动量守恒定律教学案例

动量守恒定律动量守恒定律 教学设计教学设计 动量守恒定律动量守恒定律 教学设计教学设计 1 1 教学目标 教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 理解动量守恒定律的确切含义 2 知道动量守恒定律的适用条件和适用范围 并会用动量守恒定律解决简单 的实际问题 二 过程与方法 二 过程与方法 1 通过实验与探究 引导学生在研究过程中主动获取知识 应用知识解决问 题 同时在过程中培养学生协作学习的能力 2 运用动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律 培养学生的逻辑推理 能力 3 会应用动量守恒定律分析 计算有关问题 只限于一维运动 三 情感 态度与价值观 三 情感 态度与价值观 1 培养实事求是的科学态度和严谨的推理方法 2 引导学生通过对动量守恒定律的学习 了解归纳与演绎两种思维方法的应 用 并体会定律中包含的对称与和谐的美 3 培养学生将物理知识 物理规律进行横向比较与联系的习惯 养成自主构 建知识体系的意识 二 学情分析 二 学情分析 学生已经掌握了动量概念 会运用牛顿第二 第三定律及运动学公式等 为本节课的学些打下了坚实的基础 高中生思维方式逐渐由形象思维过渡为抽 象思维 因此在教学中需要以一些感性认识为依托 加强直观性和形象性 以 便学生理解 三 教学重点 难点 三 教学重点 难点 重点 重点 理解和基本掌握动量守恒定律 难点 难点 对动量守恒定律条件的掌握 4 4 教学方法教学方法 教师启发 引导 学生讨论 交流 五 教学设计 五 教学设计 引入新课引入新课 同学们 我们上节课学习的动量定理研究了一个物体受到力的冲量作用后 动量怎样变化 那么两个或两个以上的物体相互作用时 又会出现怎样的总结 果呢 例如 站在冰面上的甲乙两个同学 不论谁推一下谁 他们都会向相反 的方向滑开 两个同学的动量都发生了变化 又如 在平静的湖面上有一艘小 船 当人在船上走动时 船会同时沿着与人运动相反的方向运动 而且当人静 止时 船也即时静止 生活还有很多其它的例子 这些过程中相互作用的物体 的动量都发生了变化 但它们究竟遵循着什么样的规律呢 那么这节课我们就 要探讨这个问题 探究教学探究教学 系统 系统 内力和外力内力和外力 学生阅读讨论 并让学生自己总结什么是系统 系统 什么是内力内力和外力外力 1 系统系统 两个或多个物体组成的研究对象称为一个力学系统 2 内力内力 系统内两物体相互间的相互作用力 3 外力外力 系统以外的物体对系统施加的力 注意 注意 内力和外力的区分依赖于系统的选取 只有在确定了系统后 才能确定 内力和外力 教师对上述概念给予足够的解释 引发学生思考和讨论 加强对内力与 外力的区分 以光滑水平面上发生碰撞的两个物体为例 它们之间一定有相互作用 这 是内力 他们还要受到重力和桌面对它们的支持力 这是外力 师生互动师生互动 设计物理情境用牛顿运动定律推导动量守恒公式 如下图所示 在光滑的水平面上做匀速直线运动的两个小球 质量分别为 和 沿着同一个方向运动 速度分别为 和 且 则它们的 1 m 2 m 1 v 2 v 12 vv 总动量 动量的矢量和 当第二个球追上第一个球并发生碰撞 2211 vmvmp 碰撞后的速度分别为和 此时它们的动量的矢量和 即总动量 1 v 2 v 下面从动量定理和牛顿第三定律出发讨论 p 和 p 22 11 2 1 vmvmppp 有什么关系 推导过程推导过程 根据牛顿第二定律 碰撞过程中两球的加速度分别是 1 1 1 m F a 2 2 2 m F a 根据牛顿第三定律 F1 F2大小相等 方向相反 即 F1 F2 所以 2211 amam 碰撞时两球之间力的作用时间很短 用表示 这样 加速度与碰撞前后t 速度的关系就是 t vv a 11 1 t vv a 22 2 把加速度的表达式代入 并整理得 2211 amam 22112211 vmvmvmvm 上述情境可以理解为 以两小球为研究对象 系统的合外力为零 系统在 相互作用过程中 总动量是守恒的 即动量守恒表达式 由以上互动环节 可得出动量守恒的定义及表达式 二 动量守恒定律 二 动量守恒定律 师生共同总结上述互动环节 并得出结论 动量守恒定律内容及表达式 m2 v2 m1 v1 1 1 内容表述 内容表述 一个系统不受外力或受外力矢量和为零 这个系统的总动量保持 不变 这就是动量守恒定律 2 2 数学表达式 数学表达式 相互作用的两个物体组成的系统 作用前系统 22112211 vmvmvmvm 的总动量等于作用后系统的总动量 3 3 动量守恒定律的 动量守恒定律的 四性四性 同一性 由于动量大小与参考系的选取有关 因此应用动量守恒定律是 应注意各物体的速度必须是相对同一惯性系的速度 一般以地面为参考系 矢量性 动量守恒方程是一个矢量方程 对于作用前后物体的运动方向 都在一条直线上的问题 解题时务必选取正方向 选取正方向之后 用正负表 示方向 将矢量运算变为代数运算 瞬时性 动量是一个矢量 动量守恒指的是系统任一瞬时的动量恒定 列方程时 等号左边是作用前 或某一时刻 个物体的动量和 22112211 vmvmvmvm 等号右侧是作用后 或另一时刻 各物体的动量和 不同时刻动量不能相加 普适性 它不仅适用于两个物体所组成的系统 也适用于多个物体组成的系统 并 且相互作用的物体无论是宏观的还是微观的 无论是低速的还是高速到接近光速的 动量 守恒定律都适用 4 4 成立条件 成立条件 动量守恒定律有许多优点 其中最突出的一点是 它不需要考虑系统相互 作用过程中的各个瞬间细节 只考虑始末状态的动量 即使在牛顿定律适用范 围内 它也能解决许多由于相互作用力难以确定而不能直接应用牛顿定律的问 题 能有效地处理一些过程变化复习的问题 但它的使用要满足一定的条件 请详细的研究动量定恒定律的内容并结自己的理解 总结出动量守恒定律的适 用条件 1 系统不受外力或受外力之和为零 系统的总动量守恒 2 系统所受外力虽不为零 但内力远远大于外力 可忽略外力 系统的 动量守恒 如碰撞问题中的摩擦力 爆炸过程中的重力等外力比起相互作用 的内力来小得多 可以忽略不计 3 系统所受外力虽不为零 但在某一方向上不受外力或合外力为零 则 在该方向上系统的总动量的分量守恒 5 5 动量守恒定律的应用举例 动量守恒定律的应用举例 教师引导学生完成下列习题 1 系统不受外力或所受合外力为零 例 1 如图所示 在水平桌面上有两辆小车 A 和 B 质量分别为 0 5kg 和 0 2kg 这两辆小车分别靠在一根被压缩的轻弹簧的两端 并和细线拴在一起 烧断细线后 这两辆小车在弹簧弹力作用下分开 小车 A 以 0 8m s 的速度向左 运动 小车 B 的速度是多大 方向如何 思路分析 A B 系统水平方向不受外力 竖 直方向所受合外力为零 因而整个系统遵循动量 守恒定律 正确运用动量守恒定律即可 解析 取小车 A 向左运动为正方向 由系统动量守恒可得 0 BBAA vmvm 0 0 5 0 8 0 2 B v 2m s B v 表示方向与正方向相反 所以 B 的方向水平向右 2 系统所受内力远远大于外力 例 2 一炮挺总质量为 M 以速度匀速行驶 从船上相对海岸的水平速度 0 v v 沿前进方向射出一个质量为 m 的炮弹 发射后艇四五速度为 若不计水的 v 阻力 以下关系中正确的是 A A mvvmMMv 0 B 0 0 vvmvmMMv C 0 vvmvmMMv D mvMvMv 0 AB 解析 由于放射过程极短 放射过程中其他外力均可不计 故发射炮弹的过程中动量 守恒 则由动量守恒定律有 故 A 正确 mvvmMMv 0 3 某方向上动量守恒 例 3 质量为 m 的人以大小为 与水平方向成的初速度跳入一个装着 0 v 沙子的总质量为 M 的静止沙车中 如图所示 沙车与地面间的摩擦力不计 人 与沙车的共同速度为多少 解析 把人和沙车看成一个系统 人竖直方向 受重力 所以系统动量不守恒 但系统在整个过程 中水平方向不受外力 则系统水平方向动量守恒 所以 则 vmMmv cos 0 mM mv v cos 0 课堂小结课堂小结 本节课主要学习了以下几个问题 1 系统 内力和外力 2 动量守恒定律的内容 四性及守恒条件 6 6 板书设计板书设计 第三节 动量守恒定律第三节 动量守恒定律 1 1 系统系统 内力和外力内力和外力 1 系统 两个或两个以上的物体组成的研究对象称为一个力学系统 2 内力 系统内两物体间的相互作用力称为内力 3 外力 系统以外的物体对系统施加的力称为外力 2 2 动量守恒条件动量守恒条件 v0 1 内容 如果一个系统不受外力 或者所受外力的矢量和为 0 这个系统的 总动量保持不变 这就是动量守恒定律 2 表达式 22112211 vmvmvmvm 3