高三物理教案：《動(dòng)量守恒定律》教學(xué)設計

　　動(dòng)量守恒定律

　　三維教學(xué)目標

　　1、知識與技能：掌握運用動(dòng)量守恒定律的一般步驟。

　　2、過(guò)程與方法：知道運用動(dòng)量守恒定律解決問(wèn)題應注意的問(wèn)題，并知道運用動(dòng)量守恒定律解決有關(guān)問(wèn)題的優(yōu)點(diǎn)。

　　3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)：學(xué)會(huì )用動(dòng)量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問(wèn)題，培養思維能力。

　　教學(xué)重點(diǎn)：運用動(dòng)量守恒定律的一般步驟。

　　教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)量守恒定律的應用。

　　教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導，學(xué)生討論、交流。

　　教學(xué)用具：投影片、多媒體輔助教學(xué)設備。

　　(一)引入新課

　　動(dòng)量守恒定律的內容是什么?分析動(dòng)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(gè)方向上成立。)

　　(二)進(jìn)行新課

　　1、動(dòng)量守恒定律與牛頓運動(dòng)定律

　　用牛頓定律自己推導出動(dòng)量守恒定律的表達式。

　　(1)推導過(guò)程：

　　根據牛頓第二定律，碰撞過(guò)程中1、2兩球的加速度分別是：

　　根據牛頓第三定律，F1、F2等大反響，即 F1= - F2 所以：

　　碰撞時(shí)兩球間的作用時(shí)間極短，用 表示，則有：

　　代入 并整理得

　　這就是動(dòng)量守恒定律的表達式。

　　(2)動(dòng)量守恒定律的重要意義

　　從現代物理學(xué)的理論高度來(lái)認識，動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)中最基本的普適原理之一。(另一個(gè)最基本的普適原理就是能量守恒定律。)從科學(xué)實(shí)踐的角度來(lái)看，迄今為止，人們尚未發(fā)現動(dòng)量守恒定律有任何例外。相反，每當在實(shí)驗中觀(guān)察到似乎是違反動(dòng)量守恒定律的現象時(shí)，物理學(xué)家們就會(huì )提出新的假設來(lái)補救，最后總是以有新的發(fā)現而勝利告終。例如靜止的原子核發(fā)生β衰變放出電子時(shí)，按動(dòng)量守恒，反沖核應該沿電子的反方向運動(dòng)。但云室照片顯示，兩者徑跡不在一條直線(xiàn)上。為解釋這一反�，F象，1930年泡利提出了中微子假說(shuō)。由于中微子既不帶電又幾乎無(wú)質(zhì)量，在實(shí)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就是根據這一歷史事實(shí)設計的)。又如人們發(fā)現，兩個(gè)運動(dòng)著(zhù)的帶電粒子在電磁相互作用下動(dòng)量似乎也是不守恒的。這時(shí)物理學(xué)家把動(dòng)量的概念推廣到了電磁場(chǎng)，把電磁場(chǎng)的動(dòng)量也考慮進(jìn)去，總動(dòng)量就又守恒了。

　　2、應用動(dòng)量守恒定律解決問(wèn)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(dòng)量是否守恒時(shí)，通常把這些被研究的物體總稱(chēng)為系統.對于比較復雜的物理過(guò)程，要采用程序法對全過(guò)程進(jìn)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是由哪些物體組成的。

　　(2)要對各階段所選系統內的物體進(jìn)行受力分析

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

　　(3)明確所研究的相互作用過(guò)程，確定過(guò)程的始、末狀態(tài)

　　即系統內各個(gè)物體的初動(dòng)量和末動(dòng)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(guò)程時(shí)，各物體運動(dòng)的速度均應取地球為參考系。

　　(4)確定好正方向建立動(dòng)量守恒方程求解。

　　3、動(dòng)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(chē)，水平面的左側有一豎直墻，在小車(chē)B上坐著(zhù)一個(gè)小孩，小孩與B車(chē)的總質(zhì)量是A車(chē)質(zhì)量的10倍。兩車(chē)開(kāi)始都處于靜止狀態(tài)，小孩把A車(chē)以相對于地面的速度v推出，A車(chē)與墻壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A車(chē)后，又把它以相對于地面的速度v推出。每次推出，A車(chē)相對于地面的速度都是v，方向向左。則小孩把A車(chē)推出幾次后，A車(chē)返回時(shí)小孩不能再接到A車(chē)?

　　分析：此題過(guò)程比較復雜，情景難以接受，所以在講解之前，教師應多帶領(lǐng)學(xué)生分析物理過(guò)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(chē)時(shí)：mBv1-mAv=0

　　即： v1=

　　第n次推出A車(chē)時(shí)：mAv +mBvn-1=-mAv+mBvn

　　則： vn-vn-1= ，

　　所以： vn=v1+(n-1)

　　當vn≥v時(shí)，再也接不到小車(chē)，由以上各式得n≥5.5 取n=6

　　點(diǎn)評：關(guān)于n的取值也是應引導學(xué)生仔細分析的問(wèn)題，告誡學(xué)生不能盲目地對結果進(jìn)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(zhì)量為15000 kg向南行駛的長(cháng)途客車(chē)迎面撞上了一輛質(zhì)量為3000 kg向北行駛的卡車(chē)，碰后兩車(chē)接在一起，并向南滑行了一段距離后停止.根據測速儀的測定，長(cháng)途客車(chē)碰前以20 m/s的速度行駛，由此可判斷卡車(chē)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(zhì)量比mA∶mB=3∶2，它們原來(lái)靜止在平板車(chē)C上，A、B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車(chē)上表面間動(dòng)摩擦因數相同，地面光滑.當彈簧突然釋放后，則有 ( )?

　　A.A、B系統動(dòng)量守恒 B.A、B、C系統動(dòng)量守恒?

　　C.小車(chē)向左運動(dòng) D.小車(chē)向右運動(dòng)?

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

　　A.槍和彈組成的系統，動(dòng)量守恒?

　　B.槍和車(chē)組成的系統，動(dòng)量守恒?

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

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

　　(4)甲乙兩船自身質(zhì)量為120 kg，都靜止在靜水中，當一個(gè)質(zhì)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(shí)，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(zhì)量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個(gè)質(zhì)量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾.現在小孩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(chē)的質(zhì)量是2 kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個(gè)質(zhì)量為1 kg的小物體.乙車(chē)質(zhì)量為4 kg，以5 m/s的速度向左運動(dòng)，與甲車(chē)碰撞以后甲車(chē)獲得8 m/s的速度，物體滑到乙車(chē)上.若乙車(chē)足夠長(cháng)，上表面與物體的動(dòng)摩擦因數為0.2，則物體在乙車(chē)上表面滑行多長(cháng)時(shí)間相對乙車(chē)靜止?(g取10 m/s2)?

　　4、反沖運動(dòng)與火箭

　　演示實(shí)驗1：老師當眾吹一個(gè)氣球，然后，讓氣球開(kāi)口向自己放手，看到氣球直向學(xué)生飛去，人為制造一點(diǎn)“驚險氣氛”，活躍課堂氛圍。

　　演示實(shí)驗2：用薄鋁箔卷成一個(gè)細管，一端封閉，另一端留一個(gè)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(diǎn)燃時(shí)，生成的燃氣從細口迅速?lài)姵�，細管便向相反的方向飛去。

　　演示實(shí)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(shí)，容器就旋轉起來(lái)。

　　提問(wèn)：實(shí)驗1、2中，氣球、細管為什么會(huì )向后退呢?實(shí)驗3中，細管為什么會(huì )旋轉起來(lái)呢?

　　看起來(lái)很小的幾個(gè)實(shí)驗，其中包含了很多現代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛星的上天，大炮發(fā)射等。應該如何去解釋這些現象呢?這節課我們就學(xué)習有關(guān)此類(lèi)的問(wèn)題。

　　(1)反沖運動(dòng)

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

　　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(shí)，彎管因反沖而旋轉，這是利用反沖來(lái)造福人類(lèi)，象這樣的情況還很多。

　　為了使學(xué)生對反沖運動(dòng)有更深刻的印象，此時(shí)再做一個(gè)發(fā)射禮花炮的實(shí)驗。分析，禮花為什么會(huì )上天?

　　(2)火箭

　　對照書(shū)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(guān)衛星發(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(xué)生不僅了解航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行的知識，而且要學(xué)生知道，我國的航天技術(shù)已經(jīng)跨入了世界先進(jìn)行列，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國熱情。閱讀課后閱讀材料——《航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行》。