高中物理-實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)過程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)知識(shí)回顧復(fù)習(xí)回顧提問環(huán)節(jié)動(dòng)量守恒定律內(nèi)容動(dòng)量守恒定律適用條件圖片中細(xì)線燒斷兩個(gè)小車動(dòng)量都增加了，動(dòng)量還守恒嗎？守恒動(dòng)量是矢量規(guī)定正方向問題引導(dǎo)上節(jié)課在理論上證實(shí)了動(dòng)量守恒定律本節(jié)課通過實(shí)驗(yàn)證明動(dòng)量守恒定律內(nèi)容我們生活中的物體受到各種力的作用，難以滿足這種理想化的條件。但是，在某些情況下，可以近似滿足動(dòng)量守恒的條件。兩個(gè)物體在發(fā)生碰撞時(shí)，作用時(shí)間很短。根據(jù)動(dòng)量定理，它們的相互作用力很大。如果把這兩個(gè)物體看作一個(gè)系統(tǒng)，那么，雖然物體還受到重力、支持力、摩擦力、空氣阻力等外力的作用，但是有些力的矢量和為0，有些力與系統(tǒng)內(nèi)兩物體的相互作用力相比很小。因此，在可以忽略這些外力的情況下，碰撞滿足動(dòng)量守恒定律的條件。碰撞實(shí)際是一個(gè)極其復(fù)雜的情況，最初步的研究我們就找最簡(jiǎn)單的情況，問題：什么樣的碰撞是最簡(jiǎn)單的？給出三個(gè)動(dòng)圖指出碰前碰后沿著一條直線運(yùn)動(dòng)的碰撞最簡(jiǎn)單同一直線實(shí)驗(yàn)方案問題：質(zhì)量速度怎么測(cè)量方案一：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律不足之處？方案二：利用氣墊導(dǎo)軌加光電門驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律1、觀看實(shí)驗(yàn)一動(dòng)碰一靜碰后一起運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)視頻板書進(jìn)一步論證碰前碰后動(dòng)量守恒。觀看老師用氣墊導(dǎo)軌做的實(shí)驗(yàn)視頻思考怎樣驗(yàn)證，給出老師得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，讓學(xué)生得出結(jié)論。天平測(cè)質(zhì)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器光電門測(cè)速度只能測(cè)單一物體單一方向的速度摩擦力較大碰撞前后動(dòng)量守恒，且動(dòng)能不增加案例三：利用平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律結(jié)合實(shí)驗(yàn)不住及手中器材思考討論：1、碰撞前后速度如何得到？2、實(shí)驗(yàn)裝置中的重錘線什么作用？3、能用一組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)去分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果嗎？4、若要獲得多組數(shù)據(jù)求平均落點(diǎn)，對(duì)入射小球的釋放位置有無要求？5、斜面粗糙對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響嗎？找同學(xué)回答上面五個(gè)問題，結(jié)合問題，理清實(shí)驗(yàn)思路及步驟。通過公式的書寫，知道并不需要得出速度只需測(cè)量水平位移就能驗(yàn)證動(dòng)量守恒。小組討論回答問題小組實(shí)驗(yàn)學(xué)生小組合作實(shí)驗(yàn)巡視了解學(xué)生操作，并提醒學(xué)生看看是重的碰輕的，還是輕的碰重的。發(fā)現(xiàn)輕的碰重的會(huì)反彈，為下一部分碰撞問題的進(jìn)一步研究做鋪墊。實(shí)驗(yàn)結(jié)論課堂小結(jié)結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，小球碰撞前后質(zhì)量與速度的乘積保持不變誤差分析：1.數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)2調(diào)整水平失敗分析：又時(shí)不能發(fā)生一維碰撞老師總結(jié)：一、轉(zhuǎn)換測(cè)量量的方法讓我們一把尺子加天平驗(yàn)證了碰撞的不變量，當(dāng)你碰到困難時(shí)多方面去思考打開思路可能會(huì)別有洞天。就像伽利略在滴水計(jì)時(shí)的時(shí)代仍然驗(yàn)證了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。紙上得來終覺淺絕知此事要躬行，看起來很簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)但也會(huì)失敗，物理學(xué)家學(xué)者們是付出了多少的努力遇到了多少的失敗才得到最終的結(jié)論。1.數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)2調(diào)整水平課后習(xí)題補(bǔ)充把擋板豎直放置能否用來驗(yàn)證兩小球碰撞過程中動(dòng)量守恒？如果可以，寫出其表達(dá)式__________________。(用ma、mb、yM、yP、yN表示)學(xué)情分析學(xué)生通過必修課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)儲(chǔ)備了豐富的運(yùn)動(dòng)與相互作用關(guān)系的知識(shí)，初步形成了運(yùn)動(dòng)與相互作用觀和能量觀。本節(jié)主要是引導(dǎo)學(xué)生在初步掌握動(dòng)量守恒定律的基礎(chǔ)上，利用已有的知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析。重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析上。效果分析通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生對(duì)動(dòng)量守恒定律以及平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律有了更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)于幾種測(cè)速度的方法更加熟悉。學(xué)生了解了轉(zhuǎn)換測(cè)量量的思維方法，學(xué)會(huì)了利用平拋運(yùn)動(dòng)的規(guī)律去證明動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容。通過實(shí)際案例分析，小組合作實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的觀察分析能力，合作探究能力，以及實(shí)際動(dòng)手操作能力?？偨Y(jié)升華部分，讓學(xué)生從本節(jié)課上升到平時(shí)生活學(xué)習(xí)中，碰到困難轉(zhuǎn)換思維多方面考慮，學(xué)習(xí)上要腳踏實(shí)地。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)的過程對(duì)于老師的總結(jié)有了更好的共鳴，學(xué)生反映較好。最后的課后思考，讓學(xué)生再次回到該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，重點(diǎn)在速度的測(cè)量，再次鞏固轉(zhuǎn)換物理量測(cè)量方法以及平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)律。教材分析教材在本節(jié)課之前已經(jīng)引導(dǎo)學(xué)生尋求碰撞不變量，又通過理論推導(dǎo)得出了動(dòng)量守恒定律。本節(jié)課是通過實(shí)驗(yàn)再來驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，課本中給出了實(shí)驗(yàn)思路以及兩個(gè)參考案例，屬于驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律里面的最基本案例。案例二利用平拋運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律是在之前的舊教材中沒有，但是題目中又經(jīng)常碰到，新教材中很好的加入了這個(gè)案例。一、選擇題1.在“利用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,用到的測(cè)量工具有()A.停表、天平、刻度尺B.彈簧測(cè)力計(jì)、停表、天平C.天平、刻度尺、光電計(jì)時(shí)器D.停表、刻度尺、光電計(jì)時(shí)器2.(多選)在“研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中,需要的測(cè)量工具有()A.停表 B.毫米刻度尺C.天平 D.彈簧測(cè)力計(jì)3.(多選)在利用斜槽實(shí)現(xiàn)兩小球的一維碰撞“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)中,必須測(cè)量的物理量是()A.入射小球和被碰小球的質(zhì)量B.入射小球和被碰小球的半徑C.入射小球從靜止釋放時(shí)的起始高度D.斜槽軌道的末端到地面的高度E.不放被碰小球時(shí),入射小球的水平射程F.入射小球和被碰小球碰撞后的水平射程4.在“研究斜槽末端小球碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒”實(shí)驗(yàn)中,安裝斜槽軌道時(shí),應(yīng)讓斜槽末端保持水平,這樣做的目的是使()A.入射小球得到較大的速度B.入射小球與被碰小球?qū)π呐鲎埠笏俣妊厮椒较駽.入射小球與被碰小球?qū)ε鰰r(shí)無動(dòng)能損失D.入射小球與被碰小球碰后均能從同一高度飛出二、非選擇題5.如圖甲所示,在驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中,在小車M的前端粘有橡皮泥,推動(dòng)小車M使之做勻速運(yùn)動(dòng),然后與原來靜止在前方的小車N相碰并連成一體,繼續(xù)做勻速運(yùn)動(dòng)。在小車M后連著紙帶,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源頻率為50Hz,長(zhǎng)木板右端下面墊放小木片用以平衡摩擦力。甲(1)下列操作正確的是()A.一個(gè)車上裝上撞針是為了改變兩車的質(zhì)量B.一個(gè)車上裝上橡皮泥是為了碰撞后粘在一起C.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源,再釋放拖動(dòng)紙帶的小車D.先釋放拖動(dòng)紙帶的小車,再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源(2)若實(shí)驗(yàn)所得打點(diǎn)紙帶如圖乙所示,并測(cè)得各計(jì)數(shù)點(diǎn)間距(已標(biāo)在圖上)。A為運(yùn)動(dòng)起始打的第一個(gè)點(diǎn),則應(yīng)選段來計(jì)算M的碰前速度,應(yīng)選段來計(jì)算M和N碰后的共同速度(以上兩空均填“AB”“BC”“CD”或“DE”)。

乙6.利用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置可驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。由于小球的下落高度是定值,下落時(shí)間是定值,所以,小球落在地面上的水平位移就代表了小球做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)水平初速度的大小,這樣碰前速度和碰后速度就可以用平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移來表示。(1)以下要求正確的是。

A.入射小球的半徑應(yīng)該大于被碰小球的半徑B.入射小球的半徑應(yīng)該等于被碰小球的半徑C.入射小球每次應(yīng)該從斜槽的同一位置由靜止?jié)L下D.斜槽末端必須是水平的(2)關(guān)于小球的落點(diǎn),下列說法正確的是。

A.如果小球每次從斜槽的同一位置由靜止?jié)L下,重復(fù)幾次的落點(diǎn)一定是完全重合的B.由于偶然因素存在,重復(fù)操作時(shí)小球的落點(diǎn)不會(huì)完全重合,但是落點(diǎn)應(yīng)當(dāng)比較集中C.測(cè)定落點(diǎn)P的位置時(shí),如果幾次落點(diǎn)的位置分別為P1、P2、…、Pn,則落點(diǎn)的平均位置OP=OD.用盡可能小的圓把各個(gè)落點(diǎn)圈住,這個(gè)圓的圓心位置就是小球落點(diǎn)的平均位置(3)實(shí)驗(yàn)中記錄了軌道末端在記錄紙上的豎直投影為O點(diǎn),經(jīng)多次實(shí)驗(yàn),在記錄紙上找到了兩球平均落點(diǎn)位置分別為M、P、N,并測(cè)得它們到O點(diǎn)的距離分別為OM、OP和ON。已知入射球的質(zhì)量為m1,被碰球的質(zhì)量為m2,如果測(cè)得m1·OM+m2·ON近似等于,則可證明碰撞中系統(tǒng)的動(dòng)量守恒。

(4)在實(shí)驗(yàn)中,根據(jù)小球的落點(diǎn)情況,若等式ON=成立,則可證明碰撞中系統(tǒng)的動(dòng)能守恒[要求用第(3)問中涉及的物理量表示]。

7.如圖所示為“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。入射小球質(zhì)量為ma,被碰小球質(zhì)量為mb。(1)因?yàn)橄侣涓叨认嗤钠綊佇∏?不計(jì)空氣阻力)在空中的飛行時(shí)間相同,所以我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中可以用作為時(shí)間單位。

(2)關(guān)于本實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.不放被碰小球時(shí),入射小球的平均落點(diǎn)為N點(diǎn)B.斜槽的粗糙程度越小,實(shí)驗(yàn)的誤差越小C.實(shí)驗(yàn)之前,一定要將斜槽的末端調(diào)成水平D.入射小球與被碰小球滿足ma>mb,ra=rb(3)圖中M、P、N分別為入射小球與被碰小球的落點(diǎn)的平均位置,則實(shí)驗(yàn)中要驗(yàn)證的關(guān)系是()A.ma·ON=ma·OP+mb·OMB.ma·OP=ma·ON+mb·OMC.ma·OP=ma·OM+mb·OND.ma·OM=ma·OP+mb·ON8.如圖所示,某同學(xué)將兩塊質(zhì)量分別為m1和m2的不同物塊用細(xì)線連接,置于光滑的水平桌面上,兩個(gè)物塊中間夾有一根壓縮了的輕質(zhì)彈簧。燒斷細(xì)線,物塊從靜止開始運(yùn)動(dòng),最終離開桌子邊緣做平拋運(yùn)動(dòng)。該同學(xué)通過必要的測(cè)量,以驗(yàn)證物體間相互作用時(shí)的動(dòng)量守恒。(1)該同學(xué)還需要的實(shí)驗(yàn)器材是;

(2)本實(shí)驗(yàn)中要直接測(cè)量的物理量是;

(3)用實(shí)驗(yàn)中所測(cè)量的物理量,寫出需要驗(yàn)證的關(guān)系式。

9.為了驗(yàn)證碰撞中的動(dòng)量守恒,利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)。主要的實(shí)驗(yàn)步驟有:①如圖安裝好實(shí)驗(yàn)裝置,打開充氣泵,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平;②用天平測(cè)出滑塊A、B(包括它們上面的擋光片)的質(zhì)量m1、m2;③用刻度尺測(cè)量光電門1、2的間距L,用游標(biāo)卡尺測(cè)出擋光片的寬度d;④讓滑塊B停在兩光電門間某處,把滑塊A從光電門1的左側(cè)水平向右推,用與光電門相連的數(shù)字毫秒計(jì)時(shí)器讀出滑塊A通過光電門1時(shí)擋光片的擋光時(shí)間t1及碰撞后滑塊B通過光電門2時(shí)擋光片的擋光時(shí)間t2、滑塊A再次通過光電門1時(shí)擋光片的擋光時(shí)間t3。(1)上述步驟①中,判斷氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)水平的方法是。

(2)如果滿足關(guān)系,可說明碰撞中動(dòng)量是守恒的(用測(cè)得的物理量來表示)。

(3)關(guān)于該實(shí)驗(yàn),下列說法中正確的是。

A.滑塊A的質(zhì)量小于滑塊BB.滑塊A推出的速度越小,實(shí)驗(yàn)誤差一定越小C.氣墊導(dǎo)軌是否調(diào)節(jié)水平對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有影響課后反思舊教材中對(duì)于動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)是動(dòng)量這一章的第一節(jié)，是一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，難度比驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)要更高一些，有的驗(yàn)證部分沒有理論支持，不好去講解。現(xiàn)在把實(shí)驗(yàn)放在了動(dòng)量、動(dòng)量定律、動(dòng)量守恒定律之后更好理解。之后跟著講解彈性碰撞、非彈性碰撞結(jié)合之前的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪o好的去分析動(dòng)能情況。結(jié)合著學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體會(huì)再講腳踏實(shí)地、講變換思路學(xué)生有著更好的共鳴。本節(jié)課的學(xué)科核心素養(yǎng)物理觀念進(jìn)一步加深對(duì)動(dòng)量守恒定律及其守恒條件的理解。掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、光電門等測(cè)量速度的原理。加深對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)規(guī)