子弹打木块模型教学设计.doc

子弹打木块模型教学设计教学分析迁移能力的培养是物理教学过程中的重要组成部分。在物理习题教学过程中，注重培养学生构建正确的物理模型，掌握基本模型的思维方法并能合理的迁移，可以收到事半功倍的效果。子弹打木块问题是高中物理主干知识：动量与能量相结合应用的重要模型之一。教学目标知识与技能1. 建立子弹打木块模型。2. 通过对模型的讨论，加深对动量守恒定律的理解。过程与方法通过对子弹打木块模型的分析，帮助学生对知识进行整理，综合应用，并能应用所学知识处理实际问题。情感态度与价值观培养学生运用所学知识分析和解决问题的能力与意识。教学重点建立模型，帮助学生理解动量守恒定律。教学难点动量与能量的综合应用，帮助学生养成良好的分析处理问题的思维习惯。课时安排1课时教具准备多媒体课件教学过程一、 复习导入通过前面的学习，同学们已经知道了动量、动量守恒的相关知识，并已经运用动量守恒定律处理过关于碰撞和反冲的一些练习，对动量守恒定律有了一些认识。这节课我们继续来学习关于动量守恒定律的一些应用。二、 新课教学1.建立模型：子弹打木块模型子弹打木块模型是一种常见的模型，主要考查动量和能量相关知识。木块不固定且子弹不能打穿木块模型如图1所示，设质量为m的子弹以初速度v0射向静止在光滑水平面上的质量为M的木块，并留在木块中不再穿出，子弹钻入木块的深度为d，设子弹所受阻力恒为f。求：(1)子弹、木块相对静止时的速度(2)子弹在木块内运动的时间(3)子弹、木块发生的位移以及子弹打进木块的深度(4)系统损失的机械能、系统增加的内能(5)要使子弹不穿出木块，木块至少多长？根据动量守恒定律可得： d S 图1 对子弹用动量定理： 分别对子弹m和木块M用动能定理：对m： 对M： 联立得： 等式右边为系统损失的机械能，左边d为m和M之间的相对路程，fd为系统克服摩擦力所做的功，数值上与系统产生的热量相等，即 再联立可得： 2.模型的应用 “子弹打木块”模型的实质是两物体在一对大小相等方向相反的恒力作用下的运动，并通过做功实现不同形式能量之间的转化因此，可以从物理模型和能量转换及动量转换这几个方面来拓宽“子弹打木块”的模型v0图2例1. 如图2所示，一质量为M，长为L的木板固定在光滑的水平面上，一质量为m的小滑块以水平速度v0从木板的左侧开始滑动，滑到木板的右端时速度恰好为零。试求：(1)小滑块在木板上的滑动时间(2)若木块不固定，其他条件不变，小滑块相对木块静止时距木板左端的距离。解析：(1)小滑块所受合外力等于滑动摩擦力，设动摩擦因数为，有：mgL=12mv02 -mgt=0-mv0 联立得：t=2Lv0 (2)设小滑块与木板的共同速度为，小滑块距木板左端的距离为L，有： 联立解得： 评析：例1中木块相当于模型中的子弹，长木板相当于模型中的木块。ABC图3例2.如图3所示，水平光滑地面上停放着一辆小车，小车的四分之一圆弧轨道AB是光滑的，半径为R。在最低点B与水平轨道BC相切，BC的长度是圆弧半径的10倍，整个轨道处于同一竖直平面内。可视为质点的物块从A点由静止下滑，然后沿水平轨道滑行至轨道末端C处恰好没有滑出。求：(1)运动过程中系统产生的热量。(2)物块与水平轨道BC之间的动摩擦因数。解析：(1)系统水平方向动量守恒： 解得： 系统产生的热量： 解得：Q=mgR (2)系统产生的热量在数值上等于系统克服摩擦力做的功： LBC=10R 联立得：=0.1 拓展：(1)若物块从A点正上方h高处无初速下落，恰好落入小车圆弧轨道滑动，其他条件不变，热量Q和动摩擦因数各为多少？分析：水平方向动量守恒 系统损失的机械能全部转化为热量(2)若在小车左侧放一挡板，物块仍由A点下滑，其他条件不变，Q和？分析:物块从A运动到B过程中，水平方向动量也不守恒，经过B点以后，动量守恒图4ABC图5ABC例3.如图6所示，车厢长度为L，质量为M，静止于光滑的水平面上。车厢内有一质量为m的物体以初速度v0从车厢左侧开始向右运动，与车厢来回碰撞几次后静止于车厢内。设木块与车厢之间动摩擦因数为，所有碰撞均为弹性碰撞。求：v0图6(1)车厢的末速度(2)小物体与车厢碰撞的次数及小物块最终停在车厢的什么位置？解析：(1)系统水平方向动量守恒，最终以共同速度向右运动 解得: (2)系统总能量守恒，损失的动能全部转化为热量 dL=n+xL 其中n为碰撞次数，x为最后一次碰撞后相对车厢的运动路程当n为奇数时，物体停在距车厢右侧x处，当n为偶数时，物体停在距车厢左侧x处。拓展:在小物体与车厢之间安装火药，为小物体和车厢提供初始运动的动能，若火药提供的能量为E0且全部转化为系统动能，其他条件不变，小物体将停在什么位置？例4. 如图所示，电容器固定在一个绝缘座上，绝缘座放在光滑水平面上。平行板电容器板间距离为d，电容为C。右极板有一个小孔，通过小孔有一长为32d的绝缘杆，左端固定在左极板上，电容器极板连同底座、绝缘杆总质量为M。给电容器充入电量Q后，有一质量为m、带电量q的环套在杆上以某一初速度v0对准小孔向左运动（M3m）。设带电环不影响电容器板间电场的分布，电容器外部电场忽略不计。带电环进入电容器后距左板最小距离为12d，试求：(1)带电环与左极板间相距最近时的速度；(2)带电环受绝缘杆的摩擦力。解析：(1)电环距左板最近时，类似于子弹，木块相对静止时，由动量守恒定律得： (2)带电环与其余部分间的相互作用力，做功的有电场力和摩擦力 由能量转化和守恒定律得： 解得： f=3mv028d-qQ2Cd 例5.两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为L。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图所示两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其余部分的电阻可不计在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度V0若两导体棒在运动中始终不接触，求：（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？ (2）当ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的加速度是多少？解析：(1)从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒总动量守恒，有 根据能量守恒，整个过程中产生的总热量 (2)设ab棒的速度变为初速度的3/4时，cd棒的速度为V1，则由动量守恒可知 mv0=m34v0+mv1 此时回路中的感应电动势和感应电流分别为 :E=BL(34v0-v1) I=E2R 棒所受的安培力 cd棒的加速度为 由以上各式，可