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机械能守恒定律 教学目标：1、知识与技能 1.理解动能与势能的相互转化. 2.掌握机械能守恒定律的表达式.2、过程与方法 经过机械能守恒定律的实际应用，进一步理解机械能守恒的条件.3、情感态度与价值观 培养理论联系实际的思想，通过规律、理论的学习，培养学以致用的思想.教学重点：1.机械能守恒的条件.2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒,并能列出数学表达式.教学难点：1.判断机械能是否守恒.2.灵活运用机械能守恒定律解决问题.课前准备：1.自制课件、学案.2.麦克斯韦滚摆、单摆、弹簧振子.教学过程导入新课影片导入 课件展示翻滚过山车的精彩片断，激发学生学习的兴趣，引出本节课的学习内容. 在学生观看过山车的同时,教师提醒学生分析过山车在运行过程中动能和势能的变化情况.游戏导入 教师利用事先准备好的演示器材，请两个同学配合，指导他们完成一个小游戏，让同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理.器材：细线、小钢球、铁架台.演示过程：将小钢球机固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使小球与细线形成一个摆.让一个同学靠近铁架台，头稍低，另一同学把小球由该同学的鼻子处释放，小球摆动过程中能否碰到该同学的鼻子，提醒注意安全，并思考里面的科学道理.如左下图. 实验导入 如右上图所示，悬挂单摆的铁架台上增加一个横杆P和一把水平放置的尺子AB，实验时调整横杆P的高度,观察小球摆动的情况；调整水平尺子的高度使小球从不同位置摆动，观察小球摆动的情况.将各次实验现象进行概括，思考这些现象说明什么问题.也可以将单摆悬挂在小黑板上，然后在小黑板上画上若干条水平横线，手持短尺替代横杆.推进新课一、动能与势能的相互转化 前面我们学习了动能、势能和机械能的知识.在初中学习时我们就了解到，在一定条件下，物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化，动能与势能相互转化的例子在生活中非常多，请同学们举出生活中的例子来说明动能与势能的相互转化.参考:1.从树上掉下的苹果（势能向动能转化）；2.自行车猛蹬几下自由冲上斜坡（动能向势能转化）；3.拉弓射箭（势能向动能转化）4.运动会上撑竿跳高运动员在跳起的过程中（人的动能转化为杆的弹性势能,后杆的弹性势能转化为人的重力势能）.实验演示：依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子，提醒学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况，即转化过程中物理量的具体变化.通过观察演示实验，学生回答物体运动中动能、势能变化情况.教师小结：物体运动过程中，随着动能的增大，物体的势能减小；反之，随着动能的减小，物体的势能增大.学生通过实例感受、实验演示，切实感受到机械能的两种形式（动能与势能）之间可以相互转化.而且，转化过程中有力做功.重力做功：动能重力势能弹力做功：动能弹性势能.二、机械能守恒定律问题：动能和势能的相互转化是否存在某种定量的关系呢？上述各运动过程中，物体的机械能是否变化呢？ 引导学生通过具体的实例进行理论推导分析.先考虑只有重力对物体做功的理想情况. 情境设置：质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h1处速度为v1，下落至高度h2处速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化(引导学生思考分析).分析：根据动能定理，有: =WG下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量.取地面为参考平面，有WG=mgh1-mgh2由以上两式可以得到 =mgh1-mgh2移项得 +mgh2= g+mgh1引导学生分析讨论上面表达式的物理意义：等号的左侧表示末态的机械能，等号的右侧表示初态的机械能，表达式表明初态跟末态的机械能相等.即在小球下落的过程中，重力势能减小，动能增加，减小的重力势能转化为动能.问题：此表达式具有普遍意义吗？还是仅在只受重力的自由落体运动中成立？引导学生自己推导竖直上抛、平抛的过程是否成立.引导学生关注在上述过程中物体的受力情况.可以证明，在只有重力做功的情况下，物体动能和势能可以相互转化，而机械能总量保持不变.思维拓展 在只有弹力做功的牨体系统内呢？课件展示：展示弹簧振子（由于弹簧振子概念学生还没有接触，教师可以不提弹簧振子的概念）的运动情况，分析物理过程.教师设疑：在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的势能，是否在只有弹力做功的情况下，机械能也能守恒呢？ 学生在推导过程中可能会存在一定的困难，教师适当加以辅助推导.对弹簧与小球的运动过程简要分析，得到动能与势能的转化关系，并明确：在只有弹力对物体做功时物体的机械能守恒. 通过上面只有重力做功与只有弹力做功两个部分的推导，师生总结机械能守恒定律的内容： 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变. 表达式：Ek2+Ep2=Ep1+Ek1 教师引导学生理解表达式中各量的物理意义，并回顾机械能守恒定律推导过程，加深认识.三、机械能守恒定律的条件思维拓展 通过以上内容的学习，我们理解了机械能守恒定律的表达式，但真正应用到解题过程还是有限制的. 大屏幕投影机械能守恒定律的内容，并用不同颜色展示“在只有重力或弹力做功的物体系统内”，突出强调守恒的受力前提.引导学生自己总结守恒的条件. 有的学生认为守恒条件应该是只受重力或弹力; 有的学生认为守恒条件应该是只有重力或弹力做功. 在肯定两位学生认真思考的基础上，教师质疑两位学生的意见，激发他们思考的积极性：两位同学说的有什么不同吗？学生讨论：只有重力或弹力做功，还包含这样的意思：可能还受其他力，但其他力不做功.思维追踪：机械能守恒定律的条件应该怎样表述呢？举例说明.学生总结：机械能守恒定律的条件可以表述为:1.只受重力（弹力），不受其他力.如自由落体的物体.2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功.如做单摆运动的物体.例题 在距离地面20 m高处,以15 m/s的初速度水平抛出一小球，不计空气阻力，取g=10 m/s2，求小球落地速度大小.引导学生思考分析，提出问题：1.前面学习过应用运动合成与分解的方法处理平抛运动，现在能否应用机械能守恒定律解决这类问题？2.小球抛出后至落地之前的运动过程中，是否满足机械能守恒的条件？如何应用机械能守恒定律解决问题？3.归纳学生分析的结果，明确：小球下落过程中，只有重力对小球做功，满足机械能守恒条件，可以用机械能守恒定律求解；应用机械能守恒定律时，应明确所选取的运动过程，明确初、末状态小球所具有的机械能.取地面为参考平面，抛出时小球具有的重力势能Ep1=mgh，动能为Ek1= mv02.落地时,小球的重力势能Ep2=0,动能为Ek2= mv2.根据机械能守恒定律,有E1=E2,即mgh+ = mv2落地时小球的速度大小为v= m/s=25 m/s.课堂训练1.如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动.在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（ ） 2.长为L的均匀链条放在光滑的水平桌面上，且使其长度的1/4垂在桌边，如图所示.松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为多大？ 点拨：求解这类题目时，一是注意零势点的选取，应尽可能使表达式简化，该题如选链条全部滑下时的最低点为零势能点，则初始势能就比较麻烦.二是灵活选取各部分的重心，该题开始时的势能应取两部分（桌面上和桌面下）势能总和，整根链条的总重心便不好确定，最后刚好滑出桌面时的势能就没有必要再分，可对整根链条求出重力势能.课堂小结1.在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的机械能总量不变.2.应用机械能守恒定律的解题步骤(1)确定研究对象;(2)对研究对象进行正确的受力分析;(3)判断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件;(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能;(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解.布置作业1.教材“问题与练习”第1、3、4题.2.观察记录生活中其他的物理情景，判断其是否符合机械能守恒定律.板书设计一、动能与势能的相互转化重力做功：动能重力势能弹力做功：动能弹性势能二、机械能守恒定律 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变.三、机械能守恒定律的条件1.只受重力（弹力），不受其他力.如自由落体的物体.2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功.如做单摆运动的物体.机械能守恒定律教学设计教学目标：1、知识与技能 1.理解动能与势能的相互转化. 2.掌握机械能守恒定律的表达式.2、过程与方法 经过机械能守恒定律的实际应用，进一步理解机械能守恒的条件.3、情感态度与价值观 培养理论联系实际的思想，通过规律、理论的学习，培养学以致用的思想.教学重点：1.机械能守恒的条件.2.在具体的问题中能判定机械能是否守恒,并能列出数学表达式.教学难点：1.判断机械能是否守恒.2.灵活运用机械能守恒定律解决问题.课前准备：1.自制课件、学案.2.麦克斯韦滚摆、单摆、弹簧振子.教学过程导入新课影片导入 课件展示翻滚过山车的精彩片断，激发学生学习的兴趣，引出本节课的学习内容. 在学生观看过山车的同时,教师提醒学生分析过山车在运行过程中动能和势能的变化情况.游戏导入 教师利用事先准备好的演示器材，请两个同学配合，指导他们完成一个小游戏，让同学们认真观察并思考游戏里面的科学道理.器材：细线、小钢球、铁架台.演示过程：将小钢球机固定在细线的一端，细线的另一端系在铁架台上，使小球与细线形成一个摆.让一个同学靠近铁架台，头稍低，另一同学把小球由该同学的鼻子处释放，小球摆动过程中能否碰到该同学的鼻子，提醒注意安全，并思考里面的科学道理.如左下图.实验导入 如右上图所示，悬挂单摆的铁架台上增加一个横杆P和一把水平放置的尺子AB，实验时调整横杆P的高度,观察小球摆动的情况；调整水平尺子的高度使小球从不同位置摆动，观察小球摆动的情况.将各次实验现象进行概括，思考这些现象说明什么问题.也可以将单摆悬挂在小黑板上，然后在小黑板上画上若干条水平横线，手持短尺替代横杆.推进新课一、动能与势能的相互转化 前面我们学习了动能、势能和机械能的知识.在初中学习时我们就了解到，在一定条件下，物体的动能与势能(包括重力势能和弹性势能)可以相互转化，动能与势能相互转化的例子在生活中非常多，请同学们举出生活中的例子来说明动能与势能的相互转化.参考:1.从树上掉下的苹果（势能向动能转化）；2.自行车猛蹬几下自由冲上斜坡（动能向势能转化）；3.拉弓射箭（势能向动能转化）4.运动会上撑竿跳高运动员在跳起的过程中（人的动能转化为杆的弹性势能,后杆的弹性势能转化为人的重力势能）.实验演示：依次演示麦克斯韦滚摆、单摆和弹簧振子，提醒学生注意观察物体运动中动能、势能的变化情况，即转化过程中物理量的具体变化.通过观察演示实验，学生回答物体运动中动能、势能变化情况.教师小结：物体运动过程中，随着动能的增大，物体的势能减小；反之，随着动能的减小，物体的势能增大.学生通过实例感受、实验演示，切实感受到机械能的两种形式（动能与势能）之间可以相互转化.而且，转化过程中有力做功.重力做功：动能重力势能弹力做功：动能弹性势能.二、机械能守恒定律问题：动能和势能的相互转化是否存在某种定量的关系呢？上述各运动过程中，物体的机械能是否变化呢？ 引导学生通过具体的实例进行理论推导分析.先考虑只有重力对物体做功的理想情况.情境设置：质量为m的物体自由下落过程中，经过高度h1处速度为v1，下落至高度h2处速度为v2，不计空气阻力，分析由h1下落到h2过程中机械能的变化(引导学生思考分析).分析：根据动能定理，有: =WG下落过程中重力对物体做功，重力做功在数值上等于物体重力势能的变化量.取地面为参考平面，有WG=mgh1-mgh2由以上两式可以得到 =mgh1-mgh2移项得 +mgh2= g+mgh1引导学生分析讨论上面表达式的物理意义：等号的左侧表示末态的机械能，等号的右侧表示初态的机械能，表达式表明初态跟末态的机械能相等.即在小球下落的过程中，重力势能减小，动能增加，减小的重力势能转化为动能.问题：此表达式具有普遍意义吗？还是仅在只受重力的自由落体运动中成立？引导学生自己推导竖直上抛、平抛的过程是否成立.引导学生关注在上述过程中物体的受力情况.可以证明，在只有重力做功的情况下，物体动能和势能可以相互转化，而机械能总量保持不变.思维拓展 在只有弹力做功的物体系统内呢？课件展示：展示弹簧振子（由于弹簧振子概念学生还没有接触，教师可以不提弹簧振子的概念）的运动情况，分析物理过程.教师设疑：在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的势能，是否在只有弹力做功的情况下，机械能也能守恒呢？ 学生在推导过程中可能会存在一定的困难，教师适当加以辅助推导.对弹簧与小球的运动过程简要分析，得到动能与势能的转化关系，并明确：在只有弹力对物体做功时物体的机械能守恒. 通过上面只有重力做功与只有弹力做功两个部分的推导，师生总结机械能守恒定律的内容： 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变. 表达式：Ek2+Ep2=Ep1+Ek1 教师引导学生理解表达式中各量的物理意义，并回顾机械能守恒定律推导过程，加深认识.三、机械能守恒定律的条件思维拓展 通过以上内容的学习，我们理解了机械能守恒定律的表达式，但真正应用到解题过程还是有限制的. 大屏幕投影机械能守恒定律的内容，并用不同颜色展示“在只有重力或弹力做功的物体系统内”，突出强调守恒的受力前提.引导学生自己总结守恒的条件. 有的学生认为守恒条件应该是只受重力或弹力; 有的学生认为守恒条件应该是只有重力或弹力做功. 在肯定两位学生认真思考的基础上，教师质疑两位学生的意见，激发他们思考的积极性：两位同学说的有什么不同吗？学生讨论：只有重力或弹力做功，还包含这样的意思：可能还受其他力，但其他力不做功.思维追踪：机械能守恒定律的条件应该怎样表述呢？举例说明.学生总结：机械能守恒定律的条件可以表述为:1.只受重力（弹力），不受其他力.如自由落体的物体.2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功.如做单摆运动的物体.例题 在距离地面20 m高处,以15 m/s的初速度水平抛出一小球，不计空气阻力，取g=10 m/s2，求小球落地速度大小.引导学生思考分析，提出问题：1.前面学习过应用运动合成与分解的方法处理平抛运动，现在能否应用机械能守恒定律解决这类问题？2.小球抛出后至落地之前的运动过程中，是否满足机械能守恒的条件？如何应用机械能守恒定律解决问题？3.归纳学生分析的结果，明确：小球下落过程中，只有重力对小球做功，满足机械能守恒条件，可以用机械能守恒定律求解；应用机械能守恒定律时，应明确所选取的运动过程，明确初、末状态小球所具有的机械能.取地面为参考平面，抛出时小球具有的重力势能Ep1=mgh，动能为Ek1= mv02.落地时,小球的重力势能Ep2=0,动能为Ek2= mv2.根据机械能守恒定律,有E1=E2,即mgh+ = mv2落地时小球的速度大小为v= m/s=25 m/s.课堂训练1.如图所示，下列四个选项的图中，木块均在固定的斜面上运动，其中图A、B、C中的斜面是光滑的，图D中的斜面是粗糙的，图A、B中的F为木块所受的外力，方向如图中箭头所示，图A、B、D中的木块向下运动，图C中的木块向上运动.在这四个图所示的运动过程中机械能守恒的是（ ）2.长为L的均匀链条放在光滑的水平桌面上，且使其长度的1/4垂在桌边，如图所示.松手后链条从静止开始沿桌边下滑，则链条滑至刚刚离开桌边时的速度大小为多大？点拨：求解这类题目时，一是注意零势点的选取，应尽可能使表达式简化，该题如选链条全部滑下时的最低点为零势能点，则初始势能就比较麻烦.二是灵活选取各部分的重心，该题开始时的势能应取两部分（桌面上和桌面下）势能总和，整根链条的总重心便不好确定，最后刚好滑出桌面时的势能就没有必要再分，可对整根链条求出重力势能.课堂小结1.在只有重力或弹力做功的物体系统内，物体的机械能总量不变.2.应用机械能守恒定律的解题步骤(1)确定研究对象;(2)对研究对象进行正确的受力分析;(3)判断各个力是否做功，并分析是否符合机械能守恒的条件;(4)视解题方便选取零势能参考平面，并确定研究对象在始、末状态时的机械能;(5)根据机械能守恒定律列出方程，或再辅之以其他方程，进行求解.布置作业1.教材“问题与练习”第1、3、4题.2.观察记录生活中其他的物理情景，判断其是否符合机械能守恒定律.板书设计一、动能与势能的相互转化重力做功：动能重力势能弹力做功：动能弹性势能二、机械能守恒定律 在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，而总的机械能保持不变.三、机械能守恒定律的条件1.只受重力（弹力），不受其他力.如自由落体的物体.2.除重力（弹力）以外还有其他力，但其他力都不做功.如做单摆运动的物体.评价该教学设计符合新课改的教学理念，突出了学生的主体地位，满足了全体学生的差异需求。也是从教材的特点出发，可以较好的完成既定的教学目标。动量守恒定律教学设计教学目标与要求1、理解系统、内力、外力的概念和动量守恒定律的物理意义；2、明确动量守恒的条件和适用范围；3、培养学生从实验现象中搜集和处理信息的能力，加强对学生辩证思维能力的培养。4、通过小组学习的方式，培养学生的合作精神。教学过程一、问题讨论1、问题：一人面对着墙壁，站在光滑的水平面上，当他用力推墙后，会发生什么现象？并用学过的知识予以解释。2、讨论：要求学习小组成员讨论时，各人发表观点，相互补充完善，形成统一意见后，可由小组代表发言，未形成统一意见的小组，成员可以自由发言。3、总结：教师肯定学生正确的分析，对回答中的不足或错误，予以认真剖析、更正。教师进一步强调动量定理：只要物体受到外力的冲量，物体的动量就一定变化。在上述问题中，之所以有些同学认为墙未动，并不是墙的动量未发生变化，而是墙是与地球联在一起，质量太大，速度变化太小，我们发现不了。二、新课学习（一）实验：1、教师演示，学生观察 两个小车静止的放在光滑的水平玻璃板上，它们之间装有压缩的弹簧，并用细线把它们拴在一起。要求学生观察，在下面三种情况下，各有什么现象，从这些现象中能否发现什么规律？小车质量相等。（用天平称小车的质量），在离两小车等距离的地方各放一块档板，剪断细线。 A车的质量是B车的2倍（用天平称量），移动A车的档板，使其到A车的距离减为原来的一半，剪断细线。A车的质量为B车的3倍，移动A车的档板，使其到A车的距离减为原来的1/3，剪断细线。2、学生整理实验数据3、总结：各学习小组成员之间交换意见，共同讨论，由代表发言，教师作适当点评，再和全班同学共同总结实 验 用相关物理量表述现象（重要信息） 结 论 实验一 m1 = m2 s1 = s2 v1 = v2 m1v1 = m2v2 实验二 m1=2m2 s1= v1= m1v1 = m2v2 实验三 m1=3m2 s1= v1= m1v1 = m2v2 4、讨论m1v1 = m2v2的物理意义，要求学生注意分析小车发生作用的前后，每个小车动量的变化，同时注意两个小车的总动量有何变化？要求学生独立思考，自由发言，可相互补充或更正，教师适时提问引导。m1v1=m2v2的物理意义：两小车发生相互作用后，动量的大小相等，方向相反，因此总动量（动量的矢量和）为零。不难发现，相互作用前，两车均静止，总动量也等于零，可见两个小车的总动量在作用前后保持不变。就每个小车来说，动量是变化的，而两个小车组成的整体动量不变。三、动量守恒定律的理论推证1、请学生认真学习图7-13的问题推证过程，小组内可互相交流。要求学生回答下面问题（1）在这一推证过程中，运用了哪几个定律或定理？（2）推证的结果是什么？ P1+ P2 = P1+ P2或m1v1+ m2v2 = m1v1+ m2v2（3）根据这一结果，我们能否认为对于相互作用的物体在任何条件下，动量都保持不变呢？在实验中用的水平玻璃板，上述问题中小球在光滑的水平地面上。这玻璃板、光滑暗示了一个什么条件？这说明小车、小球在水平方向上不受力作用，分析小车、小球受力情况，不难发现，它们所受合力为零。2、系统内力和外力 动量守恒的条件和适用范围系统相互作用的物体组成一个系统。系统可大、可小，系统内的物体可多可少。内力系统内物体间的相互作用力外力系统以外的物体对系统内物体的作用力内力和外力并不是不变的，随系统范围的大小不同，内力可以变成外力，外力也可以变成内力。两个相互作用的物体（系统）总动量保持不变是有条件的，其条件是系统所受合外力为零或不受外力。动量守恒定律：一个系统不受外力或所受外力的合力为零，这个系统的总动量保持不变。适用范围：碰撞（正碰、斜碰）和任何形式的相互作用多个物体组成的系统比牛顿定律适用范围更广，高速运动、低速运动、宏观物体、微观物体，是自然界普遍适用的基本规律之一。课堂巩固 系统 内力 外力 动量守恒定律表达式：P1+ P2 = P1+ P2或m1v1+ m2v2 = m1v1+ m2v2动量守恒定律的适用条件和范围课后练习1、图7-16思考题2、P125 2、3验证动量守恒定律气垫导轨实验 物理组 贾杰教学设计思想：利用气垫导轨实验来验证动量守恒定律，作为课堂教学的深化与补充，可以使学生获得对动量守恒定律的感性认识，与以往学习的纯理论知识相互印证，加深学生对动量守恒的理解。实验利用光电门装置采集实验数据，输入计算机，由物理实验微机辅助教学系统进行数据处理，提了实验精度，节约处理数据的时间，使学生的精力集中于对实验现象的观察，对实验数据进行分析比较，寻找规律。学生通过实验得到与以往理论学习的相同的结论，不但可以增强对动量守恒定律的感性认识，还通过动脑、动手、动口、积极参与教学过程，最大限度的培养学生分析、综合、解决问题的能力。教学目标 一、知识目标1、通过实验使学生获得对动量守恒定律以及守恒条件、适用范围的感性认识。2、进一步明确动量守恒情况下能量的变化情况。二、能力目标1、通过学生分组实验，亲自参与教学，增强学生的动手能力，实验能力。2、培养学生创新能力以及发散思维的能力。三、德育目标培养学生的协作意识。教学重点：本节课的重点在于通过对实验数据的分析、整理，得出动量守恒定律的内容以及适用条件、适用范围。并在此基础上明确动量守恒时能量的关系。教学难点：实验误差分析，以及对实验具体操作技巧地把握。教学用具：气垫导轨、滑块、天平、弹簧圈、粘扣、挡光片、光电门、物理实验微机辅助教学系统教学过程 一、课题的引入教师 在系统学习动量守恒之后，我们利用物理微机实验室的仪器，亲自对气垫导轨上两个滑块相互作用前后系统的动量变化情况进行研究，获得对动量守恒定律、守恒条件、适用范围的感性认识，进一步明确此过程中能量的变化情况。请同学们回忆动量守恒定律的内容、动量守恒的条件、以及动量守恒的适用范围。学生 （回忆动量守恒定律的内容、回答教师的提问）教师 实验思考题：1、验证动量守恒，需要测量哪些物理量？2、系统动量守恒的条件是什么？与两个物体接触面的性质、相互作用前两滑块的运动情况有没有关系？如何通过实验验证。3、物体相互作用过程中动量守恒，系统的总能量是否守恒？总能量的变化规律如何？ 教师参与学生的讨论，引导学生归纳实验原理，设计实验方案。二、实验装置与原理滑块1 滑块2 气垫导轨 弹性圈 挡光片 光电门 在水平气垫导轨上研究两个滑块相互作用的过程中系统动量的变化情况，以及能量的变化情况。实验仪器如图所示。 根据动量守恒应有 ，利用天平测量滑块的质量，利用光电门测量挡光片的遮光时间，计算滑块m1、m2相互作用前后的速度 、 、 、 ，则可以验证动量守恒。并计算系统相互作用前后的总动能 、 ，以及能量的变化量 ，并分析相互作用过程中的能量变化规律。 为了研究接触面的性质以及相互作用前物体运动情况对动量以及能量的变化有无影响，应根据接触面性质、运动情况的不同组合分别加以验证。由于时间关系，采取相互合作的方式，每小组只验证以下几种情况中的一种：弹性圈的动碰静、弹性圈对碰、弹性圈追碰，裸块的动碰静、裸块追碰，粘扣的动碰静。最后将各组实验结果综合在一起分析。三、学生分组实验通过分组实验验证相互作用前后系统的动量、能量的变化情况，将实验结论记录于实验记录单。并在小组内分析、讨论实验结果。四、汇总、分析实验数据 接触面性质 粘扣 碰撞前滑块运动情况 动碰静 滑块质量（g） 滑块1：323.6 滑块2：180.9 实验次数 动量（kgm/s） 总动量（kgm/s） 总动能（J） Ek/Ek0 滑块1 滑块2 1 初状态 0.094 0 0.094 0.0136 27% 末状态 0.064 0.036 0.100 0.0099 2 初状态 0.136 0 0.136 0.0287 30% 末状态 0.091 0.051 0.142 0.0200 接触面性质 弹性圈 碰撞前滑块运动情况 追碰 滑块质量（g） 滑块1：322.6 滑块2：179.5 实验次数 动量（kgm/s） 总动量（kgm/s） 总动能（J） Ek/Ek0 滑块1 滑块2 1 初状态 0.187 0.037 0.224 0.0582 3% 末状态 0.096 0.128 0.224 0.0601 2 初状态 0.154 0.041 0.195 0.0414 2% 末状态 0.090 0.103 0.193 0.0421 接触面性质 裸块 碰撞前滑块运动情况 对碰 滑块质量（g） 滑块1：324 滑块2：171 实验次数 动量（kgm/s） 总动量（kgm/s） 总动能（J） Ek/Ek0 滑块1 滑块2 1 初状态 0.141 -0.075 0.066 0.0471 54% 末状态 -0.021 0.084 0.063 0.0216 2 初状态 0.086 -0.068 0.018 0.0250 61% 末状态 -0.037 0.051 0.015 0.0097 学生由实验数据可以看出，接触面不同，运动情况不同，但在实验误差允许范围，系统初末动量相等。但能量均有不同程度的损失，而且损失情况与接触面性质有关。教师思考题：由实验结果可知虽然相互作用形式不同，作用之前的运动状态不同，但动量均守恒，这一现象说明什么？相互作用形式的不同到底影响了什么？学生 相互作用形式、作用之前的运动状态等情况不会影响系统的总动量，只能影响到系统的能量。当接触面为弹性圈时，系统的形变可以完全恢复，故能量守恒。当接触面为裸块时，在碰撞过程中，系统的动能有一部分损失，当接触面为粘扣时，系统碰后粘合，即完全非弹性碰撞，系统能量损失最大。五、拓展到其他相互作用 教师 我们验证了系统在弹力作用下的动量守恒，那我们能否验证系统间以其他性质力相互作用时的动量守恒呢？学生（小组讨论实验设计方案）方案1、系统在电磁相互作用下动量守恒。滑块上固定永磁体，使两滑块不接触，通过电磁力的相互作用，测量作用前后系统的动量，验证电磁力作用下动量守恒。方案2、在滑块上固定一个平台，另一个物体在平台上运动，两物体通过摩擦力相互作用，测量作用前后系统的动量，验证摩擦力作用下动量守恒。教师总结学生设计的实验，并展示自制的教具。滑块1 滑块2 气垫导轨 毛刷 垫块 教具1、设计意图：通过垫块将毛刷固定于滑块1上，滑块2上固定一平板。滑块1运动之后，通过毛刷和平板间的摩擦力作用带动滑块2运动，验证系统在摩擦力作用下的动量守恒。 教具2：设计意图：将永磁体固定在滑块上，同名磁极相对，压缩后由静止释放向相反方向运动（或相向运动，在彼此弹开），验证在电磁力作用下的动量守恒。气垫导轨 永磁体 滑块1 滑块2 教师 验证在摩擦力和电磁力作用下的动量守恒，并记录数据如下 作用力性质及运动情况 摩擦力、动碰静 滑块质量（g） 滑块1：403 滑块2：252 实验次数 动量（kgm/s） 总动量（kgm/s） 总动能（J） Ek/Ek0 滑块1 滑块2 1 初状态 0.175 0 0.175 0.0381 26% 末状态 0.106 0.066 0.172 0.0283 2 初状态 0.091 0 0.091 0.0104 41% 末状态 0.0548 0.0343 0.089 0.0061 作用力性质及运动情况 电磁铁、对碰 滑块质量（g） 滑块1：192 滑块2：192 实验次数 动量（kgm/s） 总动量（kgm/s） 滑块1 滑块2 1 初状态 0.059 -0.076 -0.017 末状态 -0.071 0.053 -0.018 2 初状态 0.070 -0.049 -0.021 末状态 -0.049 0.066 0.017 3 初状态 0.074 -0.071 0.003 末状态 -0.057 0.059 0.002 4 初状态 0.070 -0.071 -0.001 末状态 -0.061 0.058 -0.003 教师演示实验：验证在摩擦力、电磁力作用下动量守恒。实验数据如上表。我们可以看到，在摩擦力的作用下系统的动量在实验误差允许范围内守恒，能量变化情况与前面完全非弹性碰撞相同。但在电磁力相互作用时系统的动量时而增大，时而减小，系统动量并不守恒，造成这种结果的原因是什么呢？学生（小组讨论）猜想：可能是轨道不平或空气阻力的影响造成系统所受到的外力和不为零。教师若由于轨道不平或空气阻力的影响而造成动量不守恒，那么实验结果要么偏大，要么偏小，不会时大，时小，此外此次实验和前面同学们所做的实验是在同一种环境下进行的，空气阻力的影响一直存在，但在前面分组实验中较好的验证了动量守恒，说明空气阻力的影响不是此次实验结果偏差较大的原因。学生猜想：可能是由于固定光电门的铁制金属架和永磁体的相互作用，导致系统外力和不为零。教师如何验证这种猜想是否正确。学生将固定永磁体的滑块在气垫导轨上由静止释放，发现滑块总是向着固定光电门的铁制金属架方向运动，说明光电门的固定装置和永磁体的相互作用，导致系统外力和不为零。不满足动量守恒的条件。教师通过演示实验，我们成功地验证了在摩擦力的作用下系统的动量守恒，但验证电磁力的作用下系统动量守恒时实验失败，究其原因，是由于没有满足系统所受外力和为零这一动量守恒的条件，并非动量守恒定律不适用于电磁力的作用。虽然这次实验验证以失败告终，但可以让我们深刻认识到动量守恒定律成立的条件。六、总结通过本节课的学习，使我们体会到无论相互作用形式如何，只要满足动量守恒的条件，系统的总动量就守恒这一事实。相互作用形式的不同只能影响系统的总能量。验证动量守恒定律气垫导轨实验 教学设计思想：利用气垫导轨实验来验证动量守恒定律，作为课堂教学的深化与补充，可以使学生获得对动量守恒定律的感性认识，与以往学习的纯理论知识相互印证，加深学生对动量守恒的理解。实验利用光电门装置采集实验数据，输入计算机，由物理实验微机辅助教学系统进行数据处理，提了实验精度，节约处理数据的时间，使学生的精力集中于对实验现象的观察，对实验数据进行分析比较，寻找规律。学生通过实验得到与以往理论学习的相同的结论，不但可以增强对动量守恒定律的感性认识，还通过动脑、动手、动口、积极参与教学过程，最大限度的培养学生分析、综合、解决问题的能力。教学目标 一、知识目标1、通过实验使学生获得对动量守恒定律以及守恒条件、适用范围的感性认识。2、进一步明确动量守恒情况下能量的变化情况。二、能力目标1、通过学生分组实验，亲自参与教学，增强学生的动手能力，实验能力。2、培养学生创新能力以及发散思维的能力。三、德育目标培养学生的协作意识。教学重点：本节课的重点在于通过对实验数据的分析、整理，得出动量守恒定律的内容以及适用条件、适用范围。并在此基础上明确动量守恒时能量的关系。教学难点：实验误差分析，以及对实验具体操作技巧地把握。教学用具：气垫导轨、滑块、天平、弹簧圈、粘扣、挡光片、光电门、物理实验微机辅助教学系统教学过程 一、课题的引入教师 在系统学习动量守恒之后，我们利用物理微机实验室的仪器，亲自对气垫导轨上两个滑块相互作用前后系统的动量变化情况进行研究，获得对动量守恒定律、守恒条件、适用范围的感性认识，进一步明确此过程中能量的变化情况。请同学们回忆动量守恒定律的内容、动量守恒的条件、以及动量守恒的适用范围。学生 （回忆动量守恒定律的内容、回答教师的提问）教师 实验思考题：1、验证动量守恒，需要测量哪些物理量？2、系统动量守恒的条件是什么？与两个物体接触面的性质、相互作用前两滑块的运动情况有没有关系？如何通过实验验证。3、物体相互作用过程中动量守恒，系统的总能量是否守恒？总能量的变化规律如何？ 教师参与学生的讨论，引导学生归纳实验原理，设计实验方案。二、实验装置与原理滑块1滑块2气垫导轨弹性圈挡光片光电门 在水平气垫导轨上研究两个滑块相互作用的过程中系统动量的变化情况，以及能量的变化情况。实验仪器如图所示。根据动量守恒应有，利用天平测量滑块的质量，利用光电门测量挡光片的遮光时间，计算滑块m1、m2相互作用前后的速度、，则可以验证动量守恒。并计算系统相互作用前后的总动能、，以及能量的变化量，并分析相互作用过程中的能量变化规律。 为了研究接触面的性质以及相互作用前物体运动情况对动量以及能量的变化有无影响，应根据接触面性质、运动情况的不同组合分别加以验证。由于时间关系，采取相互合作的方式，每小组只验证以下几种情况中的一种：弹性圈的动碰静、弹性圈对碰、弹性圈追碰，裸块的动碰静、裸块追碰，粘扣的动碰静。最后将各组实验结果综合在一起分析。三、学生分组实验通过分组实验验证相互作用前后系统的动量、能量的变化情况，将实验结论记录于实验记录单。并在小组内分析、讨论实验结果。四、汇总、分析实验数据 接触面性质粘扣碰撞前滑块运动情况动碰静滑块质量（g）滑块1：323.6 滑块2：180.9实验次数动量（kgm/s）总动量（kgm/s）总动能（J）Ek/Ek0滑块1滑块21初状态0.09400.0940.013627%末状态0.0640.0360.1000.00992初状态0.13600.1360.028730%末状态0.0910.0510.1420.0200接触面性质弹性圈碰撞前滑块运动情况追碰滑块质量（g）滑块1：322.6 滑块2：179.5实验次数动量（kgm/s）总动量（kgm/s）总动能（J）Ek/Ek0滑块1滑块21初状态0.1870.0370.2240.05823%末状态0.0960.1280.2240.06012初状态0.1540.0410.1950.04142%末状态0.0900.1030.1930.0421接触面性质裸块碰撞前滑块运动情况对碰滑块质量（g）滑块1：324 滑块2：171实验次数动量（kgm/s）总动量（kgm/s）总动能（J）Ek/Ek0滑块1滑块21初状态0.141-0.0750.0660.047154%末状态-0.0210.0840.0630.02162初状态0.086-0.0680.0180.025061%末状态-0.0370.0510.0150.0097 学生由实验数据可以看出，接触面不同，运动情况不同，但在实验误差允许范围，系统初末动量相等。但能量均有不同程度的损失，而且损失情况与接触面性质有关。教师思考题：由实验结果可知虽然相互作用形式不同，作用之前的运动状态不同，但动量均守恒，这一现象说明什么？相互作用形式的不同到底影响了什么？学生 相互作用形式、作用之前的运动状态等情况不会影响系统的总动量，只能影响到系统的能量。当接触面为弹性圈时，系统的形变可以完全恢复，故能量守恒。当接触面为裸块时，在碰撞过程中，系统的动能有一部分损失，当接触面为粘扣时，系统碰后粘合，即完全非弹性碰撞，系统能量损失最大。五、拓展到其他相互作用 教师 我们验证了系统在弹力作用下的动量守恒，那我们能否验证系统间以其他性质力相互作用时的动量守恒呢？学生（小组讨论实验设计方案）方案1、系统在电磁相互作用下动量守恒。滑块上固定永磁体，使两滑块不接触，通过电磁力的相互作用，测量作用前后系统的动量，验证电磁力作用下动量守恒。方案2、在滑块上固定一个平台，另一个物体在平台上运动，两物体通过摩擦力相互作用，测量作用前后系统的动量，验证摩擦力作用下动量守恒。教师总结学生设计的实验，并展示自制的教具。滑块1滑块2气垫导轨毛刷垫块教具1、设计意图：通过垫块将毛刷固定于滑块1上，滑块2上固定一平板。滑块1运动之后，通过毛刷和平板间的摩擦力作用带动滑块2运动，验证系统在摩擦力作用下的动量守恒。教具2：设计意图：将永磁体固定在滑块上，同名磁极相对，压缩后由静止释放向相反方向运动（或相向运动，在彼此弹开），验证在电磁力作用下的动量守恒。气垫导轨永磁体滑块1滑块2教师 验证在摩擦力和电磁力作用下的动量守恒，并记录数据如下作用力性质及运动情况摩擦力、动碰静滑块质量（g）滑块1：403 滑块2：252实验次数动量（kgm/s）总动量（kgm/s）总动能（