動量守恒定律教學設計

《動量守恒定律》教學設計一、教材分析本節(jié)課是人教版普通高中課程標準實驗教科書選修3-5第十六章第三節(jié)的內容。就本章來講，它是對第二節(jié)“動量和動量定理”的深化，同時也是后面第四節(jié)“碰撞”和第五節(jié)“反沖運動火箭”的基礎。就本書來講它也是以后學習《原子核》中“放射性元素的衰變”時涉及的能量與動量結合處理問題的基礎。就整個高中物理而言，這部分知識在帶電粒子在磁場、電場中的運動時也完全可以涉及。雖然新課程改革中對動量的要求似乎比以前降低了一些，但它仍然常常和能量、電場、磁場、牛頓運動定律結合，在比較復雜的綜合情境中出現(xiàn)。因此，學好動量守恒，對學生解決實際問題有著舉足輕重的作用。二、學生分析盡管教材安排這部分內容在比較靠后的課本中（選修3-5），但根據(jù)重慶高中物理教學情況，一般會在高一快結束時學習這部分內容，此時的學生已經基本具備了邏輯分析能力、數(shù)學歸納能力。在學習本課之前，同學們已經深入學習了牛頓運動定律，也掌握了運動學中加速度的概念及運算公式。經過本章第一節(jié)對守恒量的探究，初步有了在碰撞前后"V總和不變的意識；經過第二節(jié)的學習，又有了動量的概念，也基本了解了動量定理的內容。這些學習過程和知識儲備都為展開本節(jié)課的學習打下了基礎。高中學生思維活躍，團隊榮辱意識較強，對新鮮事物有強烈的好奇感，樂于去探索新問題，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。所以我準備采用多媒體PPT演示加上分組探究的方法完成本節(jié)課的教學，但是本節(jié)的兩個例題，因為并不是嚴格意義上的動量守恒，所以建議留到下一節(jié)課中去才好仔細講透。三、教學目標.知識與技能掌握“動量守恒定律”的理論推導及其確切含義，掌握“動量守恒定律”的應用范圍及判斷什么情況下動量守恒什么情況下動量不守恒，并會用動量守恒定律解決簡單的實際問題。.過程與方法通過視頻演示第一節(jié)對守恒量的探究實驗，鍛煉學生根據(jù)實驗現(xiàn)象總結實驗規(guī)律的能力，并由此引入動量守恒定律的理論推導過程；用分組討論方式培養(yǎng)學生們的團隊合作能力；通過運用加速度公式、牛頓第二定律和牛頓第三定律推導出動量守恒定律，培養(yǎng)學生的邏輯推理能力，并巧妙的把原有知識和新內容融合起來，達到知識間的融會貫通。.情感、態(tài)度與價值觀通過小組討論展示匯報等，培養(yǎng)學生的團隊合作精神和團體榮譽感，展示自我的能力與自信心。培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度和嚴謹?shù)耐评矸椒ǎ囵B(yǎng)同學們善于根據(jù)形象的物理現(xiàn)象歸納出抽象的物理結論的能力。讓同學們認識到，物理知識其實離我們并不遙遠，它就存在于我們身邊，提高同學們對物理的興趣。四、教學重點、難點：重點：動量守恒定律的結論得出的過程（理論推導），基本掌握動量守恒定律及其簡單應用。難點：在具體情境中動量守恒定律的適用條件的判斷。五、教學方法教師啟發(fā)、引導，學生討論、交流、匯報展示六、教學設計：引入新課同學們，前一節(jié)課我們學習了動量定理，知道一個物體受到力的沖擊作用后，動量會發(fā)生變化。那么兩個或兩個以上的物體相互作用時，又會出現(xiàn)怎樣的結果呢？比如，讓我們看看生活中的這些現(xiàn)象。（播放視頻，兩個碰撞，兩個反沖。）類似視頻中的現(xiàn)象一樣，生活中還有很多其它的例子，這些過程中相互作用的物體的動量都發(fā)生了變化，但它們究竟遵循著什么樣的規(guī)律呢？那么這節(jié)課我們就要探討這個問題。探究教學讓我們先從前面對碰撞中的守恒量的探究說起。在幾乎無阻力的氣墊導軌上，運動的滑塊和等質量的靜止彈性滑塊碰撞，結果運動的滑塊停下而原來靜止的滑塊彈開，根據(jù)儀器記錄，發(fā)現(xiàn)兩滑塊通過光電門的時間是相等的。問1：碰撞前后兩滑塊速度有何關系？（答：碰前A<B>與碰后B<A>速度相等）問2：兩滑塊碰撞前后動量有何關系？（答：碰前A<B>與碰后B<A>動量相等）問3：兩滑塊碰撞前后動量的總和有何變化？（答：沒有變化）當然，我們可能還經過其他各種各樣的探究……經過探究，我們好像發(fā)現(xiàn)，在碰撞前后，兩個物體的總動量是不變的！這是探究的次數(shù)太少或方案不盡全面而出現(xiàn)的巧合呢，還是一種必然？我們不可能把所有方案都進行探究，更不可能無窮盡地進行探究，因此，需要考慮從理論上來分析這一結果是否成立。為了找出合適應用的理論，我們先把剛才的那些碰撞過程簡化如下：碰前：水平光滑桌面上，質量為m1和m2的兩個小球，以速度匕和v2沿同一直線作同向勻速運動，且v2>v1碰撞過程中：2小球對1小球的作用力是F1，1小球對2小球的作用力是F2,碰撞持續(xù)時間為△看.碰后：兩小球的速度分別為v1′和v；.咱們發(fā)現(xiàn)以下三點：一是小球在碰撞前后速度發(fā)生了改變，而碰撞過程有時間的持續(xù)，這告訴我們可以用運動學中加速度的公式進行分析；同時，小球受到水平彈力的作用，在此力的作用下會產生加速度，這意味著我們可以從牛頓第二定律入手進行分析；最后，小球給彼此的力屬于相互作用力，那么我們還可以從牛頓第三定律著手分析。接下來，請同學們以每5人為一小組，進行合作討論分析，看看碰撞中動量守恒這一結論是否在理論上真的成立。完成以后，各小組推選一個代表，把你們小組分析的過程以及結論向大家展示匯報，建議最好有完整的書面表達。（接下來學生分組討論分析，教師巡視指導，然后小組展示匯報，教師對各小組的匯報展示作必要的引導和點評，主要肯定他們做得好的方面，如果有所不足，則盡力引導。）匯總大家的展示交流，我們可以把推導的過程這樣呈現(xiàn)（PPT快速播放推理過程）。需要特別注意的是，力F1和F2的大小其實會隨碰撞中形變改變而改變，即我們用它來計算加速度時，只是計算了一個平均值，但是，它們之間的等大反向關系，在整個碰撞的任意時刻都成立，那么由此推導出來的結果對碰撞中的任意兩個時刻都成立，即不僅僅碰撞前后兩滑塊的動量相同，這個總動量也等于碰撞過程中任意時刻兩滑塊的總動量。歷史上，通過幾代物理學家在實驗上和理論上的分析、探索與爭論，人們終于在18世紀形成這樣的共識：如果一個系統(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。對于定律，我們需要作如下理解。所謂系統(tǒng)，就是指相互作用的兩個（或多個）物體，比如，兩個小球碰撞時，就可把它們看成一個系統(tǒng)。而外力，則指系統(tǒng)以外的物體對系統(tǒng)內的物體施加的力。與之對應的，就有內力這一概念，指系統(tǒng)內物體之間彼此施加給對方的作用力。比如，兩個小球在光滑桌面上碰撞時，小球之間的撞擊力屬于內力，桌面給小球的支持力，以及小球的重力，屬于外力。總動量保持不變的意思，是說系統(tǒng)內所有物體動量的矢量和保持不變，但系統(tǒng)內每個物體的動量卻是可以發(fā)生變化的。為了加深對動量守恒定律的理解，我們用它來解決這樣一個問題，請看例題。例：質量為m的子彈以水平速度％射向靜止在光滑水平面上的質量為M的木塊，并留在木塊中不再射出，求木塊和子彈的共同速度。分析：在子彈射進木塊的整個過來中，把子彈和木塊作為一個系統(tǒng)進行研究，它們受到重力和桌面的支持力，二者在豎直方向上平衡；水平方向上，二者除了彼此給予對方的內部擠壓力外，沒有受到外界施加的任何力。那么，它們所受外力的矢量和為0，滿足動量守恒定律的條件。把子彈射進木塊前作為初始狀態(tài)，此時，系統(tǒng)的總動量為子彈的動量mvo,把子彈完全停留在木塊內和木塊有相同的速度時作為末狀態(tài)，此時系統(tǒng)的總動量為（m+M）v共根據(jù)動量守恒定律,兩個狀態(tài)下系統(tǒng)的總動量是相同的,即mv=(m+M)v解得木塊和子彈的共同速度為v共=mvo/(m+M)根據(jù)這一例題,我們發(fā)現(xiàn),用動量守恒定律解決問題時,不再像用牛頓運動定律那樣,要把過程中每個時刻的受力情況和運動狀態(tài)都分析清楚,而只需要關心兩個特定時刻的狀態(tài)就行了,這正是動量守恒定律和牛頓運動定律在解決問題時的一大差別。其實,二者還有更為深刻的差別。我們知道,牛頓運動定律只能解決低速、宏觀問題,在高速、微觀問題中已經不再適用,但動量守恒定律卻仍然可以使用。這在我們以后的學習中會慢慢體會到。至此,我們已經知道了動量守恒定律的理論由來、成立條件以及簡單應用,其實,我們還可以從另一個方面來理解動量守恒定律。根據(jù)動量守恒的條件,結合沖量的知識,你能否從動量定理的角度理解動量守恒定律？同學們依然以原來的分組方式小組討論,提出你們小組的看法。（小組討論,教師巡視指導；然后小組展示,教師根據(jù)情況給予引導和點評。）正如大家展示的一樣,在相互作用的過程中,系統(tǒng)內物體彼此施加對方的力經過時間的積累產生了沖量,根據(jù)動量定理,這一沖量改變了對方的動量。但因為彼此施加給對方的力是等大反向的,且這力作用的時間是完全相同的,那么彼此動量的改變就是等大反向的,兩個物體動量改變的矢量和為0,即系統(tǒng)的總動量沒有改變！顯然,無論是根據(jù)牛頓運動定律中力產生加速度從而改變速度來分析,還是根據(jù)沖量改變動量來看,在第一節(jié)的探究實驗中發(fā)現(xiàn)的碰撞時系統(tǒng)的總動量保持不變這一結論,都不是偶然,而是理論上的必然結果。那么,就讓我們再應用這一定律,來嘗試解釋生活中的這些現(xiàn)象吧。（小組提問方式解答分析，重點是引導學會選擇系統(tǒng)，分析動量守恒成立條件，解釋清楚作用前和作用后的動量之間在大小和方向上的關系。此處因為涉及二維問題，所以不作嚴格計算，只作粗略分析。）回歸點題其實，正如大家解釋的這四個現(xiàn)象，前兩個現(xiàn)象屬于本章教材第四節(jié)要研究的問題——碰撞，而后兩個現(xiàn)象則屬于第五節(jié)要學習的內容——反沖運動與火箭。生活中還有很多現(xiàn)象，都可以根據(jù)這一定律去解釋和解決，只要所研究的系統(tǒng)所受的合外力為0，那么無論其作用的過程多么