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高三物理動(dòng)量守恒定律的教案設(shè)計(jì)
動(dòng)量守恒定律
三維教學(xué)目標(biāo)
1、知識(shí)與技能：掌握運(yùn)用動(dòng)量守恒定律的一般步驟。
2、過程與方法：知道運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決問題應(yīng)注意的問題，并知道運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決有關(guān)問題的優(yōu)點(diǎn)。
3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀：學(xué)會(huì)用動(dòng)量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，培養(yǎng)思維能力。
教學(xué)重點(diǎn)：運(yùn)用動(dòng)量守恒定律的一般步驟。
教學(xué)難點(diǎn)：動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用。
教學(xué)方法：教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流。
教學(xué)用具：投影片、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。
(一)引入新課
動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容是什么?分析動(dòng)量守恒定律成立條件有哪些?(①F合=0(嚴(yán)格條件)②F內(nèi)遠(yuǎn)大于F外(近似條件，③某方向上合力為0，在這個(gè)方向上成立。)
(二)進(jìn)行新課
1、動(dòng)量守恒定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律
用牛頓定律自己推導(dǎo)出動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式。
(1)推導(dǎo)過程：
根據(jù)牛頓第二定律，碰撞過程中1、2兩球的加速度分別是：
根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)1、F2等大反響，即F1=-F2所以：
碰撞時(shí)兩球間的作用時(shí)間極短，用表示，則有：
代入并整理得
這就是動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式。
(2)動(dòng)量守恒定律的重要意義
從現(xiàn)代物理學(xué)的理論高度來認(rèn)識(shí)，動(dòng)量守恒定律是物理學(xué)中最基本的普適原理之一。(另一個(gè)最基本的普適原理就是能量守恒定律。)從科學(xué)實(shí)踐的角度來看，迄今為止，人們尚未發(fā)現(xiàn)動(dòng)量守恒定律有任何例外。相反，每當(dāng)在實(shí)驗(yàn)中觀察到似乎是違反動(dòng)量守恒定律的現(xiàn)象時(shí)，物理學(xué)家們就會(huì)提出新的假設(shè)來補(bǔ)救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如靜止的原子核發(fā)生β衰變放出電子時(shí)，按動(dòng)量守恒，反沖核應(yīng)該沿電子的反方向運(yùn)動(dòng)。但云室照片顯示，兩者徑跡不在一條直線上。為解釋這一反常現(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說。由于中微子既不帶電又幾乎無質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)中極難測量，直到1956年人們才首次證明了中微子的存在。(2000年高考綜合題23②就是根據(jù)這一歷史事實(shí)設(shè)計(jì)的)。又如人們發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)著的帶電粒子在電磁相互作用下動(dòng)量似乎也是不守恒的。這時(shí)物理學(xué)家把動(dòng)量的概念推廣到了電磁場，把電磁場的動(dòng)量也考慮進(jìn)去，總動(dòng)量就又守恒了。
2、應(yīng)用動(dòng)量守恒定律解決問題的基本思路和一般方法
(1)分析題意，明確研究對(duì)象
在分析相互作用的物體總動(dòng)量是否守恒時(shí)，通常把這些被研究的物體總稱為系統(tǒng).對(duì)于比較復(fù)雜的物理過程，要采用程序法對(duì)全過程進(jìn)行分段分析，要明確在哪些階段中，哪些物體發(fā)生相互作用，從而確定所研究的系統(tǒng)是由哪些物體組成的。
(2)要對(duì)各階段所選系統(tǒng)內(nèi)的物體進(jìn)行受力分析
弄清哪些是系統(tǒng)內(nèi)部物體之間相互作用的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外物體對(duì)系統(tǒng)內(nèi)物體作用的外力。在受力分析的基礎(chǔ)上根據(jù)動(dòng)量守恒定律條件，判斷能否應(yīng)用動(dòng)量守恒。
(3)明確所研究的相互作用過程，確定過程的始、末狀態(tài)
即系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的初動(dòng)量和末動(dòng)量的量值或表達(dá)式。
注意：在研究地面上物體間相互作用的過程時(shí)，各物體運(yùn)動(dòng)的速度均應(yīng)取地球?yàn)閰⒖枷怠?/p>
(4)確定好正方向建立動(dòng)量守恒方程求解。
3、動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用舉例
例2：如圖所示，在光滑水平面上有A、B兩輛小車，水平面的左側(cè)有一豎直墻，在小車B上坐著一個(gè)小孩，小孩與B車的總質(zhì)量是A車質(zhì)量的10倍。兩車開始都處于靜止?fàn)顟B(tài)，小孩把A車以相對(duì)于地面的速度v推出，A車與墻壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A車后，又把它以相對(duì)于地面的速度v推出。每次推出，A車相對(duì)于地面的速度都是v，方向向左。則小孩把A車推出幾次后，A車返回時(shí)小孩不能再接到A車?
分析：此題過程比較復(fù)雜，情景難以接受，所以在講解之前，教師應(yīng)多帶領(lǐng)學(xué)生分析物理過程，創(chuàng)設(shè)情景，降低理解難度。
解：取水平向右為正方向，小孩第一次
推出A車時(shí)：mBv1-mAv=0
即：v1=
第n次推出A車時(shí)：mAv+mBvn-1=-mAv+mBvn
則：vn-vn-1=，
所以：vn=v1+(n-1)
當(dāng)vn≥v時(shí)，再也接不到小車，由以上各式得n≥5.5取n=6
點(diǎn)評(píng)：關(guān)于n的取值也是應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析的問題，告誡學(xué)生不能盲目地對(duì)結(jié)果進(jìn)行“四舍五入”，一定要注意結(jié)論的物理意義。
課后補(bǔ)充練習(xí)
(1)(2002年全國春季高考試題)在高速公路上發(fā)生一起交通事故，一輛質(zhì)量為15000kg向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質(zhì)量為3000kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，并向南滑行了一段距離后停止.根據(jù)測速儀的測定，長途客車碰前以20m/s的速度行駛，由此可判斷卡車碰前的行駛速率為()
A.小于10m/sB.大于10m/s小于20m/s
C.大于20m/s小于30m/sD.大于30m/s小于40m/s
(2)如圖所示，A、B兩物體的質(zhì)量比mA∶mB=3∶2，它們?cè)瓉盱o止在平板車C上，A、B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間動(dòng)摩擦因數(shù)相同，地面光滑.當(dāng)彈簧突然釋放后，則有()
A.A、B系統(tǒng)動(dòng)量守恒B.A、B、C系統(tǒng)動(dòng)量守恒
C.小車向左運(yùn)動(dòng)D.小車向右運(yùn)動(dòng)
(3)把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍發(fā)射出一顆子彈時(shí)，關(guān)于槍、彈、車，下列說法正確的是
A.槍和彈組成的系統(tǒng)，動(dòng)量守恒
B.槍和車組成的系統(tǒng)，動(dòng)量守恒
C.三者組成的系統(tǒng)，因?yàn)闃審椇蜆屚仓g的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動(dòng)量變化很小，可以忽略不計(jì)，故系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒
D.三者組成的系統(tǒng)，動(dòng)量守恒，因?yàn)橄到y(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個(gè)外力作用，這兩個(gè)外力的合力為零
(4)甲乙兩船自身質(zhì)量為120kg，都靜止在靜水中，當(dāng)一個(gè)質(zhì)量為30kg的小孩以相對(duì)于地面6m/s的水平速度從甲船跳上乙船時(shí)，不計(jì)阻力，甲、乙兩船速度大小之比：v甲∶v乙=_______.
(5)(2001年高考試題)質(zhì)量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個(gè)質(zhì)量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾.現(xiàn)在小孩a沿水平方向以速率v(相對(duì)于靜止水面)向前躍入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v(相對(duì)于靜止水面)向后躍入水中.求小孩b躍出后小船的速度.
(6)如圖所示，甲車的質(zhì)量是2kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個(gè)質(zhì)量為1kg的小物體.乙車質(zhì)量為4kg，以5m/s的速度向左運(yùn)動(dòng)，與甲車碰撞以后甲車獲得8m/s的速度，物體滑到乙車上.若乙車足夠長，上表面與物體的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.2，則物體在乙車上表面滑行多長時(shí)間相對(duì)乙車靜止?(g取10m/s2)
4、反沖運(yùn)動(dòng)與火箭
演示實(shí)驗(yàn)1：老師當(dāng)眾吹一個(gè)氣球，然后，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向?qū)W生飛去，人為制造一點(diǎn)“驚險(xiǎn)氣氛”，活躍課堂氛圍。
演示實(shí)驗(yàn)2：用薄鋁箔卷成一個(gè)細(xì)管，一端封閉，另一端留一個(gè)很細(xì)的口，內(nèi)裝由火柴頭上刮下的藥粉，把細(xì)管放在支架上，用火柴或其他辦法給細(xì)管加熱，當(dāng)管內(nèi)藥粉點(diǎn)燃時(shí)，生成的燃?xì)鈴募?xì)口迅速噴出，細(xì)管便向相反的方向飛去。
演示實(shí)驗(yàn)3：把彎管裝在可以旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部，當(dāng)水從彎管流出時(shí)，容器就旋轉(zhuǎn)起來。
提問：實(shí)驗(yàn)1、2中，氣球、細(xì)管為什么會(huì)向后退呢?實(shí)驗(yàn)3中，細(xì)管為什么會(huì)旋轉(zhuǎn)起來呢?
看起來很小的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，其中包含了很多現(xiàn)代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛(wèi)星的上天，大炮發(fā)射等。應(yīng)該如何去解釋這些現(xiàn)象呢?這節(jié)課我們就學(xué)習(xí)有關(guān)此類的問題。
(1)反沖運(yùn)動(dòng)
A、分析：細(xì)管為什么會(huì)向后退?(當(dāng)氣體從管內(nèi)噴出時(shí)，它具有動(dòng)量，由動(dòng)量守恒定律可知，細(xì)管會(huì)向相反方向運(yùn)動(dòng)。)
B、分析：反擊式水輪機(jī)的工作原理：當(dāng)水從彎管的噴嘴噴出時(shí)，彎管因反沖而旋轉(zhuǎn)，這是利用反沖來造福人類，象這樣的情況還很多。
為了使學(xué)生對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)有更深刻的印象，此時(shí)再做一個(gè)發(fā)射禮花炮的實(shí)驗(yàn)。分析，禮花為什么會(huì)上天?
(2)火箭
對(duì)照書上“三級(jí)火箭”圖，介紹火箭的基本構(gòu)造和工作原理。
播放課前準(zhǔn)備的有關(guān)衛(wèi)星發(fā)射、“和平號(hào)”空間站、“探路者”號(hào)火星探測器以及我國“神舟號(hào)”飛船等電視錄像，使學(xué)生不僅了解航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行的知識(shí)，而且要學(xué)生知道，我國的航天技術(shù)已經(jīng)跨入了世界先進(jìn)行列，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。閱讀課后閱讀材料——《航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行》。
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