陜西省安康市石泉縣高中物理 第1章 碰撞與動量守恒 1.1 探究動量變化與沖量的關(guān)系教學設(shè)計 滬科版選修3-5.doc

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1.1 探究動量變化與沖量的關(guān)系 課標要求 知道動量定理的適用條件和適用范圍； 三維目標 一、知識目標 1. 理解動量的概念，知道動量的定義，知道動量是矢量；知道動量的變化也是矢量，會正確計算一維的動量變化 2、理解沖量的概念，知道沖量的定義，知道沖量是標量。 3、知道動量定理的適用條件和適用范圍； 二、能力目標 1、會計算力的沖量和物體的動量。 2、會計算一維情況下動量的變化。 三、德育目標 培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維能力，建立正確的認識論的方法論。 教材分析 本節(jié)內(nèi)容動量定理是力學中的重要規(guī)律，它比牛頓運動定律具有更大的普遍性，牛頓運動定律不適用的領(lǐng)域，例如微觀粒子方面，動量定理仍然適用。此外，在研究碰撞和反沖問題時，利用動量定理要比運用牛頓運動定律方便得多，不必詳細研究整個運動過程，只需要比較運動過程的初末狀態(tài)即可，給解決問題帶來了很大的方便。 學情分析 本節(jié)通過對“兩個概念，一個定理”的探究學習與簡單運用，使學生初步掌握動量與沖量的計算及其矢量性，會進行一維動量定理運算并能解釋相關(guān)的簡單現(xiàn)象。為其更廣泛的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，體現(xiàn)學以致用的特點。同時，利用演示實驗、學生體驗活動和多媒體教學等激發(fā)學生興趣，通過用所學知識解決有關(guān)問題的過程體會成就感?；钴S課堂氣氛，提高課堂教學效率。 教學重難點 教學重點 1、沖量和動量的概念； 2、沖量和動量的正確計算。 教學難點 1、對沖量和動量概念的理解； 2、動量變化的計算。 提煉的課題 動量定理的理解 教學手段運用 教學資源選擇 視頻、PPT、練習冊等 教 學 過 程 環(huán)節(jié) 學生要解決的問題或任務(wù) 教師教與學生學 教師個性化修改 一、導(dǎo)入新課 前面幾章我們主要應(yīng)用牛頓運動定律研究了物體的運動，但對于有些物體的運用直接應(yīng)用牛頓運動定律就發(fā)生了困難。（請同學們觀看錄像片資料中的碰撞、爆炸、打擊、反沖等問題）同學們分析一下這幾類問題有什么共同特點？ 學生回答后教師小結(jié)：同學們回答得很好。這幾類問題中物體間作用時間都很短，作用力很大，而且作用力隨時間都在不斷地變化，并用變化規(guī)律很難確定。因些直接應(yīng)用牛頓運動定律就發(fā)生了困難。物理學家在研究這些問題時，引入了動量的概念研究了與動量有關(guān)的規(guī)律，確立了動量守恒定律。就用有關(guān)動量的知識，這些問題就容易解決了。這一節(jié)課我們就來學習第一節(jié)—沖量和動量。（出示課題） 二、新課教學 （一）沖量 1、用多媒體出示下列問題： 一個靜止的質(zhì)量m=2kg的物體受到F=10N的水平恒力作用，問： 經(jīng)過時間t=4s物體的速度v變?yōu)槎啻螅浚╲=20m/s） 如果要使此物體的速度從靜止開始在t=1s的時間內(nèi)速度達到v , 則應(yīng)將作用力變?yōu)槎啻螅?F=40N) 學生給出答案后，詢問解題方法。 解：物體在力F的作用下得到的加速度為a=；經(jīng)時間t，據(jù)v=at=t。 3、拓展分析 把v=t。整理可得Ft=mv， 由此我們得到：對于一個原來靜止的物體（v0=0，m一定），要使它獲得一定的速度，你可采用哪些方法？ 學生答：a、可以用較大的力作用較短的時間；b、可以用較小的力作用較長的時間。 教師：對于一個原來靜止的物體，只要作用力F和作用時間t和乘積Ft相同，這個物體就獲得相同的速度。也就是說：對一定質(zhì)量的物體，力所產(chǎn)生的改變物體速度的效果，是由Ft這個物理量決定的，那么Ft這個物理量叫什么？它有什么特點呢？ 4、 沖量 （1）沖量的定義：力F和力的作用時間t的乘積Ft叫做力的沖量，通常用符號I表示沖量。 （2）定義式：I=Ft （3）單位：沖量的國際單位是牛秒（Ns） （4）沖量是矢量，它的方向是由力的方向決定的，如果力的方向在作用時間內(nèi)不變，沖量的方向就跟力的方向相同。如果力的方向在不斷變化，如繩子拉物體做圓周運動，則繩的拉力在時間t內(nèi)的沖量，就不能說是力的方向就是沖量的方向。對于方向不斷變化的力的沖量，其方向可以通過動量變化的方向間接得出。學習過動量定理后，自然也就會明白了。 5、沖量的計算：沖量是表示物體在力的作用下經(jīng)歷一段時間的累積的物理量，因此，力對物體有沖量作用必須具備力F和該力作用下的時間t兩個條件。換句話說：只要有力并有作用一段時間，那么該力對物體就有沖量作用，可見，沖量是個過程量。 6、鞏固訓練：以初速度豎直向上拋出一物體，空氣阻力不可忽略。關(guān)于物體受到的沖量，以下說法正確的是（ BCD ） A、物體上升階段和下落階段受到的重力的沖量方向相反； B、物體上升階段和下落階段受到空氣阻力沖量的方向相反； C、物體在下落階段受到重力的沖量大于上升階段受到重力的沖量； D、物體從拋出到返回拋出點，所受各力沖量的總和方向向下。 學生思考后讓一位同學作答并說明各選項正誤的理由。 小結(jié)：沖量和力的作用過程有關(guān)，沖量是由力的作用過程確定的過程量。 接下來，再請同學們思考下列問題：（出示思考題） （思考1）足球場上一個足球迎頭飛過來，你的第一個反應(yīng)是什么？如果飛過來的是鉛球呢？為什么？ 學生回答后小結(jié)：運動物體的作用效果與物體的質(zhì)量有關(guān)。 （思考2）別人很慢地朝你投來一顆質(zhì)量為20g的子彈來你敢不敢用手去接？如果子彈從槍里面發(fā)出來呢？ 學生回答后小結(jié)：運動物體的作用效果還與物體的速度有關(guān)。 歸納：運動物體的作用效果，由物體的質(zhì)量和速度共同決定。 （二）動量 1.定義：質(zhì)量m和速度v的乘積mv．動量通常用字母P表示。 2.公式：p=mv 3.單位:千克?米/秒（kg?m/s)，1N?m=1kg?m/s2?m=1kg?m/s 4.動量也是矢量：動量的方向與速度方向相同。 4、知識鞏固訓練二 1）、試證明沖量的單位Ns和動量的單位kgm/s是相同的。 2）我們說物體的動量在變化，包括幾種情況，舉例說明。 5、學生討論回答后，教師總結(jié)： 1）動量和沖量的單位是相同的，即：1牛秒=1千克米/秒。 2）由于動量是矢量，所以只要物體的速度大小和方向發(fā)生變化，動量就一定發(fā)生變化。例如做勻速直線運動的物體其動量是恒量，而做勻速圓周運動的物體，由于速度方向不斷改變，即使其動量大小不變，但因其方向不斷改變，所以其動量是一變量。 過渡引言：如果一個物體的動量發(fā)生了變化，那么它的動量變化量如何求解？ （三）動量的變化 1、教師介紹：所謂動量變化就是在某過程中的末動量與初動量的矢量差。即△P=P’-P。 2、出示下列例題： 例1：一個質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度水平向右運動，碰到一塊豎硬的大理石后被彈回，沿著同一直線以2m/s的速度水平向左運動，碰撞前后鋼球的動量有沒有變化？變化了多少？ 例2：一個質(zhì)量是0.2kg的鋼球，以2m/s的速度斜射到堅硬的大理石板上，入射的角度是45，碰撞后被斜著彈出，彈出的角度也是45，速度大小仍為2m/s，用作圖法求出鋼球動量變化大小和方向？ v′ v v v′ 45 45 3、思考下列問題： 1）動量是矢量，其運算遵循什么規(guī)律？ 2）上邊兩題中，有什么主要區(qū)別？ 4、學生討論后，寫出解題過程，并在實物投影儀上展示正確的解題過程。 例1：解：取水平向右的方向為正方向，碰撞前鋼球的速度v=2m/s，碰撞前鋼球的動量為P=mv=0.22kgm/s=0.4kgm/s。碰撞后鋼球的速度為v′=0.2m/s，碰撞后鋼球的動量為 p′=m v′=-0.22kgm/s=-0.4kgm/s。 △p= p′-P=-0.4kgm/s-0.4kgm/s=-0.8kgm/s，且動量變化的方向向左。 例2：解：碰撞前后鋼球不在同一直線運動，據(jù)平行四邊形定則，以p′和P為鄰邊做平行四邊形，則△p就等于對解線的長度，對角線的指向就表示的方向： ∴ 方向豎直向上。 教師總結(jié)： 動量是矢量，求其變化量可以用平行四邊形定則：在一維情況下可首先規(guī)定一個正方向，這時求動量的變化就可以簡化為代數(shù)運算了。 （四）動量定理 （1）內(nèi)容：物體所受合外力的沖量等于物體的動量變化 （2）公式：Ft ＝ m－mv ＝－ 讓學生來分析此公式中各量的意義： 其中F是物體所受合外力，mv是初動量，m是末動量，t是物體從初動量變化到末動量所需時間，也是合外力F作用的時間。 （3）單位：F的單位是N，t的單位是s，p和的單位是kgm/s（kgms-1）。 （4）動量定理不僅適用恒力作用，也適用變力作用的情況（此時的力應(yīng)為平均作用力） （5）動量定理不僅適用于宏觀低速物體，對微觀現(xiàn)象和高速運動仍然適用． 前面我們通過理論推導(dǎo)得到了動量定理的數(shù)學表達式，下面對動量定理作進一步的理解。 （6）動量定理中的方向性 例2：質(zhì)量為m的小球在光滑水平面上以速度大小v向右運動與墻壁發(fā)生碰撞后以大小v/2反向彈回，與墻壁相互作用時間為t，求小球?qū)Ρ诘钠骄饔昧Α? 小結(jié)：公式Ft ＝ m－mv是矢量式，計算時應(yīng)先確定正方向。合外力的沖量的方向與物體動量變化的方向相同。合外力沖量的方向可以跟初動量方向相同，也可以相反。 例3：質(zhì)量為0.40kg的小球從高3.20m處自由下落，碰到地面后豎直向上彈起到1.80m高處，碰撞時間為0.040s，g取10m/s2,求碰撞過程中地面對球的平均沖力。 小結(jié)：式中的F必須是合外力，因此解題時一定要對研究對象進行受力分析，避免少力的情況。同時培養(yǎng)學生養(yǎng)成分析多過程物理問題的一般方法，分階段法。 學生練習：有一個物體質(zhì)量為1kg，以10m/s的初速度水平拋出，問經(jīng)過2S時物體的動量的變化量為多大？此時物體還沒落地。 小結(jié)：利用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，將較難計算的問題轉(zhuǎn)化為較易計算的問題， 總結(jié)： 1、應(yīng)用動量定理解題的基本步驟 2、應(yīng)用動量定理解答時要注意幾個問題，一是矢量性，二是F表示合外力。同時動量定理既適用恒力，也適用于變力；既適用直線運動，也適用于曲線運動， （五）動量定理的應(yīng)用 演示實驗：雞蛋落地 【演示】先讓一個雞蛋從一米多高的地方下落到細沙堆中，讓學生推測一下雞蛋的“命運”，然后做這個實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并沒有象學生想象的那樣嚴重：發(fā)現(xiàn)雞蛋不會被打破；然后讓雞蛋從一米多高的地方下落到講臺上，讓學生推測一下雞蛋的“命運”，然后做這個實驗，結(jié)果雞蛋被打破。請學生分析雞蛋的運動過程并說明雞蛋打破的原因。 雞蛋從某一高度下落，分別與硬板和細沙堆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雞蛋的動量變化量相同。而兩種情況下的相互作用時間不同，與硬板碰時作用時間短，與細沙堆相碰時作用時間較長，由Ft=△p知，雞蛋與硬板相碰時作用力大，會被打破，與細沙堆相碰時作用力較小，因而不會被打破。 在實際應(yīng)用中，有的需要作用時間短，得到很大的作用力而被人們所利用，有的需要延長作用時間(即緩沖)減少力的作用。請同學們再舉些有關(guān)實際應(yīng)用的例子。加強對周圍事物的觀察能力，勤于思考，一定會有收獲。 在實際應(yīng)用中，有的需要作用時間短，得到很大的作用力，而被人們所利用；有的要延長作用時間而減少力的作用，請同學們再舉出一些有關(guān)實際應(yīng)用的例子，并進行分析。（用鐵錘釘釘子、跳遠時要落入沙坑中等現(xiàn)象）。 （加強對周圍事物的觀察，勤于思考，一定會有收獲。） 用動量定理解釋現(xiàn)象可分為下列三種情況： (l)△p一定， t短則F大，t長則F小； (2) F一定，t短則△p小，t長則△p大； (3)t一定，F(xiàn)大則△p大，F(xiàn)小則△p小。 例如以下現(xiàn)象并請學生分析。 l、一個人慢行和跑步時，不小心與迎面的一棵樹相撞，其感覺有什么不同?請解釋。 2、一輛滿載貨物的卡車和一輛小轎車在同樣的牽引力作用下都從靜止開始獲得相同的速度，哪輛車起動更快?為什么? 3、人下扶梯時往往一級一級往下走，而不是直接往下跳躍七、八級，這是為什么? 三、小結(jié) 1、在物理學中，沖量是反映力的時間積累效果的物理量，力和力的作用時間的乘積叫做力的沖量，沖量是矢量。 2、物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動量，動量是一個狀態(tài)量，動量是矢量。動量的運動服從矢量運算規(guī)則—平行四邊形定則。如果物體的運動在同一條直線上，在選定一個正方向后，動量的運算就可以簡化為代數(shù)運算。 3、關(guān)于動量變化量的運算，△p也是一處矢量，它的方向可以跟初動量的方向相同，也可以跟初動量的方向相反，也可能跟初動量的方向成一角度。