1.2探究动量守恒定律教学设计沪科版选修3_5

1.2 探究动量守恒定律（两课时）
课标要求
（1）探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。 （2）通过实验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。
三维目标
（一）知识与技能理解动量守恒定律的确切含义和表达式，知道定律的适用条件和适用范围（二）过程与方法在理解动量守恒定律的确切含义的基础上正确区分内力和外力（三）情感、态度与价值观培养逻辑思维能力，会应用动量守恒定律分析计算有关问题
教材分析
动量守恒定律是自然界中最重要，最普遍的守恒定律之一，它既适用于宏观物体，也适用于微观粒子；既适用于低速运动物体，也适用于高速运动物体，甚至对力的作用机制尚不清楚的问题中，动量守恒定律也适用。它是除牛顿运动定律与能量观点外，另一种更广泛的解决动力学问题的方法，而且在今后的磁学，电学中也会用到此定律。
学情分析
在学习动量守恒定律之前,同学们已经学习了动量定理和牛顿运动定律，具有了一定的基础, 重要的是推导动量守恒定律的数学表达式。
教学重难点
教学重点动量的概念和动量守恒定律教学难点动量的变化和动量守恒的条件．
提炼的课题
理解动量守恒的条件
教学手段运用
教学资源选择
视频、PPT、练习册等
教 学 过 程
环节
学生要解决的问题或任务
教师教与学生学
教师个性化修改
（一）引入新课上节课的探究使我们看到，不论哪一种形式的碰撞，碰撞前后mυ的矢量和保持不变，因此mυ很可能具有特别的物理意义。（二）进行新课1．动量（momentum）及其变化（1）动量的定义：物体的质量与速度的乘积，称为(物体的)动量。记为p=mv. 单位：kg·m/s读作“千克米每秒”。理解要点：①状态量：动量包含了“参与运动的物质”与“运动速度”两方面的信息，反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态，具有瞬时性。②矢量性：动量的方向与速度方向一致。综上所述：我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向，动量的大小等于质量和速度的乘积，动量的方向与速度方向一致。（2）动量的变化量定义：若运动物体在某一过程的始、末动量分别为p和p′，则称：△p= p′－p为物体在该过程中的动量变化。强调指出：动量变化△p是矢量。方向与速度变化量△v相同。一维情况下：Δp=mΔυ= mυ2- mΔυ1 矢量差【例1（投影）】一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？【学生讨论，自己完成。老师重点引导学生分析题意，分析物理情景，规范答题过程，详细过程见教材，解答略】2．系统 内力和外力【学生阅读讨论，什么是系统？什么是内力和外力？】（1）系统：相互作用的物体组成系统。（2）内力：系统内物体相互间的作用力（3）外力：外物对系统内物体的作用力〖教师对上述概念给予足够的解释，引发学生思考和讨论，加强理解〗分析上节课两球碰撞得出的结论的条件：两球碰撞时除了它们相互间的作用力（系统的内力）外，还受到各自的重力和支持力的作用，使它们彼此平衡。气垫导轨与两滑块间的摩擦可以不计，所以说m1和m2系统不受外力，或说它们所受的合外力为零。3．动量守恒定律（law of conservation of momentum）（1）内容：一个系统不受外力或者所受外力的和为零，这个系统的总动量保持不变。这个结论叫做动量守恒定律。公式：m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′（2）注意点：① 研究对象：几个相互作用的物体组成的系统（如：碰撞）。② 矢量性：以上表达式是矢量表达式，列式前应先规定正方向；③ 同一性（即所用速度都是相对同一参考系、同一时刻而言的）④ 条件：系统不受外力，或受合外力为0。要正确区分内力和外力；当F内＞＞F外时，系统动量可视为守恒；思考与讨论：如图所示，子弹打进与固定于墙壁的弹簧相连的木块，此系统从子弹开始入射木块到弹簧压缩到最短的过程中，子弹与木块作为一个系统动量是否守恒？说明理由。分析：此题重在引导学生针对不同的对象（系统），对应不同的过程中，受力情况不同，总动量可能变化，可能守恒。〖通过此题，让学生明白：在学习物理的过程中，重要的一项基本功是正确恰当地选取研究对象、研究过程，根据实际情况选用对应的物理规律，不能生搬硬套。〗【例2（投影）】质量为30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车，已知平板车的质量为90kg，求小孩跳上车后他们共同的速度。解：取小孩和平板车作为系统，由于整个系统所受合外为为零，所以系统动量守恒。规定小孩初速度方向为正，则：相互作用前：v1=8m/s，v2=0，设小孩跳上车后他们共同的速度速度为v′，由动量守恒定律得m1v1=(m1+m2) v′ 解得 v′==2m/s，数值大于零，表明速度方向与所取正方向一致。（三）课堂小结教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。学生活动：认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
课堂检测内容
课本课后作业1、2
课后作业布置
练习册练案4
预习内容布置
探究动量守恒定律实验
第二课时 实验：探究碰撞中的动量变化规律
一、教学目标
【知识与技能】1、会结合已掌握的知识探究碰撞中的不变量
2、掌握两个物体碰撞前后的速度的测量方法
3、掌握实验数据处理的方法
【过程和方法】用实验的方法探究碰撞中的不变量
【情感、态度与价值观】1、树立理论来源于实践、应用于实践的世界观
2、形成重视实验探究物理规律的良好习惯
3、培养学生的动手实验能力和探索精神
二、教学重难点
【重点、难点】1、碰撞中的守恒量的探究
2、两个物体碰撞前后的速度的测量方法
3、实验数据的处理
三、教学过程
【实验方案一】
1、实验目的
（1）、会结合已掌握的知识探究碰撞中守恒量．
（2）、掌握实验数据处理的方法
（3）、培养学生的动手实验能力和探索精神
2、实验器材
斜槽轨道（或J2135-1型碰撞实验器）、入射小球m1和被碰小球m2、天平（附砝码一套）、毫米刻度尺、白纸、复写纸、圆规、重锤线
【点拨】选球时应保证入射球质量m1大于被碰小球质量m2，即m1>m2，避免两球落点太近而难找落地点，避免入射球反弹的可能，通常入射球选钢球，被碰小球选有机玻璃球或硬胶木球。
球的半径要保证r1=r2（r1、r2为入射球、被碰小球半径），因两球重心等高，发生对心正碰
3、实验原理：由于入射球和被碰小球碰撞前后均由同一高度飞出做平抛运动，飞行时间相等，若取飞行时间为单位时间，则可用相等时间内的水平位移之比代替水平速度之比。
【点拨】如图所示，根据平抛运动性质，入射球碰撞前后的速度分别为v1=，v1`=，被碰小球碰后速度为v2`=
被碰小球碰撞前后的时间仅由下落高度决定，两球下落高度相同，时间相同，所以水平速度可以用水平位移数值表示，如图所示；v1用OP表示；v′1用OM表示，v′2用ON表示，其中O为入射球抛射点在水平纸面上的投影，（由槽口吊铅锤线确定）于是，上述动量关系可表示为： m1·OP= m1·OM+m2·ON，通过实验探究该结论是否成立。
4、实验步骤
将斜槽固定在桌边使末端点的切线水平。
让入射球落地后在地板上合适的位置铺上白纸并在相应的位置铺上复写纸。
用小铅锤把斜槽末端即入射球的重心投影到白纸上O点。
(4)不放被碰小球时，让入射小球10次都从斜槽同一高度由静止开始滚下落在复写纸上，用圆规找出落点的平均位置P点。
（5）把入射球放在槽口末端露出一半，然后让入射球在同一高度滚下与被碰小球碰10次，用圆规找出入射球和被碰小球的平均位置M、N。
（6）用天平测出两个球的质量记入下表，用刻度尺测出OP、OM、ON的长度，记录入表内。
（7）改变入射球的高度，重复上述实验步骤，再做一次。
【点拨】重做实验时，斜槽、地板上白纸的位置要始终保持不变；入射球的高度要适宜，过高会使水平速度偏大，致使落地点超越原地白纸；过低会使碰撞前后速度偏小，使落地点彼此靠近分不清，测量两球的水平位移分度不大。
5、实验记录
?入射球?m1= （kg） ?被碰球 m2= （kg）
实验次数
入射球(m1)
被碰球?(m2)
m1 与m2碰前总动量m1·OP
m1 与m2碰后总动量m1·OM+m2·ON
碰前平抛水平距离OP(m)
碰后平抛水平距离OM(m)
碰后平抛水平距离OM ON(m)
1
2
3
6、实验注意事项
【点拨】表格中每一次实验数据均指两球碰撞10次所取的平均值，不要误解为只碰一次。
【易错点】两球碰撞前后的速度值是哪一段对应的水平位移数值表示分辩不清。
【易忘点】碰撞成功的条件m1>m2；落地点要取多次的平均位置。
7、实验结论
从实验表格中的数据计算表明，在误差范围内入射球（m1）和被碰小球（m2）碰撞前后水平方向的总动量守恒，即 m1·OP= m1·OM+m2·ON
8、思考题
（1）、实验中发现碰撞后系统（m1、m2）水平方向的总动量小于碰撞前系统水平方向的总动量，请分析误差来源？
【可能性分析】
（a）、难做到准确的正碰，难得到准确的平抛。
（b）、O、P、M、N各点定位不准确。
（c）、测量OP、OM、ON有偏差。
（d ）、仪器和重复实验操作不一定一致（如入射球每次不是从同一高度下落、斜槽或白纸位置发生变动）
（2）、在验证动量守恒定律的实验中，必须要求的条件是：
Ａ．轨道是光滑的；
Ｂ．轨道末端的切线是水平的；
Ｃ．ｍ1 和ｍ2 的球心在碰撞的瞬间在同一高度；
D．每次ｍ1 都要从同一高度由静止滚下。
（3）、在验证动量守恒定律的实验中，必须测量的量有：
Ａ．小球的质量ｍ1 和ｍ2 ； Ｂ．小球的半径r；
Ｃ．桌面到地面的高度Ｈ； Ｄ．小球ｍ1 的起始高度ｈ；
Ｅ．小球从抛出到落地的时间ｔ； Ｆ．小球ｍ1 未碰撞飞出的水平距离；
Ｇ．小球ｍ1和ｍ2 碰撞后飞出的水平距离。
【实验方案二】
【实验方案三】
【实验方案四】
四、教学小结 略
五、布置作业 练习册练案3