1.3 动量守恒定律（教学设计）-【大单元教学】（人教版2019选择性必修第一册）

第一章动量守恒定律第3节动量守恒定律【教学内容分析】动量守恒定律既适用于宏观世界，也适用于微观世界；既适用于低速运动，又适用于高速运动。它是适用范围比牛顿运动定律更广的一条普遍规律。本节根据牛顿第三定律和动量定理推导得出：不受外力（或所受合外力为0）的系统，在系统内部相互作用的过程中，系统的总动量守恒。建立在牛顿第三定律及动量定理基础上的理论推导和本章第1节的实验探究相结合，有利于帮助学生更好地理解动量守恒定律，深化对物体之间相互作用规律的理解。动量守恒定律既是本章的核心内容，也是整个高中物理的重点内容。【教学目标和核心素养】1物理观念：能在一维情况下，两物体的相互作用情境中由牛顿定律及动量定理推导出动量守恒定律。理解并掌握定内容及定律成立条件，了解定律的几种数学表达式。2科学思维：能在具体问题中判断动量是否守恒，能熟练运用动量守恒定律解释现象和解决问题。3科学探究：通过对动量概念及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，参加小组讨论师生互动，经过思考，发表自己的见解经历，实验探究过程发现规律。4科学态度与责任：主动与他人合作的团队精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，培养学生将物理知识，物理规律进行分析，比较与联系，养成自主构建知识体系的意识，培养实事求是，具体问题具体分析的教学态度。【教学重难点】1．理解动量守恒成立的条件及定律的表达式的推导及应用。2．理解动量守恒的物理内涵，动量守恒定律方程的矢量性，应用动量守恒定律解决问题。【教学方法】教师由引导，学生自主推导，小组讨论、交流、反馈、质疑、补充、展示、总结学习成果。【教学用具】电子白板，多媒体辅助教学设备；气垫导轨、滑块等。【教学过程】一、创设情境，引入课题展示情景：如图中在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体A，B，当B追上A时发生碰撞。碰撞后A、B的速度分别是v′1和v′2。碰撞过程中A所受B对它的作用力是F1，B所受A对它的作用力是F2。碰撞时，两物体之间力的作用时间用Δt表示。你能根据以上信息推导A、B碰撞之后动量之和的变化情况吗？引导学生思考回答。思考：第一节中我们通过分析一辆小车碰撞一辆静止小车，得出碰撞前后两辆小车的动量之和不变的结论。对于冰壶等物体的碰撞也是这样么？怎样证明这一结论？这是一个普遍的规律么？二、新课教学（一）相互作用的两个物体的动量改变如图，在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体A、B，质量分别是m1和m2，沿同一直线向同一方向运动，速度分别是v1和v2，v2＞v1。当B追上A时发生碰撞。碰撞后A、B的速度分别是v1′和v2′。碰撞过程中A所受B对它的作用力是F1，B所受A对它的作用力是F2。碰撞时，两物体之间力的作用时间很短，用Δt表示。根据动量定理，物体A动量的变化量等于它所受作用力F1的冲量，即：F1Δt＝m1v1′－m1v1物体B动量的变化量等于它所受作用力F2的冲量，即：F2Δt＝m2v2′－m2v2根据牛顿第三定律F1＝－F2，两个物体碰撞过程中的每个时刻相互作用力F1与F2大小相等、方向相反，故有：m1v1′－m1v1＝－（m2v2′－m2v2）m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v2这说明，两物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和，并且该关系式对过程中的任意两时刻的状态都适用。那么，碰撞前后满足动量之和不变的两个物体的受力情况是怎样的呢？两物体各自既受到对方的作用力，同时又受到重力和桌面的支持力，重力和支持力是一对平衡力。两个碰撞的物体在所受外部对它们的作用力的矢量和为0的情况下动量守恒。（二）动量守恒定律1．相关概念：（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。第1节两球碰撞得出的结论的条件：两球碰撞时除了它们相互间的作用力（系统的内力）外，还受到各自的重力和支持力的作用，使它们彼此平衡。所以说m1和m2系统不受外力，或说它们所受的合外力为零。两球动量之和在碰撞前后保持不变。2．动量守恒定律：（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）公式：m1v1′＋m2v2′＝m1v1＋m2v23．动量守恒条件：（1）系统不受外力或者所受外力的矢量和为0。（2）系统内物体之间的内力远大于外力。（3）系统所受合外力不为零，但在某一方向上合外力为0，则在系统这一方向上动量守恒。4．注意：（1）区分内力和外力。（2）在总动量一定的情况下，每个物体的动量可以发生很大的变化。（学生思考讨论）如图所示，子弹打进与固定于墙壁的弹簧相连的木块，此系统从子弹开始入射木块到弹簧压缩到最短的过程中，子弹与木块作为一个系统动量是否守恒？说明理由。分析：此题重在引导学生针对不同的对象（系统），对应不同的过程中，受力情况不同，总动量可能变化，可能守恒（子弹射入一瞬间，A、B动量守恒）。（教师总结）在学习物理的过程中，重要的一项基本功是正确恰当地选取研究对象、研究过程，根据实际情况选用对应的物理规律，不能生搬硬套。5．应用动量守恒定律解题的步骤：（1）明确研究对象：将要发生相互作用的物体可视为系统。（2）进行受力分析，运动过程分析：确定系统动量在研究过程中是否守恒。（3）明确始末状态：一般来说，系统内的物体将要发生相互作用，和相互作用结束，即为作用过程的始末状态。（4）选定正方向，列动量守恒方程及相应辅助方程，求解作答。例1：在列车编组站里，一辆m1为1.8×104kg的货车在平直轨道上以v1=2m/s的速度运动，碰上一辆m2=2.2×104kg的静止的货车，它们碰撞后一起继续运动。求货车碰撞后运动的速度。分析：（1）题中两辆货车碰撞，在碰撞过程中发生相互作用，所以本题中两辆货车组成相互作用的系统，我们把这个系统作为研究的对象。（2）系统所受的外力有：重力、支持力、摩擦力和空气阻力。（3）在碰撞过程中相互作用的内力远大于外力，我们可近似认为不考虑摩擦力和空气阻力，符合动量守恒的条件。解：沿碰撞前货车运动的速度的方向建立坐标轴如上图，则有v1=2m/s，设两车结合后的速度为v两车碰撞前的总动量为p=m1v1碰撞后的总动量为p′=（m1+m2）v由动量守恒定律p′=p得m1v1=（m1+m2）v代入数据得：v=0.9m/s因为两车结合后的速度为正值，所以结合后仍然沿坐标轴方向运动。例2：一枚在空中飞行的火箭，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，燃料即将耗尽。火箭在该点突然炸裂成两块，其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。分析：炸裂前，可以认为导弹是由质量为m1和(m-m1)的两部分组成，导弹的炸裂过程可以看做这两部分相互作用的过程。这两部分组成的系统是我们的研究对象。在炸裂过程中，炸裂成的两部分都受到重力的作用，所受外力的矢量和不为零，但是它们所受的重力远小于爆炸时燃气对它们的作用力，所以爆炸过程中重力的作用可以忽略，可以认为系统满足动量守恒定律的条件。解：火箭炸裂前的总动量为p=mv炸裂后的总动量为p′=m1v1+（m-m1）v根据动量守恒定律p′=p，可得m1v1+（m-m1）v=mv解出v（三）动量守恒定律的普适性学生阅读教材相关内容。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β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。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。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。（学生总结）牛顿运动定律：低速、宏观适用，高速（接近光速）、微观（小到分子原子尺度）不适用。动量守恒定律：目前为止物理学研究的一切领域，即适用于解决宏观低速运动问题，也适用于解决微观高速运动问题。（四）课堂小结（板书设计）【课堂练习】1．（2002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15000kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000kg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20m/s的速度行驶，由此可判断卡车碰前的行驶速率为（）A．小于10m/sB．大于10m/s小于20m/sC．大于20m/s小于30m/sD．大于30m/s小于40m/s2．如图所示，A、B两物体的质量比mA:mB=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D．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外力作用，这两个外力的合力为零4．甲、乙两船自身质量为120kg，都静止在静水中，当一个质量为30kg的小孩以相对于地面6m/s的水平速度从甲船跳上乙船时，不计阻力，甲、乙两船速度大小之比：v甲:v乙=_______。5．（2001年高考试题）质量为M的小船以速度v0行驶，船上有两个质量皆为m的小孩a和b，分别静止站在船头和船尾。现在小孩a沿水平方向以速率v（相对于静止水面）向前跃入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v（相对于静止水面）向后跃入水中。求小孩b跃出后小船的速度。6．如图所示，甲车的质量是2kg，静止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一个质量为1kg的小物体。乙车质量为4kg，以5m/s的速度向左运动，与甲车碰撞以后甲车获得8m/s的速度，物体滑到乙车上。若乙车足够长，上表面与物体的动摩擦因数为0.2，则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止？（g取10m/s2）答案：1．A2．BC3．D4．5:45．因均是以对地（即题中相对于静止水面）的水平速度，所以先后跃入水中与同时跃入水中结果相同。设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为v，取v0为正向，根据动量守恒定律，有：（M+2m）v0=（Mv+mv）-mv，解得：v=（1+2mM）v6．乙与甲碰撞动量守恒：m乙v乙=m乙v乙′+m甲v甲′小物体m在乙上滑动至有共同速度v，对小物体与乙车运用动量守恒定律得：m乙v乙′=（m+m乙）v对小物体应用牛顿第二定律得a=μg，所以：t=v/μg代入数据得t=0.4s。）连续射击时枪所受到的平均反冲作用力是多大？学生学习评价量表小组_________

姓名___________

日期___________

评价项目评价内容评

价

标

准评价方式备注优（5分）良（4分）中（3分）差（2分）自评互评家长评师评学习态度1、学习目标明确，重视学习过程的反思，积极优化学习方法2逐步形成浓厚的物理学习兴趣3、保质保量按时完成作业4、重视自主探索、自主学习，拓展视野积极，热情，主动积极热情但欠主动态度一般较差学习方式1、学生个体的自主学习能力强，会倾听、思考、表达和质疑。2、学生普遍有浓厚的学习兴趣，在学习过程中参与度高。3、学生之间能采取合作学习的方式，并在合作中分工明确地进行有序和有效的探究。4、学生在学习中能自主反思，发挥求异、求新的创新精神，积极地提出问题和讨论问题。自主学习能力强，会倾听、思考、表达和质疑。自主学习能力较强，会倾听、思考、表达。自主学习能力一般，会倾听。自主学习能力较差，不会思考。参与程度1认真参加物理学习活动，积极思考，善于发现问题，勇于解决问题2逐步提高物理表达与交流能力3积极参加物理探究、物理建模活动，加强物理文化的学习4积极参加物理实践活动等积极思考，善于发现问题，勇于解决问题，表达能力强积极思考，善于发现问题，勇于解决问题能发现问题，俣解决问题能力一般参与意识不够积极主动合作意识1积极参加物理合作学习，勇于接受任务、敢于承担责任2加强小组合作，取长补短，共同提高3乐于助人，积极帮助学习有困难的同学4公平、公正地进行自评和互评，评价过程认真、负责、有诚信合作意识强，组织能力好，与别人互相提高，有学习效果能与他人合作，并积极帮助有困难的学习有合作意识，但总结能力不强不能很好地与他人合作学习探究活动1积极尝试、体验物理研究的过程2逐步形成严谨的科学态度，不怕困难的科学精神3勇于质疑，善于反思，有创新意识4善于观察分析物理事实，提出有意义的物理问题，猜测、探求适当的物理结论和规律，给出解释和证明，撰写探究活动报