位置是否无规律可循?提示:由不确定性关系可知,我们不能准确预知单个粒子的实际运动情况,但粒子出现的位置也并不是无规律可循,我们可以根据统计规律知道粒子在某点出现的概率.考点一对德布罗意波的理解1.物质的分类:物理学中把物质分为两类,一类是分子、原子、电子、质子及由这些粒子组成的物质;另一类是场,像电场、磁场、电磁场这种看不见的,不是由实物粒子组成的,而是一种客观存在的特殊物质.2.任何物体,小到电子、质子,大到行星、太阳都存在波动性,我们之所以观察不到宏观物体的波动性,是因为宏观物体对应的波长太小的缘故.3.德布罗意波是一种概率波,粒子在空间各处出现的概率受波动规律支配,不要以宏观观点中的波来理解德布罗意波.4.德布罗意假说是光子的波粒二象性的一种推广,使之包括了所有的物质粒子,即光子与实物粒子都具有粒子性,又都具有波动性,与光子对应的波是电磁波,与实物粒子对应的波是物质波.5.对于光,先有波动性(即ν和λ),再在量子理论中引入光子的能量ε和动量p来补充它的粒子性.反之,对于实物粒子,则先有粒子概念(即ε和p),再引入德布罗意波(即ν和λ)的概念来补充它的波动性.不过要注意这里所谓波动性和粒子性,仍然都是经典物理学的概念,所谓补充仅是形式上的.综上所述,德布罗意的推想基本上是爱因斯坦1905年关于光子的波粒二象性理论(光粒子由波伴随着)的一种推广,使之包括了所有的物质微观粒子.【例1】某某综合新闻网2010年8月21日报道:近日,一种发源于南亚没有抗生素可以抵御的“超级细菌”成为社会关注的热点.假若一个细菌在培养器皿中的移动速度为3.5μm/s,其德布罗意波长为1.9×10-19m ,试求该细菌的质量.【解析】 由公式λ=h p得该细菌的质量为m =p v =h vλ= 6.626×10-343.5×10-6×1.9×10-19kg =1.0×10-9kg. 【答案】 1.0×10-9kg德布罗意认为,任何一个运动着的物体,都有一种波与它对应,波长是λ=h p,式中p 是运动物体的动量,h 是普朗克常量.已知某种紫光的波长是440 nm ,若将电子加速,使它的德布罗意波长是这种紫光波长的1104.求: (1)电子的动量大小;(2)试推导加速电压跟德布罗意波长的关系,并计算加速电压的大小(电子质量m =9.1×10-31kg ,电子电荷量e =1.6×10-19C ,普朗克常量h =6.6×10-34J·s,加速电压的计算结果取1位有效数字).答案:(1)1.5×10-23kg·m/s(2)U =h 22emλ2 8×102V解析:(1)由λ=h p得电子的动量大小p =h λ= 6.6×10-34440×10-9×10-4kg·m/s =1.5×10-23kg·m/s(2)设加速电压为U ,由动能定理得eU =12mv 2而12mv 2=p 22m ,所以U =p 22em =h 22emλ2 代入数据得加速电压的大小U =8×102V考点二 对不确定关系的理解在经典力学概念中,一个粒子的位置和动量是可以同时精确测定的.在量子理论发展后,揭示出要同时测出微观物体的位置和动量,其精确度是有一定限制的.由不确定性关系Δx Δp x ≥h4π可知,微观粒子的位置和动量是不能同时被确定的,这也就决定了不能用“轨道”的观点来描述粒子的运动,因为“轨道”对应的粒子某时刻应该有确定的位置和动量,但这是不符合实验规律的.微观粒子的运动状态,不能像宏观物体的运动那样通过确定的轨迹来描述,而是只能通过概率波进行统计性的描述.【例2】 已知h4π=5.3×10-35J·s,试求下列情况中速度测定的不确定量,并根据计算结果,讨论在宏观和微观世界中进行测量的不同情况.(1)一个球的质量m =1.0 kg ,测定其位置的不确定量为10-6m. (2)电子的质量m e =9.0×10-31kg ,测定其位置的不确定量为10-10m(即原子的数量级).根据不确定性关系Δx ·Δp x ≥h4π,先求动量的不确定性关系,再由Δp =m Δv ,计算速度测量的不确定性关系.【解析】 (1)m =1.0 kg ,Δx 1=10-6m , 由Δx Δp x ≥h4π,Δp =m Δv 知Δv 1≥h4πΔx 1m =5.3×10-3510-6×1.0 m/s =5.3×10-29m/s.(2)m e =9.0×10-31kg ,Δx 2=10-10mΔv 2≥h4πΔx 2m e = 5.3×10-3510-10×9.0×10-31 m/s =5.89×105m/s.在宏观世界中物体的质量与微观世界中粒子的质量相比较,相差很多倍.根据计算的数据可以看出,宏观世界中物体的质量较大,位置和速度的不确定量较小,可同时精确地测出物体的位置和动量.在微观世界中,粒子的质量较小,不能同时精确地测出粒子的位置和动量,不能准确地把握粒子的运动状态.【答案】 见解析总结提能 ①不确定性关系不是说微观粒子的坐标测不准,也不是说微观粒子的动量测不准,更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准,而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准.②普朗克常量是不确定性关系中的重要角色,如果h 的值可忽略不计,这时物体的位置、动量可同时有确定的值,如果h 不能忽略,这时必须考虑微粒的波粒二象性.h 成为划分经典物理学和微观物理学的一个界线.(多选)关于不确定性关系Δx Δp x ≥h4π有以下几种理解,其中正确的是( CD )A .微观粒子的动量不可能确定B .微观粒子的坐标不可能确定C .微观粒子的动量和坐标不可能同时确定D .不确定性关系不仅适用于电子和光子等微观粒子,也适用于其他宏观粒子 解析:不确定性关系Δx Δp x ≥h4π表示确定位置、动量的精度互相制约,此消彼长,当粒子位置不确定性变小时,粒子动量的不确定性变大;粒子位置不确定性变大时,粒子动量的不确定性变小.故不能同时准确确定粒子的动量和坐标.不确定性关系也适用于其他宏观粒子,不过这些不确定量微乎其微.故C 、D 正确.重难疑点辨析运用不确定性关系解题的方法1.运用不确定性关系ΔxΔp x≥h4π时,应明确两点:(1)位置不确定量Δx,在单缝衍射中,Δx为狭缝的宽度,也可以是光子或电子偏离中心的距离.子弹射出枪口时,Δx为枪口的直径,也可以认为是子弹偏离中心的距离.电子在晶体中衍射时,Δx为晶体中原子间的距离,其单位必须化为国际单位米(m),Δx同时也可以是粒子打在屏上偏离中心的距离.(2)动量的不确定量Δp x:①对宏观的运动物体,Δp x=mΔv,其中Δv为子弹射出枪口时横向速度的确定量,而m为物体的质量,单位应统一为国际单位.②对微观粒子如光子,Δp x=hλ.2.使用ΔxΔp x≥h4π可以求Δx≥h4πΔp x①Δp x≥h4πΔx②Δv≥h4πmΔx③由③式可知,在单缝衍射中狭缝越窄,即Δx越小,粒子通过狭缝时横向速度的不确定量Δv越大,反之当Δp x=mΔv或Δp x=hλ越大时,Δx越小而横向位置的不确定量越小.【典例】已知h4π=5.3×10-35J·s,试求下列两种情况中位置的不确定量.(1)一电子具有200 m/s的速率,动量的不确定X围为0.01%.(2)一颗质量为10 g的子弹,具有200 m/s的速率,动量的不确定量为0.01%. 【解析】(1)电子的动量为p=mv=9.1×10-31kg×200 m·s-1=1.8×10-28kg·m·s-1.动量的不确定X围为Δp x =0.01%p =1.0×10-4×1.8×10-28kg·m·s -1=1.8×10-32kg·m·s -1,由不确定性关系式Δx Δp x ≥h4π,得电子位置的不确定X 围为Δx ≥h4πΔp x,所以Δx ≥5.3×10-351.8×10-32 m =2.9×10-3m. (2)子弹的动量为p =mv =10×10-3 kg×200 m·s -1=2 kg·m·s -1动量的不确定X 围为Δp x =0.01%p =1.0×10-4×2 kg·m·s -1=2×10-4kg·m·s -1, 由不确定性关系式Δx Δp x ≥h4π,得子弹位置的不确定X 围为Δx ≥h4πΔp x,所以Δx ≥5.3×10-352×10-4 m =2.65×10-31m. 【答案】 (1)大于或等于2.9×10-3m (2)大于或等于2.65×10-31m宏观世界中的物体质量比微观世界中的物质(粒子)质量大许多倍,正是因为宏观物体质量较大,其位置和速度的不确定量极小,通常不计,可以认为其位置和速度(动量)可精确测定;而微观粒子由于其质量极小,其位置和动量的不确定性特明显,不可忽略,故不能准确把握粒子的运动状态.1.(多选)在用单缝衍射实验验证光的波粒二象性实验中,下列说法正确的是( AD ) A .使光子一个一个地通过狭缝,如果时间足够长,底片上将会显示衍射图样 B .单个光子通过狭缝后,底片上会出现完整的衍射图样 C .光子通过狭缝的运动轨迹是直线 D .光的波动性是大量光子运动的规律2.下列说法正确的是( B ) A .概率波就是机械波 B .物质波是一种概率波C .概率波和机械波的本质是一样的,都能发生干涉和衍射现象D .在光的双缝干涉实验中,若有一个光子,则能确定这个光子落在哪个点上 解析:概率波与机械波是两个概念,本质不同;物质波是一种概率波,符合概率波的特点;光的双缝干涉实验中,若有一个光子,这个光子的落点是不确定的,但有几率较大的位置.3.(多选)在光的双缝干涉实验中,在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度,尽可能使光子一个一个地通过狭缝,在曝光时间不长和曝光时间足够长的两种情况下,其实验结果是( ABC )A .若曝光时间不长,则底片上出现一些无规则的点B .若曝光时间足够长,则底片上出现干涉条纹C .这一实验结果证明了光具有波动性D .这一实验结果否定了光具有粒子性解析:实验表明,大量光子的行为表现为波动性,个别光子的行为表现为粒子性.上述实验表明光具有波粒二象性,故A 、B 、C 正确,D 错误.4.(多选)关于光的波动性与粒子性,下列说法正确的是( ABCD )A .大量光子的行为能明显地表现出波动性,而个别光子的行为往往表现出粒子性B .频率越低、波长越长的光子波动性明显,而频率越高、波长越短的光子粒子性明显C .光在传播时往往表现出波动性,而光在与物质相互作用时往往显示出粒子性D .光子的能量是与频率成正比的,这说明了光的波动性与光的粒子性是统一的 5.一辆摩托车以20 m/s 的速度向墙冲去,车身和人共重100 kg ,则车撞墙时的不确定X 围是Δx ≥2.64×10-38_m.解析:根据不确定关系Δx Δp x ≥h4π得:Δx ≥h4πΔp x = 6.63×10-344×3.14×100×20 m =2.64×10-38m.。
1.2《动量》教案
三维教学目标:
1、知识与技能:知道动量定理的适用条件和适用范围;
2、过程与方法:在理解动量定理的确切含义的基础上正确区分动量改变量与
冲量;
3、情感、态度与价值观:培养逻辑思维能力,会应用动量定理分析计算有关
问题。
教学重点:动量、冲量的概念和动量定理。
教学难点:动量的变化。
教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备。
1、动量及其变化
(1)动量的定义:
物体的质量与速度的乘积,称为(物体的)动量。记为p=mv单位:kg·m/s读
作“千克米每秒”。
理解要点:
①状态量:动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息,
反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态,具有瞬时性。
大家知道,速度也是个状态量,但它是个运动学概念,只反映运动的快慢和
方向,而运动,归根结底是物质的运动,没有了物质便没有运动.显然地,动量包
含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息,更能从本质上揭示物体
的运动状态,是一个动力学概念。
②矢量性:动量的方向与速度方向一致。
综上所述:我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效
果发生的方向,动量的大小等于质量和速度的乘积,动量的方向与速度方向一致。
(2)动量的变化量:
1、定义:若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′,则称:△p=p′
-p为物体在该过程中的动量变化。
2、指出:动量变化△p是矢量。方向与速度变化量△v相同。一维情况下:
Δp=mΔv=mv2-mΔv1 矢量差
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?
2、动量定理
(1)内容:物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化
(2)公式:Ft=m'v-mv='p-p
让学生来分析此公式中各量的意义:
其中F是物体所受合外力,mv是初动量,m'v是末动量,t是物体从初动量变
化到末动量所需时间,也是合外力F作用的时间。
(3)单位:F的单位是N,t的单位是s,p和'p的单位是kg·m/s(kg·ms-1)。
(4)动量定理不仅适用恒力作用,也适用变力作用的情况(此时的力应为平
均作用力)
(5)动量定理不仅适用于宏观低速物体,对微观现象和高速运动仍然适用.
前面我们通过理论推导得到了动量定理的数学表达式,下面对动量定理作进
一步的理解。
(6)动量定理中的方向性
例2:质量为m的小球在光滑水平面上以速度大小v向右运动与墙壁发生碰
撞后以大小v/2反向弹回,与墙壁相互作用时间为t,求小球对墙壁的平均作用力。
小结:公式Ft=m'v-mv是矢量式,计算时应先确定正方向。合外力的冲量
的方向与物体动量变化的方向相同。合外力冲量的方向可以跟初动量方向相同,
也可以相反。
例3:质量为0.40kg的小球从高3.20m处自由下落,碰到地面后竖直向上弹
起到1.80m高处,碰撞时间为0.040s,g取10m/s2,求碰撞过程中地面对球的平均
冲力。
小结:式中的F必须是合外力,因此解题时一定要对研究对象进行受力分析,
避免少力的情况。同时培养学生养成分析多过程物理问题的一般方法,分阶段法。
学生练习:有一个物体质量为1kg,以10m/s的初速度水平抛出,问经过2S
时物体的动量的变化量为多大?此时物体还没落地。
小结:利用动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题,还可以解决曲线
运动中的有关问题,将较难计算的问题转化为较易计算的问题。
总结:
1、应用动量定理解题的基本步骤
2、应用动量定理解答时要注意几个问题,一是矢量性,二是F表示合外力。
同时动量定理既适用恒力,也适用于变力;既适用直线运动,也适用于曲线运动,
3、动量定理的应用
演示实验:鸡蛋落地
【演示】先让一个鸡蛋从一米多高的地方下落到细沙堆中,让学生推测一下
鸡蛋的“命运”,然后做这个实验,结果发现并没有象学生想象的那样严重:发现
鸡蛋不会被打破;然后让鸡蛋从一米多高的地方下落到讲台上,让学生推测一下
鸡蛋的“命运”,然后做这个实验,结果鸡蛋被打破。请学生分析鸡蛋的运动过程
并说明鸡蛋打破的原因。
鸡蛋从某一高度下落,分别与硬板和细沙堆接触前的速度是相同的,也即初
动量相同,碰撞后速度均变为零,即末动量均为零,因而在相互作用过程中鸡蛋
的动量变化量相同。而两种情况下的相互作用时间不同,与硬板碰时作用时间短,
与细沙堆相碰时作用时间较长,由Ft=△p知,鸡蛋与硬板相碰时作用力大,会被
打破,与细沙堆相碰时作用力较小,因而不会被打破。
在实际应用中,有的需要作用时间短,得到很大的作用力而被人们所利用,
有的需要延长作用时间(即缓冲)减少力的作用。请同学们再举些有关实际应用的例
子。加强对周围事物的观察能力,勤于思考,一定会有收获。
在实际应用中,有的需要作用时间短,得到很大的作用力,而被人们所利用;
有的要延长作用时间而减少力的作用,请同学们再举出一些有关实际应用的例子,
并进行分析。(用铁锤钉钉子、跳远时要落入沙坑中等现象)。
(加强对周围事物的观察,勤于思考,一定会有收获。)
用动量定理解释现象可分为下列三种情况:
(l)△p一定,t短则F大,t长则F小;
(2)F一定,t短则△p小,t长则△p大;
(3)t一定,F大则△p大,F小则△p小。
例如以下现象并请学生分析。
l、一个人慢行和跑步时,不小心与迎面的一棵树相撞,其感觉有什么不同?
请解释。
2、一辆满载货物的卡车和一辆小轿车在同样的牵引力作用下都从静止开始获
得相同的速度,哪辆车起动更快?为什么?
3、人下扶梯时往往一级一级往下走,而不是直接往下跳跃七、八级,这是为
什么?
4、动量守恒定律
了解动量守恒定律的内容和表达形式。
1、系统概念:
2、动量守恒定律:如果一个系统不受外力或所受合外力为零,无论这一系统
的内部进行了何种形式的碰撞,这个系统的总动量保持不变,这就是动量守恒定
律。
5、动量守恒定律的普遍意义
从牛顿运动定律推导动量守恒定律。动量守恒定律是自然界中最普遍、最基
本的定律之一。
反思:因冲量和动量定理的补充,动量守恒定律的内容可在第三节中重点体
现。