1.2動量定理（教學設(shè)計）-【大單元教學】（人教版2019選擇性必修第一冊）

第一章動量守恒定律第2節(jié)動量定理【教學內(nèi)容分析】動量定理是一個重要的規(guī)律，它揭示了力在一段時間內(nèi)連續(xù)作用的累積效果與動量變化之間的關(guān)系，進一步揭示了運動狀態(tài)變化與相互作用之間的關(guān)系。前一節(jié)內(nèi)容重在建立動量概念，并沒有關(guān)注一個物體動量變化的原因。通過恒力情況下的理論推導(dǎo)，可以認識到?jīng)_量是動量發(fā)生變化的原因，同時動量定理也是下一節(jié)從理論上推導(dǎo)動量守恒定律的基礎(chǔ)。教材雖然是在恒力作用的情況下由牛頓第二定律推導(dǎo)出動量定理的，但是動量定理不僅適用于恒力的情況，也適用于變力的情況。正因為如此，動量定理在實際中有更廣泛的應(yīng)用，尤其在解決作用時間短、作用力大而且隨時間變化快的打擊、碰撞等問題時，用動量定理要比用牛頓第二定律更方便?！窘虒W目標和核心素養(yǎng)】1物理觀念：能從牛頓運動定律和運動學公式推導(dǎo)出動量定理的表達式；理解動量定理的確切含義，知道動量定理適用于變力。2科學思維：會用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和處理有關(guān)的問題。3科學探究：通過對動量定理的探究過程，嘗試用科學探究的方法研究物理問題，認識物理模型工具在物理學的作用。4科學態(tài)度與責任：有參與科技活動的熱情，有從生活到物理，從物理到生活的意識?！窘虒W重難點】動量定理的推導(dǎo)和對動量定理的理解2．利用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和一維情況下的定量分析。3．動量定理的矢量性，也就是如何正確理解“合”外力的沖量等于物體“動量的變化”。尤其是方向的一致性，即合外力的沖量的方向和動量變化量的方向一致?！窘虒W方法】實驗法、講練法、討論法【教學用具】投影儀，多媒體輔助教學設(shè)備；完成該實驗的實驗器材，2個雞蛋、2個燒杯、布、刻度尺【教學過程】一、創(chuàng)設(shè)情境，引入課題讓粉筆從相同的高度分別落到水泥地上和鋪在地上的厚布上，觀察會有怎樣的現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)果：落在水泥地上的粉筆斷了，而落在墊有厚布的地上卻沒有斷。思考：為什么會產(chǎn)生這兩種不同的現(xiàn)象？二、新課教學（一）溫故知新在前面所學的動能定理中，我們知道，動能的變化是由于力的位移積累即力做功的結(jié)果，那么，動量的變化又是什么原因引起的呢？（二）情境探究思考：汽車以速度V運動，急剎車到停止。若對車施加很大的阻力，則車停止時間很短；如果對車施加很小的阻力，則車停止時間較長。兩種情況下，汽車的_______變化相同。可見，引起運動狀態(tài)改變，要考慮_______和_________這兩個因素。（引導(dǎo)學生對引起動量變化因素的思考）（三）問題探究問題情景：假設(shè)一個質(zhì)量為m的物體在恒定的合外力F作用下，做勻變速直線運動，初速度為v，經(jīng)過一段時間t后，速度變?yōu)関′，試探究合外力F的表達式。由牛頓第二定律知：F=ma，加速度：，即，推導(dǎo)得Ft=mv'–mv0=Δp（類比動能定理得出沖量概念），F(xiàn)t=mv'–mv0=Δp描述物體動能變化的物理量是功，那么描述物體動量變化的量是什么呢？--------引出沖量概念。（四）沖量1.定義：在物理學中，把力與力的作用時間的乘積叫做力的沖量。2.公式：I=Ft3.單位：?！っ耄∟·s）4.意義：（1）沖量是矢量，作用力的方向不變時其方向與力的方向相同。(2)沖量是過程量，是力對時間的積累效應(yīng)。(3)沖量和功不同，恒力在一段時間內(nèi)可能不作功，但一定有沖量。問題：根據(jù)圖像求出恒力F0在時間t內(nèi)I=F0t思考：若F為變力，如何求其沖量？一段時間內(nèi)的變力近似認為物體在每一時段以受到某一恒力一段時間內(nèi)的變力的沖量一段時間內(nèi)的變力近似認為物體在每一時段以受到某一恒力一段時間內(nèi)的變力的沖量微元法：由圖可知F-t圖線與時間軸之間所圍的“面積”的大小表示對應(yīng)時間t0內(nèi)，力F0的沖量的大小。（微元法是高中物理中的一種重要方法，借助微元法求解變力沖量）我們可以把碰撞過程細分為很多短暫過程，每個短暫過程中物體所受得力沒有很大的變化，這樣對于每個短暫過程就能夠應(yīng)用Ft=Δp，把應(yīng)用于每個短暫過程的關(guān)系式相加，就得到整個過程的動量定理。在應(yīng)用Ft=Δp處理變力問題時，式中F應(yīng)該理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。沖量的計算要明確求哪個力的沖量，還是物體的合外力的沖量。I=Ft只能求恒力的沖量。若合外力是變力，則F應(yīng)該理解為變力平均值。（五）動量定理類比動能定理的定義類比得出動量定理的內(nèi)容。1、內(nèi)容：物體在一個過程中所受力的沖量等于它在這個過程始末的動量變化量，這就是動量定理。2、表達式：Ft=mv'–mv03、對動量定理的理解：（1）表明合外力的沖量是動量變化的原因；（2）動量定理是矢量式，合外力的沖量方向與物體動量變化的方向相同。（3）動量的變化率：動量的變化跟發(fā)生這一變化所用的時間的比值。由動量定理，得，可見，動量的變化率等于物體所受的合力。當動量變化較快時，物體所受合力較大，反之較??；當動量均勻變化時，物體所受合力為恒力。（六）動量定理的應(yīng)用【想一想】讓粉筆從相同的高度分別落到水泥地上和鋪在地上的厚布上，觀察會有怎樣的現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)果：落在水泥地上的粉筆斷了，而落在墊有厚布的地上卻沒有斷。（做到首尾呼應(yīng)）粉筆從某一高度下落，分別與水泥地面和厚布墊接觸前的速度是相同的，也即初動量相同，碰撞后速度均變?yōu)榱?，即末動量均為零，因而在相互作用過程中粉筆的動量變化量相同。而兩種情況下的相互作用時間不同，與水泥地面碰時作用時間短，與厚布墊相碰時作用時間較長，由Ft=Δp知，粉筆與水泥地面相碰時作用大，會被摔斷，與厚布相碰時作用力較小，因而不會被摔斷。問題：舉例說明生活中還有那些現(xiàn)象利用了動量定理？動量定理解釋生活現(xiàn)象：由Ft=ΔP可知：①△P一定，t短則F大，t長則F??；——緩沖裝置②t一定，F(xiàn)大則△P大，F(xiàn)小則△P??；③F一定，t長則△P大，t短則△P小。（通過例題，帶領(lǐng)學生體會動量定理的使用，加深學生對動量定理的理解）例題一個質(zhì)量m=0.18kg的壘球，以?0=25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后，反向水平飛回，速度的大小變?yōu)?=45m/s。設(shè)球棒與壘球的作用時間t=0.01s，求球棒對壘球的平均作用力。分析：球棒對壘球的作用力是變力，力的作用時間很短。在這個短時間內(nèi)，力先是急劇增大，然后又急劇的減小為0，在沖擊、碰撞這類問題中，相互作用的時間很短，力的變化都具有這個特點。動量定理適用于變力作用的過程，因此，可以用動量定理計算棒對壘球的平均作用力?！舅悸房偨Y(jié)】運用動量定理解題的一般步驟1.確定研究對象2.對研究對象進行受力分析，確定全部外力及作用時間；3.找出物體的初末狀態(tài)并確定相應(yīng)的動量；4.如果初、末動量在同一直線上，則選定正方向，并給每個力的沖量和初末動量帶上正負號，以表示和正方向同向或反向；如果初、末動量不在同一直線上，則用平行四邊形定則求解；5.根據(jù)動量定理列方程求解?！緞恿慷ɡ淼倪m用范圍】1、動量定理不但適用于恒力，也適用于隨時間變化的變力，對于變力，動量定理中的F應(yīng)理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值；2、動量定理不僅可以解決勻變速直線運動的問題，還可以解決曲線運動中的有關(guān)問題，將較難的計算問題轉(zhuǎn)化為較易的計算問題；3、動量定理不僅適用于宏觀低速物體，也適用于微觀現(xiàn)象和變速運動問題。動量定理的優(yōu)點：不考慮中間過程，只考慮初末狀態(tài)（七）課堂小結(jié)【課堂練習】1．物體A和B用輕繩相連，在輕質(zhì)彈簧下靜止不動，如圖甲所示，物體A的質(zhì)量為m，物體B的質(zhì)量為M。當連接A．B的繩突然斷開后，物體A上升經(jīng)某一位置時速度的大小為v，這時物體B下落速度的大小為u，如圖乙所示。這段時間里，彈簧的彈力對物體A的沖量為()A．mv B．mv－MuC．mu＋Mu D．mv＋mu2．在光滑水平面上有兩個質(zhì)量均為2kg的質(zhì)點，質(zhì)點a在水平恒力Fa＝4N作用下由靜止開始運動4s，質(zhì)點b在水平恒力Fb＝4N作用下由靜止開始運動4m，比較這兩質(zhì)點所經(jīng)歷的過程，可以得到的正確結(jié)論是()A．質(zhì)點a的位移比質(zhì)點b的位移大B．質(zhì)點a的末速度比質(zhì)點b的末速度小C．力Fa做的功比力Fb做的功多D．力Fa的沖量比力Fb的沖量小3．如圖所示，質(zhì)量為m的物體在跟水平方向成θ角的力F作用下，以速度v勻速前進t秒鐘，則物體在這段時間內(nèi)受到力F的沖量與合外力的沖量各為()A．Ft，F(xiàn)tcosθ B．Ftsinθ，F(xiàn)tcosθC．Ft，F(xiàn)tsinθ D．Ft，04．（2009?重慶高考）2009年中國女子冰壺隊首次獲得了世界錦標賽冠軍，這引起了人們對冰壺運動的關(guān)注。冰壺在水平冰面上的一次滑行可簡化為如下過程：如圖16－6－7所示，運動員將靜止于O點的冰壺(視為質(zhì)點)沿直線OO′推到A點放手，此后冰壺沿AO′滑行，最后停于C點。已知冰面和冰壺間的動摩擦因數(shù)為μ，冰壺質(zhì)量為m，AC＝L，CO′＝r，重力加速度為g。（1）求冰壺在A點的速率；（2）求冰壺從O點到A點的運動過程中受到的沖量大小；（3）若將BO′段冰面與冰壺間的動摩擦因數(shù)減小為0.8μ，原只能滑到C點的冰壺能停于O′點，求A點與B點之間的距離。5．如圖所示，l、m已知（l為擺長，m為擺球質(zhì)量），最大擺角小于5°，當小球擺到B點并向左運動時，有質(zhì)量為M置于光滑水平面上的物體在一水平向右恒力作用下開始運動，要使兩物體的動量有可能相同，作用在物體上的恒力應(yīng)為多大？6．如圖所示，固定在輕質(zhì)彈簧的兩端質(zhì)量分別為M1＝0.5kg、M2＝1.49kg的兩個物體，置于光滑的水平面上，M1靠在光滑的豎直墻上?，F(xiàn)有一顆質(zhì)量M＝0.01kg的子彈，以600m/s的水平速度射入M2中，最后M1和M2都將向右運動。求豎直墻對M1的沖量。答案1．D2．AC3．D4．（1）2μgL（2）m2μgL（3）L－45．2(1?cosθ)6．大小為12N?s，方向向右）連續(xù)射擊時槍所受到的平均反沖作用力是多大？學生學習評價量表小組_________

姓名___________

日期___________

評價項目評價內(nèi)容評

價

標

準評價方式備注優(yōu)（5分）良（4分）中（3分）差（2分）自評互評家長評師評學習態(tài)度1、學習目標明確，重視學習過程的反思，積極優(yōu)化學習方法2逐步形成濃厚的物理學習興趣3、保質(zhì)保量按時完成作業(yè)4、重視自主探索、自主學習，拓展視野積極，熱情，主動積極熱情但欠主動態(tài)度一般較差學習方式1、學生個體的自主學習能力強，會傾聽、思考、表達和質(zhì)疑。2、學生普遍有濃厚的學習興趣，在學習過程中參與度高。3、學生之間能采取合作學習的方式，并在合作中分工明確地進行有序和有效的探究。4、學生在學習中能自主反思，發(fā)揮求異、求新的創(chuàng)新精神，積極地提出問題和討論問題。自主學習能力強，會傾聽、思考、表達和質(zhì)疑。自主學習能力較強，會傾聽、思考、表達。自主學習能力一般，會傾聽。自主學習能力較差，不會思考。參與程度1認真參加物理學習活動，積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于解決問題2逐步提高物理表達與交流能力3積極參加物理探究、物理建?；顒樱訌娢锢砦幕膶W習4積極參加物理實踐活動等積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于解決問題，表達能力強積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問題，勇于解決問題能發(fā)現(xiàn)問題，俁解決問題能力一般參與意識不夠積極主動合作意識1積極參加物理合作學習，勇于接受任務(wù)、敢于承擔責任2加強小組合作，取長補短，共同提高3樂于助人，積極幫助學習有困難的同學4公平、公正地進行自評和互評，評價過程認真、負責、有誠信合作意識強，組織能力好，與別人互相提高，有學習效果能與他人合作，并積極幫助有困難的學習有合作意識，但總結(jié)能力不強不能很好地與他人合作學習探究活動1積極嘗試、體驗物理研究的過程2逐步形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，不怕困難的科學精神3勇于質(zhì)疑，善于反思，有創(chuàng)新意識4善于觀察分析物理事實，提出有意義的物理問題，猜測、探求適當?shù)奈锢斫Y(jié)論和規(guī)律，給出解釋和證明，撰寫探究活動報告①對事物的性質(zhì)、規(guī)律及該事物與他事物內(nèi)在聯(lián)系達到較深刻的理解②（同左①）理解較淺③（同左①）理解模糊①未理解知識和技