陜西省安康市石泉縣高中物理 第1章 碰撞與動(dòng)量守恒 1.3 動(dòng)量守恒定律的案例分析教學(xué)設(shè)計(jì) 滬科版選修3-5.doc

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1. 3 動(dòng)量守恒定律的案例分析 課標(biāo)要求 能用動(dòng)量守恒定律定量分析一維碰撞問題。知道動(dòng)量守恒定律的普遍意義。 三維目標(biāo) （一）知識(shí)與技能 掌握運(yùn)用動(dòng)量守恒定律的一般步驟 （二）過(guò)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)。 （三）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。 教材分析 動(dòng)量守恒定律是自然界中最重要，最普遍的守恒定律之一，它既適用于宏觀物體，也適用于微觀粒子；既適用于低速運(yùn)動(dòng)物體，也適用于高速運(yùn)動(dòng)物體，甚至對(duì)力的作用機(jī)制尚不清楚的問題中，動(dòng)量守恒定律也適用。它是除牛頓運(yùn)動(dòng)定律與能量觀點(diǎn)外，另一種更廣泛的解決動(dòng)力學(xué)問題的方法，而且在今后的磁學(xué)，電學(xué)中也會(huì)用到此定律。 學(xué)情分析 本節(jié)是繼動(dòng)量守恒定律之后的習(xí)題課。主要鞏固所學(xué)知識(shí)，學(xué)會(huì)在不同條件下，熟練靈活的運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解釋一些碰撞現(xiàn)象，并能利用動(dòng)量守恒定律熟練的解決相關(guān)問題。 教學(xué)重難點(diǎn) 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)手段運(yùn)用 教學(xué)資源選擇 視頻、PPT、練習(xí)冊(cè)等 教 學(xué) 過(guò) 程 環(huán)節(jié) 學(xué)生要解決的問題或任務(wù) 教師教與學(xué)生學(xué) 教師個(gè)性化修改 （一）引入新課 1．動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容是什么？ 2．分析動(dòng)量守恒定律成立條件有哪些？ 答：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)量守恒定律的重要意義 從現(xiàn)代物理學(xué)的理論高度來(lái)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(lái)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(lái)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?，F(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說(shuō)。由于中微子既不帶電又幾乎無(wú)質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)中極難測(cè)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23 ②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(chǎng)，把電磁場(chǎng)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(guò)程，要采用程序法對(duì)全過(guò)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(guò)程，確定過(guò)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(guò)程時(shí)，各物體運(yùn)動(dòng)的速度均應(yīng)取地球?yàn)閰⒖枷怠? （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1】一枚在空中飛行的導(dǎo)彈，質(zhì)量為m，在某點(diǎn)的速度為v，方向水平。導(dǎo)彈在該點(diǎn)突然炸裂成兩塊(如圖)，其中質(zhì)量為m1的一塊沿著與v相反的方向飛去，速度為v1。求炸裂后另一塊的速度v2。 分析 炸裂前，可以認(rèn)為導(dǎo)彈是由質(zhì)量為m1和(m—m1)的兩部分組成，導(dǎo)彈的炸裂過(guò)程可以看做這兩部分相互作用的過(guò)程。這兩部分組成的系統(tǒng)是我們的研究對(duì)象。在炸裂過(guò)程中，炸裂成的兩部分都受到重力的作用，所受外力的矢量和不為零，但是它們所受的重力遠(yuǎn)小于爆炸時(shí)燃?xì)鈱?duì)它們的作用力，所以爆炸過(guò)程中重力的作用可以忽略，可以認(rèn)為系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律的條件。 解 導(dǎo)彈炸裂前的總動(dòng)量為p=mv 炸裂后的總動(dòng)量為 p’=mlvl+(m一m1)v2 根據(jù)動(dòng)量守恒定律p’=p，可得 m1v1+(m一m1)v2=mv 解出v2=(mv一m1v1)/ (m一m1) 若沿炸裂前速度v的方向建立坐標(biāo)軸，v為正值；v1與v的方向相反，v1為負(fù)值。此外，一定有m一m1>0。于是，由上式可知，v2應(yīng)為正值。這表示質(zhì)量為(m一m1)的那部分沿著與坐標(biāo)軸相同的方向飛去。這個(gè)結(jié)論容易理解。炸裂的一部分沿著相反的方向飛去，另一部分不會(huì)也沿著相反的方向飛去，假如這樣，炸裂后的總動(dòng)量將與炸裂前的總動(dòng)量方向相反，動(dòng)量就不守恒了。 【學(xué)生討論，自己完成。老師重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生分析題意，分析物理情景，規(guī)范答題過(guò)程，詳細(xì)過(guò)程見教材，解答略】 【鞏固題】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(guò)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(guò)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。 【例2（投影）】如圖所示，質(zhì)量mB=1kg的平板小車B在光滑水平面上以v1=1m/s的速度向左勻速運(yùn)動(dòng)．當(dāng)t=0時(shí)，質(zhì)量mA=2kg的小鐵塊A以v2=2 m/s的速度水平向右滑上小車，A與小車間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ=0.2。若A最終沒有滑出小車，取水平向右為正方向，g＝10m/s2， 求：A在小車上停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，小車的速度大小（試用動(dòng)量守恒定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律兩種方法解題）。 解析：方法一：用動(dòng)量守恒定律 A在小車上停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，A、B以共同速度運(yùn)動(dòng)，設(shè)其速度為v，取水平向右為正方向，由動(dòng)量守恒定律得： mAv2-mBv1=(mA+mB)v 解得，v=lm／s ……2分 方法二:用牛頓運(yùn)動(dòng)定律 設(shè)小車做勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度為a1，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t 小鐵塊做勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度為a2，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t 由牛頓運(yùn)動(dòng)定律得： 所以v1+a1t=v2 -a2t 解得：t＝0.5s 則得：v=v1-a1t=-1+4x0.5=1m/s （小車的速度時(shí)間圖象如圖所示） 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)本節(jié)的學(xué)習(xí)，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律比運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式解題快些，關(guān)鍵是認(rèn)真分析題意，找出條件，列方程解題。 （三）課堂小結(jié) 課堂檢測(cè)內(nèi)容