物理十六动量守恒定律人教版选修共张PPT课件.ppt

新课标人教版课件系列 高中物理 选修3 5 1 第十六章 动量守恒定律 2 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 例1火箭的发射利用了反冲现象 例2收集资料 了解中子是怎样发现的 讨论动量守恒定律在其中的作用 3 通过物理学中的守恒定律 体会自然界的和谐与统一 2 活动建议制作 水火箭 3 16 1 实验 探究碰撞中的不变量 4 教学目标 一 知识与技能1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 2 掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法 3 掌握实验数据处理的方法 二 过程与方法1 学习根据实验要求 设计实验 完成某种规律的探究方法 2 学习根据实验数据进行猜测 探究 发现规律的探究方法 三 情感 态度与价值观1 通过对实验方案的设计 培养学生积极主动思考问题的习惯 并锻炼其思考的全面性 准确性与逻辑性 5 2 通过对实验数据的记录与处理 培养学生实事求是的科学态度 能使学生灵活地运用科学方法来研究问题 解决问题 提高创新意识 3 在对实验数据的猜测过程中 提高学生合作探究能力 4 在对现象规律的语言阐述中 提高了学生的语言表达能力 还体现了各学科之间的联系 可引伸到各事物间的关联性 使自己溶入社会 教学重点碰撞中的不变量的探究 教学难点实验数据的处理 教学方法教师启发 引导 学生自主实验 讨论 交流学习成果 教学用具 投影片 多媒体辅助教学设备 完成该实验实验室提供的实验器材 如气垫导轨 滑块等 6 微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态 甚至使得一种粒子转化为其他粒子 7 一 观察实验 提出问题 思考 碰撞前后会不会有什么物理量保持不变 可能存在什么样的数学关系式 8 二 我们的猜想 9 保证一维碰撞即保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动 如何测量物体的质量 天平 怎样测量物体的速度 三 设计方案 设计实验需要考虑的问题 10 探究方案一 气垫导轨 光电门 挡光板的宽度设为L 穿过后所用时间为t 则滑块相当于在L的位移上运动了时间t 所以滑块匀速运动的速度v L t 11 探究方案二 摆球 量角器 或传感器 由于角度的测量有困难 适于定性研究 气垫 摆球 小车 平抛 下一页 12 探究方案三 打点计时器 小车 13 探究方案四 斜槽小球平抛装置 复写纸 本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量 测出小球落点的水平距离可根据平抛运动的规律计算出小球的水平初速度 气垫 摆球 小车 平抛 下一页 14 注意事项 5 用正确的方法从落点的痕迹找出落点的位置 3 实验中不需要测量时间 也不需要测量桌面的高度 4 能正确判断小球碰撞前后的落点 m1 m2 1 斜槽末端的切线要水平 2 从同一高度释放小球 15 四 进行实验收集数据 实验装置应怎么组装 实验的程序 即实验步骤是什么 怎样进行实验数据的采集 分析与处理 怎样设计数据表格 对比 探究 验证实验中 如何设计一个直观 方便的表格也是成功的关键所在 16 五 数据分析 解决问题 17 六 课堂练习 问题1 试分析小车A撞B的过程中 两车动量的转化关系 问题2 如果 光滑 接触面换成 粗糙 阻力不能忽略 人们追寻到的这个碰撞过程中的守恒量还存在吗 探究作业1 是什么原因使A和B的动量之间发生相互转化的 探究作业2 查阅资料 了解动量守恒发展史 18 我们的收获是什么 猜想设计方案 实验验证 交流评估 观察现象提出问题 七 小结 1 重点不是公式 而是体会在追寻碰撞中的守恒量所运用的科学研究方法 2 体会追寻守恒量的可行性 碰撞中的守恒量 解决问题 探究过程 19 守恒量 质量 动量 角动量 其它学科 八 拓展 电荷 能量 20 16 2 动量守恒定律 一 21 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 知道定律的适用条件和适用范围 二 过程与方法在理解动量守恒定律的确切含义的基础上正确区分内力和外力 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 动量的概念和动量守恒定律 教学难点 动量的变化和动量守恒的条件 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 22 几个基本概念 系统 存在相互作用的几个物体组成的整体 内力 系统内各个物体间的相互作用力 外力 系统外的其他物体作用在系统内任何一个物体上的力 为了便于对问题的讨论和分析 我们引入几个概念 23 碰撞前的动量 P1 m1v1 P2 m2v2 P m1v1 m2v2 24 碰撞后的动量 P 2 m2v 2 P m1v 1 m2v 2 P 1 m1v 1 25 碰撞时受力分析 m1和m2各自受到重力 G 支持力 N 和相互作用力 F21 2号球对1号球的作用力 F12 1号球对2号球的作用力 其中重力和支持力之和为零 这样只剩下F21和F12了 且这两个力的作用时间相等 26 证明过程 对1号球用动量定理 F21t1 m1v 1 m1v1 P 1 P1 对2号球用动量定理 F12t2 m2v 2 m2v2 P 2 P2 根据牛顿第三定律 F12 F21 且t1 t2 27 F12t2 F21t1 m1v 1 m1v1 m2v 2 m2v2 P 1 P1 P 2 P2 即 m1v 1 m2v 2 m1v1 m2v2P 1 P 2 P1 P2 P P 证明过程2 28 动量守恒定律的内容 表述 一个系统不受外力或者所受外力为零 这个系统的总动量保持不变 这个结论叫做动量守恒定律 29 例题 如图所示 A B C三木块的质量分别为mA 0 5kg mB 0 3kg mC 0 2kg A和B紧靠着放在光滑的水平面上 C以v0 25m s的水平初速度沿A的上表面滑行到B的上表面 由于摩擦最终与B木块的共同速度为8m s 求C刚脱离A时 A的速度和C的速度 30 分析过程 分析 C在A的上表面滑行时 A和B的速度相同 C在B的上表面滑行时 A和B脱离 A做匀速运动 对A B C三物体组成的系统 总动量守恒 对C滑上A至C与B以共同速度运动这一整个过程有 mCv0 mAvA mB mC v 对C在A表面滑动的过程有 mCv0 mA mB vA mCvC 代入数据得 vA 2m s vC 17m s 31 16 3 动量守恒定律 二 32 教学目标 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 33 问题 在滑冰场上静止着一个大运动员和一个小运动员 他们相互推一下 会出现什么样的情况 他们有哪些物理量将发生变化 34 一 观察小实验 1 mA mB 2 mA 2mB 35 实验一 36 实验二 37 实验结论 疑问 结论 总动量保持不变 疑问 总动量保持不变有没有条件 38 二 理论推导 1 表达式 P1 P2 P1 P2 2 系统 相互作用的物体通称为系统 3 内力 系统中各物体之间的相互作用力叫做内力 4 外力 系统外的物体对系统内物体的作用力 39 理论推导 40 推导过程 根据动量定理 对m1 F1t m1V1 m1V1对m2 F2t m2V2 m2V2根据牛顿第三定律 F1 F2F1t F2tm1V1 m1V1 m2V2 m2V2 由此得 m1V1 m2V2 m1V1 m2V2 或者P1 P2 P1 P2 P P 41 三 动量守恒定律 1 内容 一个系统不受外力或者所受外力之和为零 这个系统的总动量保持不变 2 公式表达 m1V1 m2V2 m1V1 m2V2 42 动量守恒定律 3 适用条件 系统不受外力或者所受外力之和为零 P P 或 P 0 P1 P2I1 I2 43 动量守恒定律 4 适用对象 A 正碰 斜碰和任何形式的相互作用 B 由两个或者多个物体组成的系统 C 高速运动或低速运动 D 宏观物体或微观物体 44 实验三 45 实验五 多个物体发生相互作用 46 小结 1 定律内容 一个系统不受外力或所受外力之和为零 这个系统的总动量保持不变 2 公式表达 m1v1 m2v2 m1v1 m2v2 3 适用条件 系统不受外力或者所受外力之和为零4 适用对象 47 例题1 1 关于动量守恒定律的各种理解中 正确的是 A 相互作用的物体如果所受外力的合力为零 则它们的总动量保持不变 B 动量守恒是指相互作用的物体在相互作用前后动量保持不变 C 无论相互作用力是什么性质的力 只要系统满足守恒条件 动量守恒定律都适用 48 例题2 质量m1 2kg m2 5kg的两静止小车压缩一条轻质弹簧后放在光滑的小平面 放手后让小车弹开 今测得m2受到的冲量是10N S则 1 两小车及弹簧组成的系统动量是否守恒 2 此过程中 m1的动量变化为多少 3 弹开后 两小车的总动量为多少 4 弹开后 两车的速度大小之比 49 例题3 质量m1 10g的小球在光滑水平面上以V1 30cm s的速率向右运动 恰遇上质量m2 50g的小球以V2 10cm s的速率向左运动 碰撞后小球m2恰好静止 那么碰撞后小球m1的速度大小是多大 方向如何 50 解答 解 以水平向右方向为正方向 确定正方向 V1 30cm s V2 10cm s V2 0根据动量守恒定律 m1V1 m2V2 m1V1 m2V2 解得 V1 20cm s 说明符号物理意义 51 课堂习题1 1 质量为m的子弹水平飞行 击穿一块原来静止在光滑水平面上的木块 木块的质量为M 在子弹穿透木块的过程中 A 子弹和木块所受到的冲量大小相等B 子弹受到的冲量小于木块受到的冲量C 子弹和木块速度的变化相同D 子弹和木块作为一个系统 该系统的总动量守恒 52 课堂习题2 2 在滑冰场上静止着一个质量为M 75Kg的大运动员和质量为m 25Kg的一个小运动员 他们相互推一下后 他们各自速度为多少 53 课堂作业 课本练习题 第一题第四题 54 16 4 碰撞 55 教学目标 一 知识与技能1 认识弹性碰撞与非弹性碰撞 认识对心碰撞与非对心碰撞2 了解微粒的散射 二 过程与方法通过体会碰撞中动量守恒 机械能守恒与否 体会动量守恒定律 机械能守恒定律的应用 三 情感 态度与价值观感受不同碰撞的区别 培养学生勇于探索的精神 56 教学重点用动量守恒定律 机械能守恒定律讨论碰撞问题 教学难点对各种碰撞问题的理解 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 57 一 历史上对碰撞物体的研究 最早发表有关碰撞问题研究成果的是布拉格大学校长 物理学教授马尔西 M Marci 1595 1667 他在1639年发表的 运动的比例 中得出一些碰撞的结论 随后著名的物理学家如伽利略 马略特 牛顿 笛卡尔 惠更斯等都先后进行了一系列的实验总结出碰撞规律 为动量守恒定律的建立奠定了基础 58 二 生活中的各种碰撞现象 打台球 59 二 生活中的各种碰撞现象 撞车 60 二 生活中的各种碰撞现象 打桩机打桩 62 二 生活中的各种碰撞现象 钉钉子 63 二 生活中的各种碰撞现象 飞鸟撞飞机 64 二 生活中的各种碰撞现象 打网球 65 二 生活中的各种碰撞现象 拳击 66 三 碰撞的形式 1 正碰 碰撞时速度沿着连心线方向 2 斜碰 碰撞前的相对速度方向不在两球的连心线上 67 情景一 a a mA mB m 68 情景二 69 四 弹性碰撞 1 概念 碰撞过程中机械能守恒 这样的碰撞叫做弹性碰撞 例如钢球 玻璃球的碰撞 2 弹性碰撞过程分析 3 能量转化情况 动能 弹性势能 动能 70 4 规律 情景三 71 6 讨论 若m1 m2 可得v1 0 v2 v1 相当于两球交换速度 若m1 m2 则v1 0 且v2 一定大于0 若m2 m1 则v1 v1 v2 0 若m1 m2 则v1 v1 v2 2v1 5 评估 若m1 m2 则v1 0 且v2 一定大于0 72 五 非弹性碰撞 1 概念 如果碰撞过程中机械能不守恒 这样的碰撞叫非弹性碰撞 例如木制品的碰撞 2 非弹性碰撞过程分析 3 能量转化情况 机械能和内能发生相互转化 73 4 规律 情景四 74 六 完全非弹性碰撞 1 概念 碰撞后两物体连在一起运动的现象 3 能量转化情况 系统碰撞前后动能损失最大 例如橡皮泥球之间的碰撞 4 规律 2 完全非弹性碰撞过程分析 75 例1 如图所示 光滑水平面上有两物块A B 两物块中间是一处于原长的弹簧 弹簧和物块不连接 A质量为mA 2kg B的质量mB 1kg 现给物块A一水平向左的瞬时速度V0 大小为3m s 求在以后的过程中弹性势能的最大值和物块B动能的最大值 76 例2 如图所示 一质量为m的子弹以水平速度v0飞向小球 小球的质量为M 悬挂小球的绳长为 子弹击中小球并留在其中 求 1 子弹打小球过程中所产生的热量 2 小球向右摆起的最大高度 77 例3 如图所示 质量为m的滑块静止在光滑的水平桌面上 滑块的光滑弧面底部与桌面相切 一个质量为m的小球以速度v0向滑块飞来 设小球不会越过滑块 求滑块能获得的最大速度 此后小球做什么运动 78 例4 如图 弧形斜面质量为M 静止于光滑水平 曲面下端极薄一质量为m的小球以速度VO向左运动 小球最多能升高到离水平面h处 求该系统产生的热量 79 小结 一 弹性碰撞 碰撞过程中机械能守恒 这样的碰撞叫做弹性碰撞 1 规律 动量守恒 机械能守恒2 能量转化情况 动能 弹性势能 动能二 完全非弹性碰撞 碰撞后两物体连在一起运动的现象 1 规律 动量守恒 机械能减少2 能量转化情况 系统碰撞前后动能损失最大 80 七 几个重要的概念 1 系统 存在相互作用的几个物体所组成的整体 称为系统 系统可按解决问题的需要灵活选取 2 内力 系统内各个物体间的相互作用力称为内力3 外力 系统外其他物体作用在系统内任何一个物体上的力 称为外力 81 16 5 反冲运动 火箭 82 教学目标 一 知识与技能1 进一步巩固动量守恒定律2 知道反冲运动和火箭的工作原理 了解反冲运动的应用3 了解航天技术的发展和应用 二 过程与方法理解反冲运动的物理实质 能够运用动量守恒定律分析 解决有关反冲运动的问题 三 情感 态度与价值观培养学生动手动脑的能力 发掘学生探索新知识的潜能 83 教学重点运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质 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 铝箔纸 火柴和支架 反击式水轮机转轮的原理模型 礼花 有关航天发射 空间站等的录像带剪辑 投影片 多媒体辅助教学设备 课时安排1课时 84 一 反冲运动 演示 静止或运动的物体分离出一部分物体 使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动 反冲运动中如果属于内力远远大于外力的情况 可以认为反冲运动中系统动量守恒 85 二 反冲运动的应用 演示 86 中国新型自行榴弹炮 止退犁 火炮缓冲器 应用 87 反击式水轮机是靠水流的反冲作用旋转的 应用 88 中国新型战机歼七 法国幻影2000 喷气式飞机通过连续不断地向后喷射高速燃气 可以得到超过音速的飞行速度 美国F16 美国F117 应用 89 火箭模型 在箭支前端缚上火药筒 利用火药向后喷发产生的反冲作用力把箭发射出去 演示 90 那么火箭在燃料燃尽时所能获得的最终速度与什么有关呢 假设火箭发射前的总质量为M 燃料燃尽后的质量为m 火箭燃气对地的喷射速度为v1 燃料燃尽后火箭的飞行速度v为多大 在火箭发射过程中 由于内力远大于外力 所以动量守恒 发射前的总动量为0 发射后的总动量为 以火箭的速度方向为正方向 91 由动量守恒得 燃料燃尽时火箭获得的最终速度由喷气速度及质量比共同决定 92 93 第一节火箭脱离过程 多级火箭由单级火箭组成 发射时先点燃第一级火箭 燃料用完以后 空壳自动脱落 然后下一级火箭开始工作 94 例 一火箭喷气发动机每次喷出m 200g的气体 气体离开发动机喷出时对地速度v 1000m s 设火箭质量M 300kg 发动机每秒喷发20次 求 运动第1秒末 火箭的速度多大 13 5m s 95 反冲运动火箭 反冲运动 1 定义 静止或运动的物体分离出一部分物体 使另一部分向相反方向运动的现象叫反冲运动 2 反冲运动中一般遵循动量守恒定律 3 应用 反击式水轮机 喷气式飞机 火箭等 防止 射击时 用肩顶住枪身 火箭 1 飞行的原理 利用反冲运动 2 决定火箭最终飞行速度的因素 喷气速度 质量比 96 例 水平方向射击的大炮 炮身重450kg 炮弹重为5kg 炮弹射击的速度是450m s 射击后炮身后退的距离是45cm 则炮受地面的平均阻力为多大 应用 97 例 火箭最初的总质量为M 相对于地面水平飞行的速度为v0 若发动机每次喷出的气体质量恒为m 喷出气体相对于火箭的速度恒为u 不计空气阻力 当第二批气体喷出后 火箭的速度为多大 98 99 火箭模型 万户明 公元1368 1644年 他在箭支前端缚火药筒 利用火药向后喷发产生的反作用力把箭发射出去 这是世界上最早的喷射火器 演示 100 16 6 用动量概念表示牛顿的第二定律 101 教学目标 一 知识与技能1 理解动量定理的确切含义和表达式 知道动量定理适用于变力 2 会用动量定理解释有关物理现象 并能掌握一维情况下的计算问题 二 过程与方法运用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理表达式 三 情感 态度与价值观通过运用所学知识推导新的规律 培养学生学习的兴趣 激发学生探索新知识的欲望 102 教学重点理解动量定理的确切含义和表达式 教学难点会用动量定理解释有关物理现象 并能掌握一维情况下的计算问题 教学方法教师启发 引导 学生讨论 交流 教学用具 生鸡蛋 铺有较厚的海绵垫的白铁桶 细线 金属小球 橡皮筋 铁架台等 投影片 多媒体辅助教学设备 课时安排1课时