高中物理16.1实验：探究碰撞中的不变量 课件3人教版选修35.ppt

选修3 5 动量动量守恒定律 教材分析与教学建议 一 新旧教材大纲要求的对比1 新教材 人教版 2 旧教材 人教版 山东 广东新考纲 二 新旧教材的变化1 课程标准 将动量的内容后置于选修系列3 5模块 而不同以往动量的内容被设置于力学部分 这样调整的目的不仅要求学生学会用动量守恒定律来解决宏观物体的相互作用问题 更重要的是要求以新的观点来认识动量守恒定律 为进一步认识微观粒子的相互作用问题做好铺垫 二 新旧教材的变化2 从实验探究入手 引导学生追寻碰撞中的 不变量 课文设计的实验探究性很强 实验的结论没有给出 这样就增加了实验的难度 但实验的设计 对 不变量 的推测 实验的操作 数据的处理 都做了明确说明 由于 课程标准 没有对实验的具体做法 使用的器材等做出硬性的规定 为便于提出不同的实验方法 引导生注重实验中的科学思想 教科书从不同角度呈现三种实验案例供选择 这样就可以因地制宜地进行实验教学 探究方案一 气垫导轨 光电门 探究碰撞中的不变量 探究方案二 摆球 量角器 探究碰撞中的不变量 探究方案三 打点计时器 小车 探究碰撞中的不变量 探究方案四 斜槽小球平抛装置 探究碰撞中的不变量 探究碰撞中的不变量 探究方案五 j2135 1型碰撞实验器小球 二 新旧教材的变化3 渗透科学史教育 深化 动量 概念的形成过程 动量 概念过去的教科书多是通过具体实例 直接引入 动量 和 冲量 的概念 然后推导动量定理 注重突出几个物理概念定义的给出 新教材在这个问题的处理上有所不同 它所关注的不仅仅是定义 而是更关注在追寻 不变量 的实验基础上 由碰撞前后矢量和保持不变的启示 自然引出 动量 的概念的过程 同时从科学史的角度 展示几代科学家在追寻 不变量 的努力中 逐渐明确 动量 概念形成的历史过程 体现了在注重知识和技能目标的同时 更关注情感 态度和价值观方面的教育意义 三 新旧考试要求下考题的变化1 旧考试模式下的特点选择题主要考查动量的矢量性 辨析 动量和动能 冲量与功 的基本概念 用动量守恒定律来判定在碰撞后的各个物体运动状态的可能值 计算题主要考查综合运用牛顿定律 能量守恒 动量守恒解题的能力 高考中有关动量的计算题在分析解答问题的过程中常会运用数学的归纳 推理的方法 解答多次反复碰撞问题 要求考生将物理问题经过分析 推理转化为数学问题 然后运用数学解决物理问题 一般过程复杂 难度大 能力要求高 经常是高考的压轴题 三 新旧考试要求下考题的变化2 新考试模式下的特点题型 为简答题 可能是填空 问答 填图 小计算的2 3个小题拼盘 增加了命题自由度 难度 为了体现选择性 公平性 不出现难题 三个模块难度力求相当 对比分析 变化较大 往年复杂过程的动量与能量综合的压轴计算题不可能出现 微观粒子碰撞 核反应模块内综合小题可能性较大 跨必修1 2选修3 1 2模块综合题即使出现也不会难 07宁夏卷 在光滑的水平面上 质量为m1的小球a以速率v0向右运动 在小球的前方o点处有一质量为m2的小球b处于静止状态 如图所示 小球a与小球b发生正碰后小球a b均向右运动 小球b被在q点处的墙壁弹回后与小球a在p点相遇 pq 1 5po 假设小球间的碰撞及小球与墙壁之间的碰撞都是弹性的 求两小球质量之比m1 m2 07山东卷 在可控核反应堆中需要给快中子减速 轻水 重水和石墨等常用作减速剂 中子在重水中可与12h核碰撞减速 在石墨中与612c核碰撞减速 上述碰撞可简化为弹性碰撞模型 某反应堆中快中子与静止的靶核发生对心正碰 通过计算说明 仅从一次碰撞考虑 用重水和石墨作减速剂 哪种减速效果更好 南京一模 本题共12分 1 判断以下说法的正误 2 气垫导轨是常用的一种实验仪器 它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫 使滑块悬浮在导轨上 滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦 我们可以用带竖直挡板c和d的气垫导轨以及滑块a和b来验证动量守恒定律 实验装置如图所示 弹簧的长度忽略不计 采用的实验步骤如下 3 写出该热核反应方程 一次这样的热核反应过程中释放出多少mev的能量 结果保留四位有效数字 南通 扬州 泰州二研 1 科学研究表明 太阳和许多恒星发光是内部核聚变的结果 太阳内部的聚变绝大多数是质子一质子循环反应链 反应方程为 其中为正电子 e为中微子 在上述太阳内部的质子一质子循环反应中 粒子x是 核反应中产生的正电子 是原子核内 转变为 时释放的 2 铝的逸出功wo 6 72 10 19j 现将波长 200nm的光照射铝的表面 求 光电子的最大初动能 若射出的具有最大初动能的光电子与一静止的电子发生正碰 则碰撞中两电子电势能增加的最大值是多少 淮安 连云港 宿迁 徐州调研 有以下说法 a 原子核放出 粒子后 转变成的新核所对应的元素是原来的同位素 其中正确的说法是 静止在匀强磁场中的 放出 粒子 衰变成 衰变后的速度方向与磁场方向垂直 写出衰变方程 计算衰变后的轨道半径与 粒子的轨道半径之比 四 课时分配建议第1单元1实验 探究碰撞中的不变量 2学时2动量守恒定律 一 2学时3动量守恒定律 二 1学时第2单元4碰撞 2学时5反冲运动火箭 1学时第3单元6用动量概念表示牛顿第二定律 1学时 五 教学建议16 1实验 探究碰撞中的动量守恒三维目标1 明确探究碰撞中的不变量的基本思路 学会设计实验 完成规律探究的方法 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 学习根据实验数据进行猜测 探究 发现规律的探究方法 4 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 提高学生合作探究能力 1 探究的基本思路 一维碰撞 与物体运动有关的物理量可能有哪些 碰撞前后哪个物理量可能是不变的 2 需要考虑的问题碰撞必须包括各种情况的碰撞 物体质量的测量 天平 碰撞前后物体速度的测量 利用光电门或打点计时器 dis等 16 2动量守恒定律 一 三维目标1 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2 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3 会应用动量守恒定律分析计算有关问题 1 动量 momentum 及其变化 1 动量的定义 物体的质量与速度的乘积 称为 物体的 动量 记为p mv 单位 kg m s读作 千克米每秒 理解要点 状态量 矢量性 2 动量的变化量 定义 若运动物体在某一过程的始 末动量分别为p和p 则称 p p p为物体在该过程中的动量变化 强调指出 动量变化 p是矢量 方向与速度变化量 v相同 2 系统内力和外力学生阅读讨论 什么是系统 什么是内力和外力 1 系统 相互作用的物体组成系统 2 内力 系统内物体相互间的作用力 3 外力 外物对系统内物体的作用力 3 动量守恒定律 lawofconservationofmomentum 1 内容 一个系统不受外力或者所受外力的和为零 这个系统的总动量保持不变 这个结论叫做动量守恒定律 公式 m1 1 m2 2 m1 1 m2 2 2 注意点 研究对象 几个相互作用的物体组成的系统 矢量性 一维条件下列式前应先规定正方向 同一性 即所用速度都是相对同一参考系 同一时刻而言的 条件 系统不受外力或受合外力为0 要正确区分内力和外力 当f内 f外时 系统动量可视为守恒 如图示 木块a b用轻弹簧连接 力f的作用压缩弹簧 当撤去f后 若地面光滑 则 bc a a尚未离开墙前 a 弹簧 b组成的系统动量守恒b a尚未离开墙前 a 弹簧 b组成的系统动量不守恒c a离开墙后 a 弹簧 b组成的系统动量守恒d a离开墙后 a 弹簧 b组成的系统动量不守恒 16 3动量守恒定律 二 1 掌握运用动量守恒定律的一般步骤2 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 3 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 1 动量守恒定律与牛顿运动定律学生 用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式 推导过程 略让学生感受从力的角度去研究动量守恒定律的方法 2 应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法 1 分析题意 明确研究对象 在分析相互作用的物体总动量是否守恒时 通常把这些被研究的物体总称为系统 对于比较复杂的物理过程 要采用程序法对全过程进行分段分析 要明确在哪些阶段中 哪些物体发生相互作用 从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的 2 要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析 弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力 哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力 在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件 判断能否应用动量守恒 3 明确所研究的相互作用过程 确定过程的始 末状态 即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式 注意 在研究地面上物体间相互作用的过程时 各物体运动的速度均应取地球为参考系 4 确定好正方向建立动量守恒方程求解 例 甲 乙两个小孩各乘一辆冰车在水平冰面上游戏 甲和他的冰车的质量共为m 30kg 乙和它的冰车总质量也是30kg 游戏时 甲推着一个质量为m 15kg的箱子 和他一起以大小为v0 3m s的速度滑行 乙以同样大小的速度迎面滑来 为了避免相撞 甲突然将箱子沿冰面推给乙 箱子滑到乙处时乙迅速把它抓住 若不计冰面的摩擦力 求甲至少要以多大的速度 相对于地面 将箱子推出 才能避免与乙相撞 5 2m s 16 4碰撞1 认识弹性碰撞与非弹性碰撞 并能解决实际问题 2 认识对心碰撞与非对心碰撞 3 了解微观粒子的散射 4 感受不同碰撞的区别 培养学生勇于探索 关爱自然的精神 问 碰撞过程中动量 机械能遵守什么样的规律 问 在光滑的水平面上 质量为m的小球a以速度v0运动 质量为3m的b球静止 发生一维碰撞后 a球碰撞后的速度大小为 求碰后b球的速度 比较碰撞前后系统动能的大小 拓展 若碰后结合在一起 两球的速度多大 比较碰撞前后系统动能的大小 问 发生弹性碰撞的物体碰后的速度与什么有关呢 1 学生猜想后演示实验 2 问 在一光滑水平面上有两个质量分别为 的刚性小球a和b a以初速度运动 b静止 若它们能发生碰撞 为一维弹性碰撞 碰撞后它们的速度分别为多少 拓展 对结果进行讨论 m1 m2 m1 m2 m1 m2 3 从动力学角度探究分析上述结果例 如图所示 质量为m的重锤自h高处由静止开始下落 砸到质量为m的木楔上没有弹起 二者一起向下运动 设地层给它们的平均阻力为f 则木楔可进入的深度l是多少 问 从运动的角度看碰撞有哪些类型 问 非对心碰撞如何应用动量守恒定律 16 5反冲运动火箭三维目标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4 培养学生学生探索新知识的能力 一 引入新课用实验方法引入新课 实验1 吹一个气球 让气球开口向自己放手 看到气球直向学生飞去 人为制造一点 惊险气氛 活跃课堂氛围 实验2 小火箭实验3 把弯管装在可以旋转的盛水容器的下部 当水从弯管流出时 容器就旋转起来 提问 实验1 2中 气球 细管为什么会向后退呢 实验3中 细管为什么会旋转起 问 细管为什么会向后退 引导学生自学书本 展开讨论 得出结论 问 反击式水轮机的工作原理是什么 引导学生自学书本 展开讨论 得出结论 问 火箭的基本构造和工作原理指导学生看书 对照书上 三级火箭 图 介绍火箭的基本构造和工作原理 播放课前准备的有关卫星发射等电视录像 使学生了解航天技术的发展 激发学生的爱国热情 16 6用动量概念表示牛顿第二定律三维目标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 3 运用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理表达式 演示实验1 鸡蛋落地演示实验2 缓冲装置的模拟用细线悬挂一个重物 把重物拿到一定高度 释放后重物下落可以把细线拉断 如果在细线上端拴一段皮筋 再从同样的高度释放 就不会断