动量守恒定律教学设计

动量守恒定律教学设计一、教学目标1.知识与技能目标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。能运用动量守恒定律解释现象和解决简单的实际问题。2.过程与方法目标通过对动量守恒定律的探究过程，培养学生的逻辑推理能力、分析问题和解决问题的能力。经历实验探究、理论推导等过程，体会科学探究的方法，提高学生的科学素养。3.情感态度与价值观目标通过对动量守恒定律的学习，让学生体会自然界的和谐与统一，培养学生对科学的兴趣和探索精神。培养学生实事求是的科学态度，体会物理规律的简洁美和对称美。

二、教学重难点1.教学重点动量守恒定律的推导与理解。动量守恒定律的适用条件。2.教学难点对动量守恒定律中各物理量的矢量性的理解和应用。如何引导学生在实际问题中正确判断系统是否满足动量守恒条件，并能运用动量守恒定律解决问题。

三、教学方法讲授法、实验探究法、讨论法、练习法相结合

四、教学过程

（一）导入新课展示情境：播放一段台球比赛的视频，让学生观察台球碰撞的过程。提出问题：在台球碰撞的过程中，两个台球的运动状态发生了怎样的变化？它们之间有什么规律可循？引导思考：通过上节课对动量和冲量的学习，我们知道物体的动量会发生变化，那么在相互作用的物体组成的系统中，动量的变化是否存在某种规律呢？今天我们就来探究这个问题。

（二）新课教学1.动量守恒定律的实验探究实验装置：气垫导轨、光电门、滑块、挡光片等。实验步骤将气垫导轨调平，安装好光电门。在两个滑块上分别装上挡光片，测量它们的质量$m_1$、$m_2$。让滑块$m_1$以一定的速度$v_1$向静止的滑块$m_2$运动，发生碰撞后两滑块分别以速度$v_1'$、$v_2'$运动。记录两滑块通过光电门的时间，根据$v=\frac{\Deltax}{\Deltat}$（$\Deltax$为挡光片宽度）计算出碰撞前后两滑块的速度。分别计算碰撞前系统的总动量$p=m_1v_1+m_2v_2$（$v_2=0$）和碰撞后系统的总动量$p'=m_1v_1'+m_2v_2'$。数据记录与处理|滑块质量|碰撞前速度|碰撞后速度|碰撞前总动量|碰撞后总动量||||||||$m_1$|$v_1$|$v_1'$|$m_1v_1$|$m_1v_1'$||$m_2$|$0$|$v_2'$|$0$|$m_2v_2'$||系统|$m_1v_1$|$m_1v_1'+m_2v_2'$|实验结论：在误差允许的范围内，碰撞前后系统的总动量相等，即$m_1v_1=m_1v_1'+m_2v_2'$。拓展思考改变滑块的质量和初始速度，多次重复实验，结果如何？如果碰撞不是在水平方向上发生，而是存在一定夹角，系统的动量还守恒吗？2.动量守恒定律的理论推导以两个物体组成的系统为例：设两个物体的质量分别为$m_1$、$m_2$，它们在光滑水平面上沿同一直线运动，速度分别为$v_1$、$v_2$。在某一时刻，两物体发生相互作用，经过一段时间后，速度分别变为$v_1'$、$v_2'$。根据动量定理对物体$m_1$，其受到的合外力为$F_{12}$（物体$m_2$对$m_1$的作用力），作用时间为$t$，则有$F_{12}t=m_1v_1'm_1v_1$。对物体$m_2$，其受到的合外力为$F_{21}$（物体$m_1$对$m_2$的作用力），作用时间为$t$，则有$F_{21}t=m_2v_2'm_2v_2$。根据牛顿第三定律：$F_{12}=F_{21}$将上述两式相加$F_{12}t+F_{21}t=m_1v_1'm_1v_1+m_2v_2'm_2v_2$即$0=m_1v_1'+m_2v_2'(m_1v_1+m_2v_2)$得到$m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'$推广到多个物体组成的系统：对于由$n$个物体组成的系统，在相互作用的过程中，系统所受的合外力为$F_{合}$，则有$\sum_{i=1}^{n}m_iv_i=\sum_{i=1}^{n}m_iv_i'$，即系统的总动量保持不变。3.动量守恒定律的内容和表达式内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变。表达式$m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'$（适用于两个物体组成的系统）$\sum_{i=1}^{n}m_iv_i=\sum_{i=1}^{n}m_iv_i'$（适用于多个物体组成的系统）强调要点系统的总动量指的是系统内各物体动量的矢量和。动量守恒定律是矢量方程，应用时要规定正方向。4.动量守恒定律的适用条件系统不受外力或所受外力的矢量和为零举例：在光滑水平面上，两个小球相互碰撞，此时系统不受外力，动量守恒。系统所受外力远小于内力举例：碰撞过程中，碰撞力远大于系统所受的摩擦力等外力，可近似认为系统动量守恒。系统在某一方向上不受外力或所受外力的矢量和为零举例：一个斜面上的滑块下滑，若不计斜面与地面间的摩擦力，以滑块和斜面组成的系统在水平方向上动量守恒。5.动量守恒定律的应用例题讲解例1：在光滑水平面上，质量为$m_1=2kg$的小球以速度$v_1=3m/s$与质量为$m_2=1kg$的静止小球发生正碰，碰后$m_1$的速度变为$v_1'=1m/s$，求碰后$m_2$的速度$v_2'$。分析：首先判断系统是否满足动量守恒条件，因为是在光滑水平面上发生碰撞，系统不受外力，动量守恒。规定正方向为$m_1$的初速度方向，根据动量守恒定律$m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'$，已知$v_2=0$，代入数据可得：$2kg×3m/s+1kg×0=2kg×1m/s+1kg×v_2'$解得$v_2'=4m/s$例2：如图所示，质量为$M$的小船以速度$v_0$在平静的湖面上匀速行驶，一质量为$m$的人从船头走向船尾，已知船的长度为$L$，不计水的阻力，求船相对地面移动的距离。分析：以人和船组成的系统为研究对象，系统在水平方向不受外力，动量守恒。设船相对地面移动的距离为$x$，人相对地面移动的距离为$Lx$。根据动量守恒定律$Mv_0=Mv+m(v_0v)$（$v$为船相对地面的速度）对人在船上行走的过程，根据平均速度公式，人与船运动的时间相等，即$\frac{Lx}{v}=\frac{x}{v_0v}$联立上述方程可解得$x=\frac{m}{M+m}L$课堂练习质量为$m$的物体以速度$v$与质量为$3m$的静止物体发生正碰，碰撞后两者的总动能可能是（）A.$\frac{1}{6}mv^2$B.$\frac{1}{8}mv^2$C.$\frac{1}{12}mv^2$D.$\frac{1}{16}mv^2$一颗手榴弹以$v_0=10m/s$的速度水平飞行，设它炸裂成两块后，质量为$0.4kg$的大块速度大小为$250m/s$，方向与原来方向相反，若取$v_0$方向为正方向，则质量为$0.2kg$的小块速度为多少？

（三）课堂小结1.请学生回顾：本节课学习的主要内容，包括动量守恒定律的实验探究、理论推导、内容、表达式、适用条件以及应用。2.教师总结强调动量守恒定律是自然界中重要的规律之一，要深刻理解其适用条件和矢量性。在应用动量守恒定律解决问题时，要正确选取研究对象和正方向，准确分析系统的受力情况。通过实验探究和理论推导，体会科学探究的方法，提高分析问题和解决问题的能力。

（四）布置作业1.书面作业完成课后习题第1、2、3题。质量为$m$的子弹以速度$v_0$水平射入静止在光滑水平面上的木块，木块质量为$M$，子弹穿出木块时速度为$v_1$，求木块获得的速度$v_2$。2.拓展作业查阅资料，了解动量守恒定律在航天、微观粒子等领域的应用，并写一篇简短的报告。思考如果系统所受外力的矢量和不为零，系统的动量会如何变化？尝试设计一个实验来验证你的想法。

五、教学反思通过本节课的教学，学生在实验探究