(省級一等獎)動量守恒教學設計(定稿)

1、重慶市 2014 年高中物理青年教師優(yōu)質課大賽決賽3 動量守恒定律（第 1 課時）重慶市合川中學曾凡元3動量守恒定律（第 1 課時）一、教學目標：（一）知識與技能1、初步理解動量守恒定律的確切含義和表達式。2、知道動量守恒定律的適用條件，并會用動量守恒定律分析、解釋現象。（二）過程與方法1、通過實驗與探究，引導學生在研究過程中主動獲取知識，應用知識解決問題，同時在過程中培養(yǎng)學生協作學習的能力。2、運用動量定理和牛頓第二定律推導出動量守恒定律，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力。3、會應用動量守恒定律分析、計算有關問題（只限于一維運動），培養(yǎng)學生科學的思維方法，學會全面地分析問題。4、不僅掌握定律的本身，更

2、重要是通過探究過程明白自然界中事物的“變”與“不變”不是孤立的，往往“變”中蘊藏著“不變”，“不變”中蘊藏著“變”，只有全面分析，才能抓住事物的本質規(guī)律。（三）情感、態(tài)度與價值觀1、通過學生之間的討論、交流與協作探究，培養(yǎng)團隊合作精神。2、培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度和嚴謹的推理方法。3、讓學生在探究過程中體驗解決問題的成功喜悅，增進學習物理的情感。4、通過對物理學史的了解，培養(yǎng)學生不怕困難，勇于探索的精神。二、教學重點、難點：重點：理解和基本掌握動量守恒定律。難點：對動量守恒定律條件的掌握。三、教學過程：【新課引入】2014 年 3 月，世界短道速滑錦標賽在加拿大舉行，中國女子隊在 3000 米接

3、力賽決賽中不負重望奪得冠軍，實現該項目四連冠，為祖國爭得了榮譽?！氨辖恿Α标爢T是如何來交接，有同學了解嗎？通過下面的一段視頻，大家注意觀察隊員之間是如何交接的？后面運動員在用力推前面運動員的過程， 他們的總動量是否會保持不變呢？這節(jié)課我們將進行學習，請繼續(xù)觀察下面的實驗：（實驗演示） 鋪有毛巾的水平桌面上放有一平板小車，小車上放有一個電動玩具車，最初二者都是靜止的，兩小車總動量為零，當打開玩具車開關后，它將向前開動，大家猜想一下，平板小車會怎樣？我們先記下平板車的開始位置（提醒：注意觀察平板小車的情況，并把現象記錄在學案上）演示 1：當玩具車向前開動時，平板小車始終保持靜止，兩個小車總動量改

4、變了嗎？總動量發(fā)生變化的原因可能是什么呢？演示 2：將毛巾取下，換成比較光滑的木板，為了進一步克服摩擦力的影響，可以將木板一端墊起一定的高度，這個方法在研究牛頓第二定律時曾經用過 - 平衡摩擦力，再次開動玩具小車后，猜想平板小車會怎樣呢？（提醒：請注意觀察小車情況，并記錄觀察到的現象）1p、p是否相等？為什么在有的作用過程總動量保持不變， 有的作用過程總動量要發(fā)生變化呢？總動量保持不變是否需要什么條件？本節(jié)課我們將從 理論角度 探討這一問題。【新課進行】引入一個物理情景：在光滑的水平面上，兩個小球沿同一直線向相同的方向做勻速運動，質量分別 m1 和 m2 ，速度分別為 v1 和 v2 （且 v

5、2 v1 ）。當第二個球追上第一個球并發(fā)生碰撞，碰撞后繼續(xù)向同一方向運動，速度分別為 v1 ' 和 v2 ' 。 動畫演示 兩個小球在接觸的過程中有沒有相互的作用力？方向如何？由于作用時間很短，我們把它近似當恒力處理。為了方便描述，先引入幾個概念，請大家閱讀課本12 頁，第一框的內容。BmAm12v1v2（一）幾個概念：（1）系統(tǒng) :相互作用的兩個 (或多個 )物體組成系統(tǒng)。有了系統(tǒng)后就有內外之分了（2）內力：系統(tǒng)內物體間相互的作用力。（3）外力：系統(tǒng)外物體對系統(tǒng)內物體的作用力。思考：（ 1）研究的過程是哪一段？系統(tǒng)該如何選?。績攘屯饬Ψ謩e是哪些力？（2）從理論角度研究系統(tǒng)碰

6、撞前、后總動量p、p' 的關系？你能想出哪些辦法來？（二）理論探究系統(tǒng)總動量保持不變所需的條件【探究一】：水平面光滑，理論推導碰撞前后系統(tǒng)總動量m2m1v2v1取水平向右為正方向 , 設相互作用時間為 t ，【推導過程 1】：（用牛頓第二定律推導）研究狀態(tài)碰前(狀態(tài) 1)m1 的速度v1m1 的動量111m2 的速度p =m v2m2 的動量v222“m1 2”系統(tǒng)總動量p =m vp=+mm2m1v2 v1 '碰后（狀態(tài) 2）v1=p1=v2=p2=p =引導完成 m1 的情況，學生推導 m2的情況并展示推導結果？提醒：推導中涉及到的速度，力，加速度，動量等物理量都是矢量，在

7、使用中一定要注意其方向，對于同一直線上的矢量運算，我們用選正方向的方法，用正負來表示方向?！就茖н^程 2】（用動量定理推導）取水平向右為正方向，碰撞過程：對 m1 物體對2 物體研究對象m受到的合力的沖量 II 1=I 2=動量變化量 p p1= p2=動量定理 ： I= p“ m1+m2”系統(tǒng)碰撞前、后總動量關系2對球 m1，由動量定理有 F1 t=m1v11v1- m對球 m2，由動量定理有-F2t=m2v2 - m2v2v +mv =m v+ m v+整理有： m1 1221 1 22兩種思路推導結果均與第一節(jié)實驗結論一致。即作用前的系統(tǒng)總動量等于作用后的總動量。【小結】在剛才的作用過程

8、中，每個小球的動量都發(fā)生了變化，是哪些因素使動量發(fā)生變化？這對內力對系統(tǒng)的總動量是否改變？系統(tǒng)的外力有何特點為，對系統(tǒng)的總動量是否改變？剛才推出的是碰前，碰后兩個時刻總動量相等，過程中的其它時刻總動量相等嗎？系統(tǒng)總動量在整個過程中一直保持不變，我們稱這個過程動量守恒?！静孪搿肯到y(tǒng)總動量守恒可能需要的條件是什么？【探究二】：水平面粗糙，研究碰撞前、后系統(tǒng)總動量 p、 p的關系？ ( 用動量定理推導 ) 回到剛才的情景，設地面光滑是一種理想情況，實際中地面都會存在摩擦力，這種情況下兩小球碰撞過程動量還守恒嗎？（猜想并推導）：【推導過程 3】取水平向右為正方向，m2m1m2m1v2v1v2 v &#

9、39;1取水平向右為正方向 ,研究對象對 m1 物體對 m2 物體受到的合力的沖量 II 1=I 2=動量變化量 p p1= p2=聯系 ： I= p“ m”系統(tǒng)碰撞前、1+m2后總動量關系碰撞過程：對 m1，由動量定理有F1 t - Ff1 t= 111 1m v - m v對 m2，由動量定理有-F2 t -Ff2 t=222 2-m v - m v+整理有：Ff 1t- Ff2t1 122+m v +mv=m vv- 地面摩擦力的即碰撞前、后的總動量不再相等，從等式中看出不等的原因是系統(tǒng)受到外力沖量的原因，總動量不等與內力沒有任何關系。12【思考】如果摩擦力遠小于內力， “m+m”系統(tǒng)總

10、動量還會變化嗎？提醒：對于碰撞、爆炸類問題，作用時間都很短，內力一般比較大，物理中經常采用“突出主要因素，忽略次要因素”的思想，如以前的質點模型，所以在外力遠小于內力時，可以忽略外力的沖量，認為該過程動量近似守恒?！練w納】系統(tǒng)動量守恒需要什么條件？嚴格守恒：系統(tǒng)外力矢量和為零近似守恒：系統(tǒng)外力矢量和不為零，但遠小于內力這些結論能否把它推廣呢，思考下面的兩個問題？（1）這種由彈力相互作用情況下導出的結論，能否推廣至其它非彈力作用的情況呢？（如3內力為摩擦力、磁力等作用）分析：只要外力的矢量和為零，不管什么性質的內力，總是成對出現，等大、反向，合沖量也為零，都不會改變系統(tǒng)的總動量，不僅宏觀的各種性

11、質力 ,而且微觀的各種力同樣如此。（2）動量守恒需要的條件是什么呢？（三）動量守恒定律1內容表述： 一個系統(tǒng)不受外力， 或者所受外力的矢量和為 0，這個系統(tǒng)的總動量保持不變，這就是動量守恒定律。【我們研究動量守恒定律只用了一節(jié)課，但是物理學家們們對它的探究卻經歷了幾代人的時間，中途有成功，也有失敗，我們也要學習他們的精神，做任何事情都不能懼怕失敗，經過長久的堅持，成功終將屬于你們！ 】2成立條件（1）一個系統(tǒng)不受外力或受外力矢量和為零，系統(tǒng)的總動量守恒（嚴格條件 ）（2）系統(tǒng)所受外力遠小于內力時，可忽略外力，系統(tǒng)的總動量近似守恒（近似條件 ）（3）系統(tǒng)在某一方向上滿足上述（1）或（ 2），則在

12、該方向上系統(tǒng)的總動量守恒( 下節(jié)課重點學習 )物理規(guī)律除了用文字來表述外，我們還經常用用數學語言來描述，如果一個系統(tǒng)動量守恒，它們的數學關系又該如何表示呢？3數學表達式：（以兩個物體相互作用為例）剛才情景中的兩個小球在撞擊過程動量守恒，如何用數學語言表述守恒關系呢？我們可以在兩球碰撞過程中任意選一時刻為初態(tài)1，在另外一個時刻作為末態(tài)2, 這兩個時刻的總動量是相等的m1v1m2 v2m1 v1m2 v2，即 p1 +p2 = p1 / +p 2 / 。【注意】：動量守恒表達式是矢量式，選取正方向后用正、負來表示方向，將矢量運算變?yōu)楹唵蔚拇鷶颠\算。好了，我們的合作初見成效，從理論的角度已經找到了系

13、統(tǒng)動量守恒所需的條件，為我們取得的成果來點鼓勵，接下來是我們解決疑問的時刻?。ㄋ模┧伎寂c討論：AB1、還記得課前的實驗嗎，小組內討論，用剛學過的知識解釋兩次實驗發(fā)生的現象嗎？（1）第 1 次平板小車放在粗糙的毛巾上，始終保持靜止，總動量為什么不守恒呢？（分析：分析哪一個過程？選哪些物體作為系統(tǒng)？外力滿足守恒的條件嗎？（2）第 2 次平板小車向相反的方向運動，相互作用的過程總動量守恒嗎？2、在列車編組站里，一輛 m1=1.8 ×104kg 的貨車在平直軌道上以 v1=2m/s 的速度運動，碰上一輛 m2=2.2 ×104 kg 的靜止貨車，它們碰撞后結合在一起繼續(xù)運動， 求貨

14、車碰撞剛結束時的速度？m1m2（播放貨車自動掛鉤視頻） 。【分析】本題用牛頓定律的方法已經很不方便，能否用今天所學的動量守恒來解決呢？先思考下面的幾個問題：本題中相互作用的系統(tǒng)選哪些物體？研究哪一個過程？該過程的初狀態(tài)和末狀態(tài)分別是什么？4該系統(tǒng)滿足動量守恒的條件嗎？為什么？【提示】：在使用動量守恒定律之前，這些步驟也是我們必須要弄清的問題【解析】取貨車在碰撞前運動方向為正方向，設兩車接合后的速度為 v，則兩車碰撞前的總動量為 p=m1v1碰撞后的總動量為p=(m 1+m2)v由動量守恒定律可得：（m1+m2）v=m1v1m1v1代入數值，解得 v=0.9m/s解得 vm2m1速度的方向是如何

15、的？，兩車結合后的速度v 是正值，表明結合后仍沿正方向運動【注意】動量守恒式是矢量式，代入值時應代入方向，解出的結果中也含有該矢量的方向。（五）知識小結接下來我們來歸納一下本節(jié)課學習的內容，黑板上已經顯示了本節(jié)課的知識框架，物理學科除了要求對知識的掌握外，更注重解決問題的方法和思路，大家小結下應用動量守恒定律解決問題的思路：你準備選哪些物體為系統(tǒng)？（有利于問題的研究）動量守恒你準備研究哪一過程？（該過程的初、末時刻是什么）四步曲該系統(tǒng)動量是否守恒？（分析系統(tǒng)所受的外力）確定初末、狀態(tài)系統(tǒng)的動量，列動量守恒方程求解（注意方向）【特別注意】動量、動量的變化量都是矢量，列方程時一定要注意它們的方向（

16、六）生活中的動量守恒：1、冰上接力賽的“交接棒”：我國女子短道速滑隊在世錦賽上實現女子 3000m 接力三連冠觀察發(fā)現， “接棒”的運動員甲提前站在“交捧”的運動員乙前面并且開始向前某個速度滑行滑行，待乙追上甲時，乙猛推甲一把，使甲獲得更大的速度向前沖出。在該過程，動量守恒嗎？為什么？乙甲2、交通事故的判斷：在高速公路上發(fā)生一起交通事故，兩輛同向行駛的小車發(fā)生了追尾，碰后兩車接在一起，并向前滑行了一段距離后停止。測速儀只測出了前面小車追尾前的速度，交警如何判定后面小車是否超速？（七）課外活動第一節(jié)實驗中已經驗證了在彈力相互作用下的動量守恒，把結論拓展到相互作用為非彈力（如摩擦力、電磁力等）作用情況，今天我們已經用理論進行了證明，物理一門以實驗為基礎的學科，理論的推導還需要實驗來驗證， 同學們課后把這這幾種非彈力作用的情況用實驗驗證一下，方案以小組為單位，集體討論，設計后完成。5示范方案一：（內力為摩擦力相互作用）設計意圖：通過墊塊將毛刷固定于滑塊 1 上，滑塊 2 上固定一平板。滑塊 1 運動之后，通過毛刷和平板間的摩擦力作用帶動滑塊 2 運動，驗證系統(tǒng)在摩擦力作用下的動量守恒。示范方案二： (內力為磁