高三物理教案：《動量守恒定律》教學設計

　　動量守恒定律

　　三維教學目標

　　1、知識與技能：掌握運用動量守恒定律的一般步驟。

　　2、過程與方法：知道運用動量守恒定律解決問題應注意的問題，并知道運用動量守恒定律解決有關問題的優(yōu)點。

　　3、情感、態(tài)度與價值觀：學會用動量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，培養(yǎng)思維能力。

　　教學重點：運用動量守恒定律的一般步驟。

　　教學難點：動量守恒定律的應用。

　　教學方法：教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流。

　　教學用具：投影片、多媒體輔助教學設備。

　　(一)引入新課

　　動量守恒定律的內容是什么?分析動量守恒定律成立條件有哪些?(①F合=0(嚴格條件)②F內 遠大于F外(近似條件，③某方向上合力為0，在這個方向上成立。)

　　(二)進行新課

　　1、動量守恒定律與牛頓運動定律

　　用牛頓定律自己推導出動量守恒定律的表達式。

　　(1)推導過程：

　　根據(jù)牛頓第二定律，碰撞過程中1、2兩球的加速度分別是：

　　根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)1、F2等大反響，即 F1= - F2 所以：

　　碰撞時兩球間的作用時間極短，用 表示，則有：

　　代入 并整理得

　　這就是動量守恒定律的表達式。

　　(2)動量守恒定律的重要意義

　　從現(xiàn)代物理學的理論高度來認識，動量守恒定律是物理學中最基本的普適原理之一。(另一個最基本的普適原理就是能量守恒定律。)從科學實踐的角度來看，迄今為止，人們尚未發(fā)現(xiàn)動量守恒定律有任何例外。相反，每當在實驗中觀察到似乎是違反動量守恒定律的現(xiàn)象時，物理學家們就會提出新的假設來補救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如靜止的原子核發(fā)生β衰變放出電子時，按動量守恒，反沖核應該沿電子的反方向運動。但云室照片顯示，兩者徑跡不在一條直線上。為解釋這一反常現(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說。由于中微子既不帶電又幾乎無質量，在實驗中極難測量，直到1956年人們才首次證明了中微子的存在。(2000年高考綜合題23 ②就是根據(jù)這一歷史事實設計的)。又如人們發(fā)現(xiàn)，兩個運動著的帶電粒子在電磁相互作用下動量似乎也是不守恒的。這時物理學家把動量的概念推廣到了電磁場，把電磁場的動量也考慮進去，總動量就又守恒了。

　　2、應用動量守恒定律解決問題的基本思路和一般方法

　　(1)分析題意，明確研究對象

　　在分析相互作用的物體總動量是否守恒時，通常把這些被研究的物體總稱為系統(tǒng).對于比較復雜的物理過程，要采用程序法對全過程進行分段分析，要明確在哪些階段中，哪些物體發(fā)生相互作用，從而確定所研究的系統(tǒng)是由哪些物體組成的。

　　(2)要對各階段所選系統(tǒng)內的物體進行受力分析

　　弄清哪些是系統(tǒng)內部物體之間相互作用的內力，哪些是系統(tǒng)外物體對系統(tǒng)內物體作用的外力。在受力分析的基礎上根據(jù)動量守恒定律條件，判斷能否應用動量守恒。

　　(3)明確所研究的相互作用過程，確定過程的始、末狀態(tài)

　　即系統(tǒng)內各個物體的初動量和末動量的量值或表達式。

　　注意：在研究地面上物體間相互作用的過程時，各物體運動的速度均應取地球為參考系。

　　(4)確定好正方向建立動量守恒方程求解。

　　3、動量守恒定律的應用舉例

　　例2：如圖所示，在光滑水平面上有A、B兩輛小車，水平面的左側有一豎直墻，在小車B上坐著一個小孩，小孩與B車的總質量是A車質量的10倍。兩車開始都處于靜止狀態(tài)，小孩把A車以相對于地面的速度v推出，A車與墻壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A車后，又把它以相對于地面的速度v推出。每次推出，A車相對于地面的速度都是v，方向向左。則小孩把A車推出幾次后，A車返回時小孩不能再接到A車?

　　分析：此題過程比較復雜，情景難以接受，所以在講解之前，教師應多帶領學生分析物理過程，創(chuàng)設情景，降低理解難度。

　　解：取水平向右為正方向，小孩第一次

　　推出A車時：mBv1-mAv=0

　　即： v1=

　　第n次推出A車時：mAv +mBvn-1=-mAv+mBvn

　　則： vn-vn-1= ，

　　所以： vn=v1+(n-1)

　　當vn≥v時，再也接不到小車，由以上各式得n≥5.5 取n=6

　　點評：關于n的取值也是應引導學生仔細分析的問題，告誡學生不能盲目地對結果進行“四舍五入”，一定要注意結論的物理意義。

　　課后補充練習

　　(1)(2002年全國春季高考試題)在高速公路上發(fā)生一起交通事故，一輛質量為15000 kg向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質量為3000 kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，并向南滑行了一段距離后停止.根據(jù)測速儀的測定，長途客車碰前以20 m/s的速度行駛，由此可判斷卡車碰前的行駛速率為?( )

　　A.小于10 m/s? B.大于10 m/s小于20 m/s?

　　C.大于20 m/s小于30 m/s? D.大于30 m/s小于40 m/s

　　(2)如圖所示，A、B兩物體的質量比mA∶mB=3∶2，它們原來靜止在平板車C上，A、B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間動摩擦因數(shù)相同，地面光滑.當彈簧突然釋放后，則有 ( )?

　　A.A、B系統(tǒng)動量守恒 B.A、B、C系統(tǒng)動量守恒?

　　C.小車向左運動 D.小車向右運動?

　　(3)把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍發(fā)射出一顆子彈時，關于槍、彈、車，下列說法正確的是?

　　A.槍和彈組成的系統(tǒng)，動量守恒?

　　B.槍和車組成的系統(tǒng)，動量守恒?

　　C.三者組成的系統(tǒng)，因為槍彈和槍筒之間的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動量變化很小，可以忽略不計，故系統(tǒng)動量近似守恒?

　　D.三者組成的系統(tǒng)，動量守恒，因為系統(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個外力作用，這兩個外力的合力為零?

　　(4)甲乙兩船自身質量為120 kg，都靜止在靜水中，當一個質量為30 kg的小孩以相對于地面6 m/s的水平速度從甲船跳上乙船時，不計阻力，甲、乙兩船速度大小之比：v甲∶v乙=_______.

　　(5)(2001年高考試題)質量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個質量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾.現(xiàn)在小孩a沿水平方向以速率v(相對于靜止水面)向前躍入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v(相對于靜止水面)向后躍入水中.求小孩b躍出后小船的速度.?

　　(6)如圖所示，甲車的質量是2 kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個質量為1 kg的小物體.乙車質量為4 kg，以5 m/s的速度向左運動，與甲車碰撞以后甲車獲得8 m/s的速度，物體滑到乙車上.若乙車足夠長，上表面與物體的動摩擦因數(shù)為0.2，則物體在乙車上表面滑行多長時間相對乙車靜止?(g取10 m/s2)?

　　4、反沖運動與火箭

　　演示實驗1：老師當眾吹一個氣球，然后，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向學生飛去，人為制造一點“驚險氣氛”，活躍課堂氛圍。

　　演示實驗2：用薄鋁箔卷成一個細管，一端封閉，另一端留一個很細的口，內裝由火柴頭上刮下的藥粉，把細管放在支架上，用火柴或其他辦法給細管加熱，當管內藥粉點燃時，生成的燃氣從細口迅速噴出，細管便向相反的方向飛去。

　　演示實驗3：把彎管裝在可以旋轉的盛水容器的下部，當水從彎管流出時，容器就旋轉起來。

　　提問：實驗1、2中，氣球、細管為什么會向后退呢?實驗3中，細管為什么會旋轉起來呢?

　　看起來很小的幾個實驗，其中包含了很多現(xiàn)代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛(wèi)星的上天，大炮發(fā)射等。應該如何去解釋這些現(xiàn)象呢?這節(jié)課我們就學習有關此類的問題。

　　(1)反沖運動

　　A、分析：細管為什么會向后退?(當氣體從管內噴出時，它具有動量，由動量守恒定律可知，細管會向相反方向運動。)

　　B、分析：反擊式水輪機的工作原理：當水從彎管的噴嘴噴出時，彎管因反沖而旋轉，這是利用反沖來造福人類，象這樣的情況還很多。

　　為了使學生對反沖運動有更深刻的印象，此時再做一個發(fā)射禮花炮的實驗。分析，禮花為什么會上天?

　　(2)火箭

　　對照書上“三級火箭”圖，介紹火箭的基本構造和工作原理。

　　播放課前準備的有關衛(wèi)星發(fā)射、“和平號”空間站、“探路者”號火星探測器以及我國“神舟號”飛船等電視錄像，使學生不僅了解航天技術的發(fā)展和宇宙航行的知識，而且要學生知道，我國的航天技術已經(jīng)跨入了世界先進行列，激發(fā)學生的愛國熱情。閱讀課后閱讀材料——《航天技術的發(fā)展和宇宙航行》。