鲁科版选修3-3、3-5全册教案.pdf
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1、高二物理3 3、3 5教案黄代洪 2017年2月20选 修3-5教案第一章动量守恒研究新课标要求(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。第一节动量定理三维教学目标1、知识与技能:知道动量定理的适用条件和适用范围;2、过程与方法:在理解动量定理的确切含义的基础上正确区分动量改变量与冲量;3、情感、态度与价值观:培养逻辑思
2、维能力,会应用动量定理分析计算有关问题。教学重点:动量、冲量的概念和动量定理。教学难点:动量的变化。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。1、动量及其变化(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:kgm/s读作 千克米每秒”。理解要点:状态量:动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息,反 映 了由这两方面共同决定的物体的运动状态,具有瞬时性。大家知道,速度也是个状态量,但它是个运动学概念,只反映运动的快慢和方向,而运动,归根结底是物质的运动,没有了物质便没有运动.显然地,动量包含了“参与运动的物质”
3、和“运动速度”两方面的信息,更能从本质上揭示物体的运动状态,是一个动力学概念。矢量性:动量的方向与速度方向一致。综上所述:我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向,动量的大小等于质量和速度的乘积,动量的方向与速度方向一致。(2)动量的变化量:1、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:4P=P-P为物体在该过程中的动量变化。2、指出:动量变化A p是矢量。方向与速度变化量A v相同。一维情况下:Ap=mA u=m u 2-m A v 矢量差例1:一个质量是0.1kg的钢球,以6m/s的速度水平向右运动,碰到一个坚硬的障碍物后被弹回,沿着同一直线以6
4、m/s的速度水平向左运动,碰撞前后钢球的动量有没有变化?变化了多少?2、动量定理(1)内容:物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化(2)公式:F t=mv mv=p-p让学生来分析此公式中各量的意义:其中F是物体所受合外力,是初动量,是末动量,t是物体从初动量变化到末动量所需时间,也是合外力F作用的时间。(3)单位:F的单位是N,t的单位是s,p和p 的单位是kg m/s (kg m s )。(4)动量定理不仅适用恒力作用,也适用变力作用的情况(此时的力应为平均作用力)(5)动量定理不仅适用于宏观低速物体,对微观现象和高速运动仍然适用.前面我们通过理论推导得到了动量定理的数学表达式,卜.面对动
5、量定理作进一步的理解。(6)动量定理中的方向性例2:质量为m的小球在光滑水平面上以速度大小v向右运动与墙壁发生碰撞后以大小v/2反向弹回,与墙壁相互作用时间为t,求小球对墙壁的平均作用力。小结:公 式F t=是矢量式,计算时应先确定正方向。合外力的冲量的方向与物体动量变化的方向相同。合外力冲量的方向可以跟初动量方向相同,也可以相反。例3:质量为0.40 kg的小球从高3.20 n l处自由下落,碰到地面后竖直向上弹起到1.8 0 m高处,碰撞时间为0.0 40 s,g取1 0 m/s 2,求碰撞过程中地面对球的平均冲力。小结:式中的F必须是合外力,因此解题时一定要对研究对象进行受力分析,避免少
6、力的情况。同时培养学生养成分析多过程物理问题的一般方法,分阶段法。学生练习:有一个物体质量为1 kg,以1 0 m/s的初速度水平抛出,问经过2S时物体的动量的变化量为多大?此时物体还没落地。小结:利用动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题,还可以解决曲线运动中的有关问题,将较难计算的问题转化为较易计算的问题,总结:1、应用动量定理解题的基本步骤2、应用动量定理解答时要注意几个问题,一是矢量性,二 是F表示合外力。同时动量定理既适用恒力,也适用于变力;既适用直线运动,也适用于曲线运动,3、动量定理的应用演示实验:鸡蛋落地【演示】先让一个鸡蛋从一米多高的地方下落到细沙堆中,让学生推测一下鸡蛋的
7、“命运”,然后做这个实验,结果发现并没有象学生想象的那样严重:发现鸡蛋不会被打破;然后让鸡蛋从一米多高的地方下落到讲台上,让学生推测一下鸡 蛋 的“命运”,然后做这个实验,结果鸡蛋被打破。请学生分析鸡蛋的运动过程并说明鸡蛋打破的原因。鸡蛋从某一高度下落,分别与硬板和细沙堆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。而两种情况下的相互作用时间不同,与硬板碰时作用时间短,与细沙堆相碰时作用时间较长,由F t=4p知,鸡蛋与硬板相碰时作用力大,会被打破,与细沙堆相碰时作用力较小,因而不会被打破。在实际应用中,有的需要作用时间短,
8、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。请同学们再举些有关实际应用的例子。加强对周围事物的观察能力,勤于思考,一定会有收获.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;有的要延长作用时间而减少力的作用,请同学们再举出一些有关实际应用的例子,并进行分析。(用铁锤钉钉子、跳远时要落入沙坑中等现象)。(加强对周围事物的观察,勤于思考,一定会有收获。)用动量定理解释现象可分为下列三种情况:(D Zip一定,t短则F大,t长则F小:(2)F 定,t短则口小,t长则A p大;(3)t一定,F大则A p大,F小则A p小。例如以下现象并请学生分析。
9、1、一个人慢行和跑步时,不小心与迎面的一棵树相撞,其感觉有什么不同?请解释。2、一辆满载货物的卡车和一辆小轿车在同样的牵引力作用下都从静止开始获得相同的速度,哪辆车起动更快?为什么?3、人卜.扶梯时往往一级一级往下走,而不是直接往下跳跃七、八级,这是为什么?第二节动量守恒定律(1)三维教学目标1、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;2、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;3、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:动量守恒定律。教学难点:动量守恒的条件。教学方法:教师启发、引导
10、,学生讨论、交流。教学用具:投影片,多媒体辅助教学设备。(一)引 入演示:(1)台球由于两球碰撞而改变运动状态。(2)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。碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象,两个物体发生碰撞后,速度都发生变化。两个物体的质量比例不同时,它们的速度变化也不一样。物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义,本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变(守恒)。(二)进行新课1、实验探究的基本思路(1)一维碰撞我们只研究最简单的情况一一两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。演示:如图所示,A、B是悬挂
11、起来的钢球,把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a,放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞,碰后B球摆幅为B角,如两球的质量mA=mB,碰后A球静止,B球摆角6=a,这说明A、B两球碰后交换了速度;如果mAniB,碰后A、B两球一起向右摆动;如果碰后A球反弹、B球向右摆动。以上现象可以说明什么问题?结论:以上现象说明A、B两球碰撞后,速度发生了变化,时,速度变化的情况也不同。(2)追寻不变量在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度。设两个物体的质量分别为4、%,碰撞前它们速度分别为5乙,碰撞后的速度分别为匕 、,规定某一速度方向为正。碰撞前后速度的变化和物体的质量位的关系,
12、我们可以做如卜.猜测:一 H *I-I分析:碰撞前后物体质量不变,但质量并不描述物体的运动状态,不是我们追寻的“不变量”。必须在各种碰撞的情况下都不改变的量,才是我们追寻的不变量。2、实验条件的保证、实验数据的测量(1)实验必须保证碰撞是一维的,即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动,碰撞之后还沿同一直线运动;(2)用天平测量物体的质量:(3)测量两个物体在碰撞前后的速度。测量物体的速度可以有哪些方法?总结:速度的测量:可以充分利用所学的运动学知识,如利用匀速运动、平抛运动,并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件。如图所示,图中滑块上红色部分为挡光板,挡光板有一定的
13、宽度,设 为L,气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关,并与计时装置相连,构成光电计时装置。当挡光板穿入时,将光挡住开始计时,穿过后不再挡光则停止计时,设记录的时间为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/t3、实验方案(1)用气垫导轨作碰撞实验(如图所示)实验记录及分析(a-1)碰撞前碰撞后质量加,4m=4m=4m=4速度八=9%二 0v;=3因二 6mv+m2v2=mv+m2V2=版mx vj2+机 2 M =mv2=v/m区+区=tn2v;,v;_-1-mx m2实验记录及分析(a-2)碰撞前碰撞后质量“二 4m=2m=4m=2速度匕=9v=0止 4.5v;=
14、9mvV j+m2v2=mx V,+)n2 Vl=加+m2v;=r2,2町 h 4-7 n2v2=v/m三+2=m2v;+四 一m m2实验记录及分析(a-3)碰撞前碰撞后质量m=2m=4m=2m=4速度匕 二 6少0v;=-2?2 =4mv4-tn2v2=mx v+机2 V4 =2mvg u:+-mf2,2xvx+m2 y2 =v/m上+”=tn2匕+因 _m2实验记录及分析(b)碰撞前碰撞后质量勿 二 4m=2m=4m=2速度匕 二 0夕02vf2=4mvmx V|+m2y2 =mx v+丐 工=2mv2+吗 吗=机i d+/n2 K 2=v/m区+9=mx tn2,匕*匕 一-1-m t
15、n2实验记录及分析(c)碰撞前碰撞后质量m=2m=Amj2速度匕 二9个。v=6其二6mv+m2V2 =mxv+吗.=2mvm2 2xvx+吗 吗=r2 ,2mvx+i%吟=v/m区+2=mx tn2工+攻=mx m24、动量守恒定律(la w of c onse r va ti on of m om e ntum)(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:m i v i+m2 v 2=m i v+m2 u(2)注意点:研究对象:几个相互作用的物体组成的系统(如:碰撞)。矢量性:以上表达式是矢量表达式,列式前应先规定正方向;同
16、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;5、系统内力和外力(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例 1:质量为3 0 kg的小孩以8 m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车,已知平板车的质量为9 0 kg,求小孩跳上车后他们共同的速度?解:取小孩和平板车作为系统,由于整个系统所受合外为为零,所以系统动量守恒。规定小孩初速度方向为正,则:相互作用前:w=8 m/s,vz=0,设小孩跳上车后他们共同的速度速度为v,
17、由动量守恒定律得 i mvi=(mi+m2)v 解得v=-mV|=2 m /sm,+m2数值大于零,表明速度方向与所取正方向一致。课后补充练习(1)一爆竹在空中的水平速度为U,若由于爆炸分裂成两块,质量分别为m,和皿,其中质量为m,的碎块以u 速度向相反的方向运动,求另一块碎片的速度。(2)小车质量为200k g,车上有一质量为5 0k g的人。小车以5 m/s 的速度向东匀速行使,人以l m/s 的速度向后跳离车子,求:人离开后车的速度。(5.6 m/s)第 二 节 动量守恒 定 律(2)三维教学目标1、知识与技能:掌握运用动量守恒定律的一般步骤。2、过程与方法:知道运用动量守恒定律解决问题
18、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、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。(-)引入新课动量守恒定律的内容是什么?分析动量守恒定律成立条件有哪些?(F合=0(严格条件)F内远大于F 外(近似条件,某方向上合力为0,在这个方向上成立。)(-)进行新课1、动量守恒定律与牛顿运动定律用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式。(1)推导过程:根据牛顿第二定律,碰撞过程中1、2 两
19、球的加速度分别是:A2,根据牛顿第三定律,F,、色等大反响,即 F,=-F2 所以:碰撞时两球间的作用时间极短,用&表 示,则有:以一峰代入兀“名 并 整理得这就是动量守恒定律的表达式。(2)动量守恒定律的重要意义从现代物理学的理论高度来认识,动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一。(另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律。)从科学实践的角度来看,迄今为止,人们尚未发现动量守恒定律有任何例外。相反,每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒定律的现象时,物理学家们就会提出新的假设来补救,最后总是以有新的发现而胜利告终。例如静止的原子核发生8衰变放出电子时,按动量守恒,反冲核应该沿电子的反方向运动
20、。但云室照片显示,两者径迹不在一条直线上。为解释这一反常现象,1930年泡利提出了中微子假说。由于中微子既不带电又几乎无质量,在实验中极难测量,直 到1956年人们才首次证明了中微子的存在。(2000年高考综合题2 3就是根据这一历史事实设计的)。又如人们发现,两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量似乎也是不守恒的。这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场,把电磁场的动量也考虑进去,总动量就又守恒了。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
21、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。3、动量守恒定律的应用举例例2:如图所示,在光滑水平面上有A、B两辆小车,水平面的左侧有一竖直墙,在
22、小 车B上坐着一个小孩,小孩与B车的总质量是A车质量的10倍。两车开始都处于静止状态,小孩把A车以相对于地面的速度v推出,A车与墙壁碰后仍以原速率返回,小孩接到A车后,又把它以相对于地面的速度v推出。每次推出,A车相对于地面的速度都是v,方向向左。则小孩把A车推出几次后,A车返回时小孩不能再接到A车?分析:此题过程比较复杂,情景难以接受,所以在讲解之前.,教师应多带领学生分析物理过程,创设情景,降低理解难度。解:取水平向右为正方向,小孩第一次推出月车时:m v 一弧即:m.Vi=-v第次推出力车时:mv-Vnhvn则:所以:=H+(/7 1)2%,y当g时,再也接不到小车,由以上各式得2 5.
23、5取=6点评:关于的取值也是应引导学生仔细分析的问题,告诫学生不能盲目地对结果进行“四舍五入”,一定要注意结论的物理意义。课后补充练习(1)(2 002年全国春季高考试题)在高速公路上发生一起交通事故,一辆质 量为15000 k g向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000 k g向北行驶的卡车,碰后两车接在一起,并向南滑行了一段距离后停止.根据测速仪的测定,长途客车碰前以2 0 m/s的速度行驶,由此可判断卡车碰前的行驶速率为)A.小于 10 m/s B.大于 10 m/s 小于 2 0 m/sC.大于2 0 m/s小于30 m/s D.大于30 m/s小于40 m/s(2)如图所示,A
24、、B两物体的质量比m A :m B=3:2,它们原来静止在平板车C上,A、B间有一根被压缩了的弹簧,A、B与平板车上表面间动摩擦因数相同,地面光滑.当弹簧突然释放后,则 有()A.A、B系统动量守恒 B.A、B、C系统动量守恒C.小车向左运动 D.小车向右运动(3)把一支枪水平固定在小车上,小车放在光滑的水平面上,枪发射出一颗子弹时,关于枪、弹、车,下列说法正确的是A.枪和弹组成的系统,动量守恒B.枪和车组成的系统,动量守恒C.三者组成的系统,因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小,使系统的动量变化很小,可以忽略不计,故系统动量近似守恒I).三者组成的系统,动量守恒,因为系统只受重力和地面支持力这两个
25、外力作用,这两个外力的合力为零F外的条件)(2)碰撞过程中,物体没有宏观的位移,但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变。(3)碰撞过程中,系统的总动能只能不变或减少,不可能增加。提问:碰撞中,总动能减少最多的情况是什么?(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多)(二)进行新课1、展示投影片1,内容如下:如图所示,质量为M的重锤自h高度由静止开始下落,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?组织学生认真读题,并给三分钟时间思考。M D-yh 小I LV JL(1)提问学生解题方法:可能出现的错误是:认为过程中只有地层阻力F做负功使机
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