动量定理教学设计

广东省2010年普通高中物理课堂教学设计参评课例动量和动量定理人教版教材 3-5模块 第十六章第二节作者姓名：王琳工作单位：珠海市第一中学联系电话： 邮 箱：【课题】动量和动量定理（1课时）【教学内容分析】1. 课程标准对本节的要求：理解动量和冲量的概念，理解动量定理及其表达式，会正确计算出做一维运动的物体的动量变化，能够利用动量定理解释有关现象和解决实际问题。2. 教材的地位和作用：动量守恒定律这一章讲述动量的概念，以及动量定理和动量守恒定律及应用。这一章是牛顿力学的进一步展开，通过动量守恒定律为解决力学问题开辟了新的途径，是力学部分的重点章节。第一节探究了碰撞中的不变量，为讲述动量和动量定理作铺垫，而动量守恒定律又是由动量定理推导出来的，所以动量和动量定理一节在本章中起到承上启下的至关重要的地位。3教材的编写思路：全章内容环环相扣，脉络清晰，结构严谨。本节内容是上一节“探究碰撞中的不变量”的内容的继续，通过演示实验和定量的公式推导，得出合外力的冲量与物体的动量变化之间的关系，虽然动量定理是在恒力作用的情况下推导得到的，但应使学生明白，动量定理也适用于变力，动量定理公式中的F应理解为变力在作用时间内的平均值。正是因为如此，动量定理在实际中有广泛的应用，尤其是在解决作用时间短、作用力大而且随时间变化的打击、碰撞等问题时，动量定理要比牛顿运动定律方便得多。 3. 教材的特点：本章动量概念引入方式的改变以及动量定理的导出，目的是引导学生尝试用动量的概念表示牛顿第二定律，从而明确动量定理的物理实质与牛顿第二定律是相同的。这样处理有助于对动量概念以及描述力与运动的关系问题有更深入的理解。5教材处理：首先从科学上的角度展示几代科学家在追寻“不变量”的努力中，逐渐形成“动量”概念的历史过程；其次在理解动量时明确动量p=mv中的v是指物体的瞬时速度，从而说明动量是状态量，是矢量；第三要明确动量变化的意义，即是两个矢量的差。动量定理的研究对象是单个物体(或系统)，应用定理解题时需对研究对象进行受力分析，以确定其在研究过程中各个力的冲量值，要区分初、末状态的动量值。对于动量定理必须明确以下几点：1、理论推导要强调“合外力”、“恒力”。推导过程的主要步骤要有板书。对变力的问题，我们同样可以应用动量定理，这个说明是很重要的，因为应用动量定理时，大量情况下物体受的合外力是变力。2、动量定理I=P是一个矢量式，应用时一定要注意各个矢量的方向关系。在一维的情况下，要规定一个正方向，再根据各已知量的方向确定它们的正负，代入公式运算。3、动量定理和牛顿第二定律的关系。它们从不同侧面反映的力和运动的关系。牛顿第二定律反映的是力与运动的瞬时关系；动量定理反映的是力的时间积累与动量变化的关系。 【教学对象分析】1.学生的兴趣：高中的学生具有好奇、好动、好强的心理特点。教学中要注意培养学生对物理的兴趣，充分发挥演示实验与学生实验的作用，调动学生学习的积极性和主动性。2.学生的知识基础：学生在学习这一章时，对矢量的概念和牛顿第二定律的应用已经比较熟练，在之前的能量守恒的学习中对“守恒”的观点也已经有了初步的认识。3.学生的认识特点：要真正理解冲量的效果是使物体获得动量，必须要经过感性认识到理性认识的过程，教学的起始要求不能太高，要循序渐进，从生活中众多实例出发，通过分析、感受真正体验动量和动量定理的内涵。【教学目标】1. 知识与技能1） 理解动量和动量的变化及其矢量性，会正确计算做一维运动的物体的动量变化2）从牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理的表达式，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；3）会用动量定理解释现象和处理有关的问题。2.过程与方法1）通过实验和理论分析，探究动量定理；2）通过师生互动与多媒体辅助教学，引导学生思考，会用动量定理解释处理有关问题。2. 情感态度与价值观1）通过对动量和动量定理的学习，体验科学、技术、社会的紧密联系；2）通过用动量定理解释现象和处理有关的问题，培养学生的推理能力、用辩证的观点分析问题和理论联系实际、用理论分析实际问题的能力。【教学重点】1、 动量和动量变化及其矢量性的理解；2、 动量定理的推导；2、利用动量定理解释有关现象，并能掌握一维情况下的计算问题。【教学难点】 理解动量定理的确切含义和表达式，动量、冲量的方向问题，是使用动量定理的难点。如何正确理解合外力的冲量等于物体动量的变化；如何正确应用动量定理分析打击和冲撞一类短时间作用的力学问题。【教学策略设计】1、变演示实验为课前学生自主探究实验，培养学生的创新能力。 课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，没有直接参与，不利于其创新能力的培养。以“鸡蛋落地不破”的探索性实验，让学生在课前设计各种不同的方法举行“鸡蛋落地不破，看谁举得高”设计比赛，在课堂上演示，让学生充分的动脑、动手、动口，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发。2、通过对例题的分析和讲解，得到动量定理解题的方法和步骤。3、从学生的生活实际出发，感受和体验动量定理在生活实际中的应用。充分体现新课程标准中提出的“从生活走向物理，从物理走向社会”要求。让学生自己开口说出实验现象，培养学生的表达能力。让学生对实际物理现象进行分析，培养学生的理论分析能力。【教学用具】鸡蛋、沙、细线、橡皮筋、小铁球、铁架台、垒球等【教学流程图】创设情境，激趣引入观察实验，形象感知建立模型，得到定理知识应用 拓展提高投掷小球，理解动量和动量变化的概念学生分组演示他们设计的实验引出问题：鸡蛋摔不破的条件用牛顿运动定律分析建立的物理模型得到动量定理给出动量定理使用的注意事项分析分组实验例题求解与分析课后思考和拓展【教学过程设计】教学环节和教学内容教师活动学生活动设计意图创设情境，激趣引入复习上节内容明确动量概念是在前面科学探究的基础上提出的，同时从科学史的角度，展示几代科学家在追寻“不变量”的努力中逐渐形成“动量”概念的历史过程。提出问题：运动物体与另一个物体发生作用时，作用的效果是由速度决定，还是由质量决定，还是由质量和速度共同决定？探究一：（生活实例探究）以同样速度运动着的铅球和皮球撞在木制围栏上时，铅球造成的损坏比较严重，这是因为铅球的质量M比较大。由此可见，运动物体的作用效果与其质量有关。由步枪里发射出的子弹比用手抛出的子弹穿透作用要强得多，这是因为由步枪里发射出的子弹的速度V比较大。由此可见，运动物体的作用效果与其速度有关。归纳总结：在物理学中，物体的质量是m 和速度v的乘积mv叫做动量。板书：一、动量1、定义式：p=mv（v是瞬时速度）2、单位：kg.m/s3、方向：矢量，和v同向。4、动量变化P =Pt - Po = mvt - mvo 例题1一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度在光滑水平面向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，（如图所示）求：1、碰撞前后钢球的动量是否相同？2、碰撞前后钢球的动量变化？解：1、定碰撞前速度方向为正方向碰撞前 Po=mVo=0.1x6(kg.m/s)=0.6kg.m/s碰撞后Pt=mVt=0.1x(-6)(kg.m/s)= -0.6kg.m/sPo不等于Pt2、P=Pt-Po=-0.6-0.6(kg.m/s)= -1.2kg.m/s负号表示P与Vo反向师：首先，我们来做一个游戏。我这儿有一个棒棒糖（或乒乓球），扔出去，看谁能接到（取出一只铅球）：我还有一只铅球，一样快慢地扔出去，看谁能接到不敢接的理由？ 你能举出类似的例子吗？思考分析兴奋思考足球，就能去顶（头球攻门）；铅球，则不能。速度小，就能去接。速度大，就不能。学生归纳总结：运动物体与另一物体发生作用时，作用的效果有运动物体的质量和速度共同决定。思考分析回答学生总结解题注意要点：计算同一直线上动量变化，首先要选正方向，将矢量运算转化为代数运算，文字说明P方向。用贴近时事和生活的例子引入课题，提出要解决的问题，激发学生学习兴趣。【观察实验，形象感知】课前准备一个质量为60g的鸡蛋，从高处落到水泥地面上后完整无损，要求高度越高越好。请你设计可行的方案，并能演示。其理论依据是什么？能否根据你所学过的知识加以论证呢？课前学生小组讨论并提出方案：方案一：在地上放一层厚的海棉方案二：用棉布把鸡蛋包住方案三：做一个小降落伞带着鸡蛋往下放方案四：在地上放沙（或一盆水）方案五：把鸡蛋煮熟，然后师：我们请提出方案的同学上讲台把实验做给同学们看一看。师：同学们能不能讲一讲这样做的理由吗？请讨论一下。学生上讲台站在凳上做这个实验：让鸡蛋从某一高度（3m处）自由下落在沙地上。生：（自由讨论得出）减少地面对鸡蛋的作用力、缓冲了一下启发学生思维，让学生大胆说出自己的想法。从而了解学生的前概念，并根据学生的前概念，调整和改进教学设计。 【建立模型，得到定理】下面以一个物体在恒定的合外力作用下进行动量定理的理论推导. 推导的依据：牛顿第二定律和运动学的有关公式.如上图板书：设一质量为m的物体，初速度为V，在恒力F作用下在时间t内，速度变化到V。由于物体作匀加速运动，则有a（VV）/t再根据牛顿第二定律，有Fma可得F（mVmV）/tFtmVmV式子左侧是物体受到所有外力合力的冲量，用I表示。mV和mV是冲量作用前、作用后的动量。分别用P和P表示。PP是物体动量的改变，又叫动量的增量。等式的物理意义是：物体动量的改变等于物体所受外力冲量的总和。这就是动量定理。板书：IPP即物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化，这个结论叫做动量定理。Fpp或Fvv对于动量定理及其表达式应注意的几点： 动量定理中的Ft指的是合外力的冲量（不是某一个力的冲量）公式中p指的是动量的变化，不能理解为动量，它的方向与动量方向可以相同，也可以相反，甚至可以和动量方向成任意角度，但p一定跟合外力冲量I合方向相同；动量定理描述的是一个过程，它表明物体所受合外力的冲量是物体动量变化的原因，物体动量的变化是由它受到的外力经过一段时间积累的结果。动量定理Ft=pp是一个矢量式，运算应遵循平行四边形定则。若公式中各量均在一条直线上，可规定某一方向为正，根据已知各量的方向确定它们的正负，从而把矢量运算简化为代数运算。动量定理既适用于恒力，也适用于变力对于变力的情况，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值。F=,即物体所受的合外力等于物体动量的变化率。物体动量变化的快慢决定于物体所受的合外力，合外力大的物体，动量变化的快；合外力小的物体，动量变化的慢。师：能不能从理论上加以论证呢？提示、总结抽象出模型师：由上式可知在从同高度落下的情况下，（mVmV）是一个定值，要使F减少，只要增加力的作用时间。所以上述所有的方案中是为了增加作用时间t或是减少落地速度。师：合外力的冲量应如何求解？师（总结）：如果作用在被研究对象上的各个外力的作用时间不同，就只能先求每个外力在相应时间内的冲量，然后再求出所受外力冲量的矢量和。思考回答推导恍然大悟十分兴奋理解记忆生：在所研究的物理现象中，如果作用在物体上的各个外力的作用时间相同，求合外力的冲量可先求所有力的合外力，再乘以时间，也可以求出各个力的冲量再按矢量运算法则求所有力的合冲量。由浅入深，层层递进，引导学生动脑思考，培养学生的逻辑思维能力和口头表达能力通过老师的引导，使学生在观察的过程中思维得到启发。【知识应用 拓展提高】一、 分析分组实验：鸡蛋从某一高度下落，分别与石头和沙接触前的速度是相同的，也即初动量相同，碰撞后速度均变为零，即末动量均为零，因而在相互作用过程中鸡蛋的动量变化量相同（必须强调）。而两种情况下的相互作用时间不同，与石头碰时作用时间短，与沙相碰时作用时间较长，由Ft=p知，鸡蛋与石头相碰时作用大，会被打破，与沙相碰时作用力较小，因而不会被打破。总结：用动量定理解释现象可分为下列三种情况：1、p一定，t短则F大，t长则F小； 2、F一定，t短则p小，t长则p大；3、t一定，F大则p大，F小则p小。做一做，课本上的缓冲装置摸拟的实验，用一条细线悬挂一个重物，把重物拿到悬挂点附近，释放，重物可以把细线拉断。如果在细线上端栓一段橡皮筋，再重复试验，细线不断，请两个同学到讲台上操作，讨论：在动量变化量p一定的情况下，F和t之间有什么关系？二、例题求解及分析一个质量为0.18kg的垒球，以25 m/s水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度的大小为45 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s，求球棒对垒球的平均作用力有多大？出示分析思考题你准备选哪个物体作为研究对象？在题述过程中研究对象受到哪些力的作用？合力的作用时间多长？物体初动量和末动量各是多大？选定哪个方向为正方向？本题中的力是恒力还是变力？能用动量定理求解吗？三、用动量定理解释现象跳远时跳落在沙坑里钉钉子用铁锤，而不用橡皮锤轮船码头上装有橡皮轮胎打篮球接球时有缓冲动作总结解释用铁锤钉钉子、跳远时要落入沙坑中等现象.在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力而被人们所利用，有的需要延长作用时间(即缓冲)减少力的作用。师：我们再来分析同学们设计的方案。师：据上述关系，我们得到：在p一定时，要增大力F，可缩短作用时间；要减小力F，可以使力的作用时间延长。师：学习了动量定理后，对上面同学的实验方案就能理解，并希望能自觉地运用。下面请每一个同学自己再举些有关实际应用的例子，来感受一下动量定理的应用。互相讨论，交流想法领悟回答生：在相互作用过程中鸡蛋的动量变化量相同，与石头碰时作用时间短，与沙相碰时作用时间较长，鸡蛋与石头相碰时作用大，会被打破，与沙相碰时作用力较小，不会被打破。学生总结运用动量定理解题的步骤：确定研究对象；对研究对象进行受力分析，确定全部外力及作用时间；先选定正方向，对物体进行状态分析，写出初、末状态的动量，并求出研究过程中的动量的变化量。应用动量定理列式求解学生举例：蹦极、在搬运易碎物品时，在箱子里放一些碎纸、泡沫、缓冲装置等。引导思考的方向：通过老师一步步的引导，提高学生的逻辑推理能力；并将规律教学导入应用阶段，培养学生学以致用的能力，让学生感受到物理的科学性和实用性。通过分组讨论，培养学生的交流合作能力，提高学生的口头表达能力。【课后思考】思考题目：有一种杂技表演，一个人躺在地上，上面压一个质量较大的石板。另一个人手持大锤狠狠地打到石板上。问躺着的人是否会有危险？为什么？阅读材料：飞机为何“怕”小鸟？1996年9月22日，美国空军一架E3A预警机以230海里小时的速度滑跑，在抬起前轮的一刹那，撞上了30多只加拿大鹅。瞬间两台发动机火光冲天。飞机坠毁在机场附近的洼地里。24名空勤人员全部遇难。1988年埃塞俄比亚的一架波音737飞机在起飞爬升到3800米时，遭遇鸟击，结果造成机上85人死亡，21人受伤。据有关资料显示，世界上第一起造成人员死亡的鸟撞飞机事件发生在1912年，地点在美国。到1974年，世界范围内公开报道的因鸟击而坠毁的军用飞机65架、民用飞机9架，共死亡130人。20多年来，世界各国鸟击事件大幅度增加。有专家估算，世界上每年因机鸟相撞付出的代价高达100多亿美元！ 练习题：一架飞机在空中以300m/S的速度匀速飞行，一只质量为1Kg的小鸟以10m/S的速度相向飞来，此时鸟相对于飞机的动量为310Kgm/s。机鸟相撞后这些动量完全转化成小鸟对飞机的冲量。相撞时间为310-3秒。那么机鸟相撞而作用于飞机上的冲击力为多少？（取三位有效数字）老师总结：由于铁锤打击石板的时间极短，铁锤对石板的冲量极小、石板的动量几乎不变，躺着的人不会受到伤害。好奇思考培养学生学以致用的能力，增长学生的见闻，丰富课堂，进步突出重点。激发学生学习兴趣，培养学生收集信息、处理信息的能力和独立解决问题的能力。【板书设计】一、动量1、定义式：p=mv（v是瞬时速度）2、单位：kg.m/s3、方向：矢量，和v同向。4、动量变化P =Pt - Po = mvt - mvo二、 冲量1、定义式：I=F t 2、单位：N s3、方向：矢量与力的方向相同 三、 动量定理：1、 推导：一质量为m的物体初速度为V在恒力F作用下在时间t内，速度变化到V。由于物体作匀加速运动，有a（VV）/t根据牛顿第二定律，有Fma可得F（mVmV）/t2、公式：FtmVmV I = P- P 【学案设计】1. 学习课题：动量和动量定理2. 课前实验：一个质量为60g的鸡蛋，从高处落到水泥地面上后完整无损，要求高度越高越好。请你和你所在的小组设计可行的方案，并能演示。3. 学习目标：知识点一 动量1） 定义： 2） 公式： ；动量是 量；动量的方向 。知识点二 动量定理1） 冲量表达式： 2） 理论推导： 3）内容：物体在一个过程始末的 等于它在这个过程中所受的力的 。4）动量定理公式： 。4例题分析例题1：一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度在光滑水平面向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，（如图所示）求：1）碰撞前后钢球的动量是否相同？2）碰撞前后钢球的动量变化？例题2：一个质量为0.18kg的垒球，以25 m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小为45 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s，求球棒对垒球的平均作用力有多大？5. 达标测评 1、A、B两个物体都静止在光滑水平面上，当分别受到大小相等的水平力作用，经过相等时间，下列说法正确的是A、A、B所受的冲量相同B、A、B的动量变化相同C、A、B的末动量相同D、A、B的末动量大小相同2、质量为m的物体以速度v0做平抛运动，经过时间t，下落的高度为h，速度大小为v，在这段时间内，该物体动量变化量大小为 A、mv-mv0 B、mgt C、3、关于冲量、动量、动量的变化的下列说法中正确的是 A、物体的动量等于物体所受的冲量 B、物体所受外力的冲量大小等于物体动量的变化大小 C、物体所受外力的冲量方向与物体动量的变化方向相同 D、物体的动量变化方向与物体的动量方向相同 4、某物体受到一个-6Ns的冲量作用，则 A、物体的动量一定减小 B、物体的末动量一定是负值 C、物体动量增量的方向一定与规定的正方向相反 D、物体原来动量的方向一定与这个冲量的方向相反 5、水平飞行的子弹m穿过光滑水平面上原来静止的木块M，子弹在穿过木块的过程中 A 、m和M所受的冲量相同 B、子弹与木块相互作用力做功的数值相等 C、m速率的减少等于M速度的增加 D、m动量的减少等于M动量的增加 6、一质量为2kg的质点从静止开始沿某一方向做匀加速直线运动，它的动量p随位移变化的关系式为kgm/s，则此质点 A、加速度为8 m/s2 B、2s内受到的冲量为32 Ns C、在相同的时间内，动量的增量一定相等 D、通过相同的距离，动量的增量也可能相等 7、与匀变速运动的物体在某时间内与动量变化量的方向相同的是 A这段时间内的位移方向 B这段时间内的平均速度方向 C这段时间内速度变化量的方向 D物体运动的加速度方向 E物体所受合外力的方向 8、如图所示，用0.5kg的铁锤钉钉子，打击时铁锤的速度为4 m/s，打击后铁锤的速度为0，设打击时间为0.01 s。(g取10m/s2)不计铁锤的重量，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？考虑铁锤的重量，铁锤钉钉子的平均作用力又是多大？你分析一下，在计算铁锤钉钉子的平均作用力时，在什么情况下可以不计铁锤的重量？9、一个质量为1kg的物体，从20m的高处以速度v0=10m/s水平抛出，求：从抛出到落地前一瞬间物体动量的变化。物体抛出时受到的冲量（空气阻力不计，g取10m/s2）10、从五层楼约20米的地方掉下一个重0.1千克的易拉罐，砸到人的头上，若作用时间为0.01秒，则它对人的作用力多大？（强调：高空掷物的危害性）参考答案： 1、D2、B3、BC4、C5、D6、ABC7、CDE 8、.200N，方向竖直向下；205N，方向竖直向下；当作用时间t0.01s时，可不计重力9、20kgm/s 10Ns说明：通过以上2、8、9三题巩固练习，要提醒学生注意：a.当作用时间t0.01s，可不计重力。b.当直接用Ft求冲量和用mvmv求动量变化困难时，可根据动量定理，通过求p达到求Ft的目的(如匀速圆周运动向心力的冲量)，同样也可通过求Ft达到求p的目的（如平抛运动物体动量的变化量）。10、201N【教学反思】1、动量概念的掌握要注意矢量性运算的训练，可以为动量守恒定律中碰撞前后动量的矢量和运算打好基础。在教学中可以让学生回忆速度的变化量。另外还要引导学生注意动量与动能的区别。2、本节课的重点是动量定理的物理意义。动量定理是由牛顿第二定律导出的，学生对于这个推导过程是没有什么困难的。但是，有两点学生不容易理解:第一，动量定理与牛顿第二定律的区别何在?第二，有了牛顿第二定律为什么还要动量定理？应该使学生明确，牛顿第二定律表示的是力的瞬时作用效果，而由它所导出的动量定理是力的持续作用的效果，在推导过程中出现的F和t“融为”一体，这就是冲量。恒力作用有冲量，变力作用也有冲量。只要物体受到的冲量相同，而无论力大还是力小，其动量变化就一定相同。这样，即使在作用力比较复杂的情况下，牛顿第二定律难以应用时，动量定理却完全可以应用。3、动量定理和现实生活