人教版(新教材)高中物理选择性必修1教学设计2：1 1-1 2 动量 动量定理教案

人教版（新教材）高中物理选择性必修第一册PAGEPAGE11.1-1.2动量动量定理〖教学目标〗一、知识与技能1．理解动量和冲量的定义，理解动量的概念。2．能从牛顿运动定律推导出动量定理的表达式，理解动量定理的表述，知道动量定理也适用变力。3．能够运用动量定理解释有关现象，处理有关问题。二、过程与方法1．明确探究碰撞中的不变量的基本思路，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，掌握实验数据处理的方法。2．经历动量定理的推导过程，学会用数学方法研究物理问题。3．用动量定理进行定量计算，提高学生定量计算的能力。4．通过用动量定理处理实际问题，提高学生质疑、分析和解决问题的能力。三、情感态度与价值观1．培养学生的观察与动手能力，鼓励学生将所学知识用于日常生活、生产实践。2．提高学生的交流能力。〖教学重点〗1．动量的概念。2．动量定理的推导及文字表述。〖教学难点〗1．通过实验数据的分析得出物体碰撞前后的不变量。2．应用动量定理解决实际有关问题。〖教学方法〗教师由浅入深启发、引导，学生自主学习，小组合作探究进行实验，讨论、交流、反馈、质疑、补充、展示、总结学习成果。〖教学用具〗投影仪，多媒体辅助教学设备；完成该实验的实验器材，如2个鸡蛋、2个烧杯、布、刻度尺、气垫导轨、滑块等。〖教学过程〗一、创设情境，引入课题教师播放打台球的视频（ppt展示）思考：（1）生活中常见的碰撞有哪些？（2）我们曾经探究过哪些守恒量？演示实验：使用碰撞摆，拉起1个让其与另一个小球相碰撞，观察碰撞前后的对称运动现象。为什么碰撞后小球的运动状态会交换？这个现象〖提示〗我们碰撞前后各有什么物理量保持不变？二、新课教学（一）寻求碰撞中的不变量碰撞比较复杂，初步研究应简化模型（多媒体展示）简化模型：碰前：m1，v1，m2，v2碰后：m1，v1′，m2，v2′（板书）问题：（1）要想保证碰撞v1，v2满足什么样的关系？（2）想让问题更简单，v2等于多少？我们称简化之后的模型为一维碰撞，请学生总结一维碰撞。问题：碰撞过程和运动有关的物理量有哪些？再次猜想碰撞中的不变量（猜想假设得出与质量、速度有关）小组讨论一：测量物体的速度可以有哪些方法？小组讨论二：（1）如何保证碰撞是一维的？（2）如何保证碰撞前后为匀速运动？如何检验？（3）小车最初状态如何？光电计时器测出的三个速度分别代表谁？1．实验器材：滑轨、光电计时器、电子秤、小车（两个）等。2．实验过程：（1）测质量：用电子秤测出小车的质量m1、m2。（2）安装：正确安装好光电计时器和滑轨。（3）实验：接通电源，让质量小的小车在两个光电门之间，给质量大的小车一个初速度去碰撞质量小的小车，利用配套的光电计时器测出两个小车各种情况下碰撞前后的速度v1、v1′、v2′。（4）填写实验表格，验证一维碰撞中的守恒量（附在后面）。碰撞前碰撞后质量m1=m2=m1=m2=速度v1=v2=v1′=v2′=mvm1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′=mv2m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2=（二）动量我们最终得出什么实验结论？从实验的数据可以看出，此实验中两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等，但是质量与速度（矢量，要考虑方向）的乘积之和却基本不变。课后小实验：你能否设计其它的方法进行探究？教师：上面的实验〖提示〗我们，对于发生碰撞的两个物体来说，它们的mv之和在碰撞前后可能是不变的。这使我们意识到，mv这个物理量具有特别的意义。物理学中把质量和速度的乘积mv定义为物体的动量，用字母p表示：p＝mv动量的单位是由质量的单位与速度的单位构成的，是千克米每秒，符号是kg·m/s。动量是矢量，动量的方向与速度的方向相同。〖例1〗一个质量为0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到坚硬的墙壁后弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动。碰撞前后钢球的动量变化了多少？分析：动量是矢量，虽然碰撞前后钢球速度的大小没有变化，但速度的方向变化了，所以动量的方向也发生了变化。为了求得钢球动量的变化量，需要先选定坐标轴的方向，确定碰撞前后钢球的动量，然后用碰撞后的动量减去碰撞前的动量求得动量的变化量。解：取水平向右为坐标轴的方向。碰撞前钢球的速度为6m/s，碰撞前钢球的动量为p＝mv＝0.1×6kg·m/s＝0.6kg·m/s碰撞后钢球的速度v′＝－6m/s，碰撞后钢球的动量为p′＝mv′＝－0.1×6kg·m/s＝－0.6kg·m/s碰撞前后钢球动量的变化量为Δp＝p′－p＝（－0.6－0.6）kg·m/s＝－1.2kg·m/s动量的变化量是矢量，求得的数值为负值，表示它的方向与坐标轴的方向相反，即Δp的方向水平向左。（三）动量定理为了分析问题的方便，我们先讨论物体受恒力的情况。如图，假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动。在初始时刻，物体的速度为v，经过一段时间Δt，它的速度为v′，那么，这个物体在这段时间的加速度就是根据牛顿第二定律F＝ma，则有即QUOTE式子的右边是物体在Δt这段时间内动量的变化量，左边既与力的大小、方向有关，又与力的作用时间有关。FΔt这个物理量反映了力的作用对时间的累积效应。1．冲量物理学中把力与力的作用时间的乘积叫作力的冲量，用字母I表示冲量，则QUOTE冲量的单位是牛秒，符号是N·S。有了冲量的概念，式子就可以写成QUOTE也可以写成QUOTE2．动量定理动量定理：物体在一个过程中所受力的冲量等于它在这个过程始末的动量变化量。提问：物体在碰撞过程中受到的作用力往往不是恒力，物体不做匀变速运动。那么，应该怎样处理这样的问题呢？学生讨论并发表看法。我们可以把碰撞过程细分为很多短暂过程，每个短暂过程中物体所受的力没有很大的变化，这样对于每个短暂过程就能够应用QUOTE。把应用于每个短暂过程的关系式相加，就得到整个过程的动量定理。在应用QUOTE处理变力问题时，式中的F应该理解为变力在作用时间内的平均值。（四）动量定理的应用根据动量定理，我们知道：如果物体的动量发生的变化是一定的，那么作用的时间短，物体受的力就大；作用的时间长，物体受的力就小。例如，玻璃杯落在坚硬的地面上会破碎，落在地毯上不会破碎，用动量定理可以很好地解释此现象。从同样的高度落到地面或地毯时，在与地面或地毯的相互作用中，两种情况下动量的变化量相等，地面或地毯对杯子的力的冲量也相等。但是坚硬的地面与杯子的作用时间短，作用力会大些，杯子易破碎；柔软的地毯与杯子的作用时间较长，作用力会小些，玻璃杯不易破碎。易碎物品运输时要用柔软材料包装，跳高时运动员要落在软垫上，就是这个道理。除此之外，让学生发言举出更多例子。〖例2〗一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒击打后，反向水平飞回，速度的大小为45m/s。若球棒与垒球的作用时间为0.002s，球棒对垒球的平均作用力是多大？分析：球棒对垒球的作用力是变力，力的作用时间很短。在这个短时间内，力先是急剧地增大，然后又急剧地减小为0。在冲击、碰撞这类问题中，相互作用的时间很短，力的变化都具有这个特点。动量定理适用于变力作用的过程，因此，可以用动量定理计算球棒对垒球的平均作用力。解：沿垒球飞向球棒时的方向建立坐标轴，垒球的初动量为QUOTE＝0.18×25kg·m/s＝4.5kg·m/s垒球的末动量为QUOTE＝－0.18×45kg·m/s＝－8.1kg·m/s由动量定理知垒球所受的平均作用力为垒球所受的平均作用力的大小为6300N，负号表示力的方向与坐标轴的方向相反，即力的方向与垒球飞来的方向相反。〖达标检测〗1．在“探究碰撞中的不变量”的实验中，为了顺利地完成实验，入射球质量为m1，被碰球质量为m2，二者关系应是（D）A．m1>m2 B．m1=m2 C．m1<m2 D．以上三个关系都可以2．两球相向运动，发生正碰，碰撞后两球均静止，于是可以断定，在碰撞以前（C）A．两球的质量相等 B．两球的速度大小相同C．两球的质量与速度的乘积之和的大小相等 D．以上都不能断定3．某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：在小车A的前端粘有橡皮泥，推动小车A使之做匀速运动。然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示。在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力。（1）若已得到打点纸带如图所示，并将测得的各计数点间距离标在图上，A点是运动起始的第一点，则应选__________段来计算A的碰前速度，应选_________段来计算A和B碰后的共同速度（以上两格填“AB”或“BC”或“CD”或“DE”）。（2）已测得小车A的质量m1=0.40kg，小车B的质量m2=0.20kg，由以上测量结果可得：碰前mAvA+mBvB=_________kg•m／s；碰后mAvA’+mBvB’=__________kg•m/s。并比较碰撞前后两个小车质量与速度的乘积之和是否相等。〖答案〗（1）BCDE（2）0.4200.4174．物体A和B用轻绳相连，在轻质弹簧下静止不动，如图甲所示，物体A的质量为m，物体B的质量为M。当连接A．B的绳突然断开后，物体A上升经某一位置时速度的大小为v，这时物体B下落速度的大小为u，如图乙所示。这段时间里，弹簧的弹力对物体A的冲量为(D)A．mvB．mv－MuC．mu＋MuD．mv＋mu5．在光滑水平面上有两个质量均为2kg的质点，质点a在水平恒力Fa＝4N作用下由静止开始运动4s，质点b在水平恒力Fb＝4N作用下由静止开始运动4m，比较这两质点所经历的过程，可以得到的正确结论是(AC)A．质点a的位移比质点b的位移大 B．质点a的末速度比质点b的末速度小C．力Fa做的功比力Fb做的功多 D．力Fa的冲量比力Fb的冲量小6．如图所示，质量为m的物体在跟水平方向成θ角的力F作用下，以速度v匀速前进t秒钟，则物体在这段时间内受到力F的冲量与合外力的冲量各为(D)A．Ft，FtcOsθ B．Ftsinθ，FtcOsθC．Ft，Ftsinθ D．Ft，07．（2009•重庆高考）2009年中国女子冰壶队首次获得了世界锦标赛冠军，这引起了人们对冰壶运动的关注。冰壶在水平冰面上的一次滑行可简化为如下过程：如图所示，运动员将静止于O点的冰壶(视为质点)沿直线OO′推到A点放手，此后冰壶沿AO′滑行，最后停于C点。已知冰面和冰壶间的动摩擦因数为μ，冰壶质量为m，AC＝L，CO′＝r，重力加速度为g。（1）求冰壶在A点的速率；（2）求冰壶从O点到A点的运动过程中受到的冲量大小；（3）若将BO′段冰面与冰壶间的动摩擦因数减小为0.8μ，原只能滑到C点的冰壶能停于