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1、第十六章 动量守恒定律新课标要求1、内容标准（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； 例1： 火箭的发射利用了反冲现象。 例2： 收集资料，了解中子是怎样发现的。讨论动量守恒定律在其中的作用。 （3）通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。 2、活动建议 16.1 实验：探究碰撞中的不变量三维教学目标1、知识与技能（1）明确探究碰撞中的不变量的基本思路；（2）掌握同一条直线上运动的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。2、过程与方法（1
2、）学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法；（2）学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。3、情感、态度与价值观（1）通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性；（2）通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识；（3）在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力；（4）在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。教学重点：碰撞中的不变量的探究。教学难点：实验数据的处理。教学方
3、法：启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块等。教学过程：第一节 探究碰撞中的不变量 （一）引 入演示：（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态。（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子。 碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化。两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样。物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）。（二）进行新课1、实验探究的基本思路（1） 一维碰撞 我
4、们只研究最简单的情况两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动。这种碰撞叫做一维碰撞。演示：如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为角，如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角=，这说明A、B两球碰后交换了速度； 如果mAmB，碰后A、B两球一起向右摆动； 如果mAF外的条件）（2）碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变。（3）碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加。提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？（在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）
5、（二）进行新课1、展示投影片1，内容如下： 如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少？ 组织学生认真读题，并给三分钟时间思考。（1）提问学生解题方法：可能出现的错误是：认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失，因而解之为Mg（h+L）+mgL-FL=0。（2）归纳：第一阶段，M做自由落体运动机械能守恒，m不动，直到M开始接触m为止。再下面一个阶段，M与m以共同速度开始向地层内运动，阻力F做负功，系统机械能损失。提问：第一阶段结束时，M有速度，而m速度为零。下一阶段开始时，M与m就具有共
6、同速度，即m的速度不为零了，这种变化是如何实现的呢？（在上述前后两个阶段中间，还有一个短暂的阶段，在这个阶段中，M和m发生了完全非弹性碰撞，这个阶段中，机械能（动能）是有损失的）（3）让学生独立地写出完整的方程组 第一阶段，对重锤有： 第二阶段，对重锤及木楔有： Mv+0=（M+m） 第三阶段，对重锤及木楔有： （4）小结：在这类问题中，没有出现碰撞两个字，碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的，在做题中，要认真分析物理过程，发掘隐含的碰撞问题。2、展示内容如下： 如图所示，在光滑水平地面上，质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球，此装置一起以速度v0向右滑动，另一质量也为M的滑块静止于上
7、述装置的右侧。当两滑块相撞后，便粘在一起向右运动，则小球此时的运动速度是多少？（1）提问学生解答方案：可能出现的错误有：在碰撞过程中水平动量守恒，设碰后共同速度为v，则有：（M+m）v0+0（2M+m）v 解得：小球速度 （2）明确表示此种解法是错误的。提醒学生注意碰撞的特点：即宏观没有位移，速度发生变化，然后要求学生们寻找错误的原因（3）归纳，明确以下的研究方法： 碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动，悬线处于竖直方向。 两个滑块碰撞时间极其短暂，碰撞前、后瞬间相比，滑块及小球的宏观位置都没有发生改变，因此悬线仍保持竖直方向。 碰撞前后悬线都保持竖直方向，因此碰撞过程中，悬线不可能给小球以水平方
8、向的作用力，因此小球的水平速度不变。 结论是：小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞，小球的速度保持为v0小结：由于碰撞中宏观无位移，所以在有些问题中，不是所有物体都参与了碰撞过程，在遇到具体问题时一定要注意分析与区别。3、展示内容如下：在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如图所示，若能发生正碰，则碰后两球的动量增量pA、pB可能是（ ）ApA=-3kgm/s；pB =3kgm/sBpA=3kgm/s；pB =3kgm/sCpA=-10kgm/s；pB =10kgm/sDpA=3kgm/s；pB =-3kgm/s（
9、1）提问：解决此类问题的依据是什么？归纳：系统动量守恒；系统的总动能不能增加；系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量；碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同；如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度。（2）提问：题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化？（帮助学生回忆的关系）（3）提问：题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系？ 要求学生认真读题，挖掘隐含的质量关系，即A追上B并相碰撞，所以： ，即 ， 最后得到正确答案为A4、展示内容如下： 如图所示，质量为m的小球被长为L的轻绳拴住，轻绳的一端固定在O点，将小球拉到绳子拉直并
10、与水平面成角的位置上，将小球由静止释放，则小球经过最低点时的即时速度是多大？组织学生认真读题，并给三分钟思考时间。（1）提问学生解答方法：可能出现的错误有：认为轻绳的拉力不做功，因此过程中机械能守恒，以最低点为重力势能的零点，则： 得（2）引导学生分析物理过程 第一阶段，小球做自由落体运动，直到轻绳位于水平面以下，与水平面成角的位置处为止在这一阶段，小球只受重力作用，机械能守恒成立。 下一阶段，轻绳绷直，拉住小球做竖直面上的圆周运动，直到小球来到最低点，在此过程中，轻绳拉力不做功，机械能守恒成立。提问：在第一阶段终止的时刻，小球的瞬时速度是什么方向？在下一阶段初始的时刻，小球的瞬时速度是什么方
11、向？在学生找到这两个速度方向的不同后，要求学生解释其原因，总结归纳学生的解释，明确以下观点： 在第一阶段终止时刻，小球的速度竖直向下，既有沿下一步圆周运动轨道切线方向（即与轻绳相垂直的方向）的分量，又有沿轨道半径方向（即沿轻绳方向）的分量在轻绳绷直的一瞬间，轻绳给小球一个很大的冲量，使小球沿绳方向的动量减小到零，此过程很类似于悬挂轻绳的物体（例如天花板）与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞，由于天花板的质量无限大（相对小球），因此碰后共同速度趋向于零在这个过程中，小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了因此，整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的（3）要求学生重新写出正确的方程组 解
12、得：小结：很多实际问题都可以类比为碰撞，建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题，下面继续看例题。5、展示内容如下： 如图所示，质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连，水平地面光滑，mA、mB原来静止，在瞬间给mB一很大的冲量，使mB获得初速度v0，则在以后的运动中，弹簧的最大势能是多少？（1）mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型？（因系统水平方向动量守恒，所以可类比为碰撞模型）（2）当弹性势能最大时，系统相当于发生了什么样的碰撞？（势能最大，动能损失就最大，因此可建立完全非弹性碰撞模型）经过讨论，得到正确结论以后，要求学生据此而正确解答
13、问题，得到结果为：教学资料一维弹性碰撞的普适性结论： 新课标人教版选修3-5第15页讨论了一维弹性碰撞中的一种特殊情况（运动的物体撞击静止的物体），本文旨在在此基础之上讨论一般性情况，从而总结出普遍适用的一般性结论。在一光滑水平面上有两个质量分别为、的刚性小球A和B，以初速度、运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为和。我们的任务是得出用、表达和的公式。、是以地面为参考系的，将A和B看作系统。由碰撞过程中系统动量守恒，有有弹性碰撞中没有机械能损失，有由得由得将上两式左右相比，可得 即或碰撞前B相对于A的速度为，碰撞后B相对于A的速度为，同理碰撞前A相对于B的速度为，碰撞
14、后A相对于B的速度为，故式为或， 其物理意义是：碰撞后B相对于A的速度与碰撞前B相对于A的速度大小相等，方向相反；碰撞后A相对于B的速度与碰撞前A相对于B的速度大小相等，方向相反；故有：结论1：对于一维弹性碰撞，若以其中某物体为参考系，则另一物体碰撞前后速度大小不变，方向相反（即以原速率弹回）。联立两式，解得下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。若，即两个物体质量相等 ， ，表示碰后A的速度变为，B的速度变为 。故有：结论2：对于一维弹性碰撞，若两个物体质量相等，则碰撞后两个物体互换速度（即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）。若，即A的质量远大于B的质量这时，
15、。根据、两式，有 ， 表示质量很大的物体A（相对于B而言）碰撞前后速度保持不变若，即A的质量远小于B的质量这时，。根据、两式，有 ， 表示质量很大的物体B（相对于A而言）碰撞前后速度保持不变综合，可知：结论3： 对于一维弹性碰撞，若其中某物体的质量远大于另一物体的质量，则质量大的物体碰撞前后速度保持不变。至于质量小的物体碰后速度如何，可结合结论1和结论3得出。以为例，由结论3可知，由结论1可知，即，将代入，可得，与上述所得一致。以上结论就是关于一维弹性碰撞的三个普适性结论。练习：如图所示，乒乓球质量为m，弹性钢球质量为M（Mm），它们一起自高度h高处自由下落，不计空气阻力，设地面上铺有弹性钢板
16、，球与钢板之间的碰撞及乒乓球与钢球之间的碰撞均为弹性碰撞，试计算钢球着地后乒乓球能够上升的最大高度。解析：乒乓球和弹性钢球自状态1自由下落，至弹性钢球刚着地（状态2）时，两者速度相等 则弹性钢球跟弹性钢板碰撞后瞬间（状态3），弹性钢球速率仍为v，方向变为竖直向上，紧接着，弹性钢球与乒乓球碰，碰后瞬间（状态4）乒乓球速率变为v，由结论3可知，弹性钢球与乒乓球碰后弹性钢球速度保持不变（速率仍为v，方向为竖直向上）；由结论1可知，弹性钢球与乒乓球碰前瞬间（状态3）乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v，方向为竖直向下，弹性钢球与乒乓球碰后瞬间（状态4）乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v，方向为竖直向上。则：
17、 v=3v由 得： 16.5 反冲运动 火箭三维教学目标1、知识与技能（1）进一步巩固动量守恒定律；（2）知道反冲运动和火箭的工作原理，了解反冲运动的应用；（3）了解航天技术的发展和应用。2、过程与方法：理解反冲运动的物理实质，能够运用动量守恒定律分析、解决有关反冲运动的问题。3、情感、态度与价值观：培养学生动手动脑的能力，发掘学生探索新知识的潜能。教学重点：运用动量守恒定律认识反冲运动的物理实质。教学难点：动量守恒定律的应用。教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：铝箔纸，火柴和支架，反击式水轮机转轮的原理模型，礼花，有关航天发射、空间站等的录像带剪辑，投影片，多媒体辅助教学设备
18、。教学过程：第四节 反冲运动 火箭（一）引入新课演示实验1：老师当众吹一个气球，然后，让气球开口向自己放手，看到气球直向学生飞去，人为制造一点“惊险气氛”，活跃课堂氛围。演示实验2：用薄铝箔卷成一个细管，一端封闭，另一端留一个很细的口，内装由火柴头上刮下的药粉，把细管放在支架上，用火柴或其他办法给细管加热，当管内药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反的方向飞去。演示实验3：把弯管装在可以旋转的盛水容器的下部，当水从弯管流出时，容器就旋转起来。提问：实验1、2中，气球、细管为什么会向后退呢？实验3中，细管为什么会旋转起来呢？ 看起来很小的几个实验，其中包含了很多现代科技的基本原理：如
19、火箭的发射，人造卫星的上天，大炮发射等。应该如何去解释这些现象呢？这节课我们就学习有关此类的问题。（二）进行新课1、反冲运动（1）分析：细管为什么会向后退？（当气体从管内喷出时，它具有动量，由动量守恒定律可知，细管会向相反方向运动。）（2）分析：反击式水轮机的工作原理：当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，这是利用反冲来造福人类，象这样的情况还很多。 为了使学生对反冲运动有更深刻的印象，此时再做一个发射礼花炮的实验。分析，礼花为什么会上天？2、火箭 对照书上“三级火箭”图，介绍火箭的基本构造和工作原理。 播放课前准备的有关卫星发射、“和平号”空间站、“探路者”号火星探测器以及我国“神舟号”
20、飞船等电视录像，使学生不仅了解航天技术的发展和宇宙航行的知识，而且要学生知道，我国的航天技术已经跨入了世界先进行列，激发学生的爱国热情。阅读课后阅读材料航天技术的发展和宇宙航行。16.6 用动量概念表示牛顿第二定律三维教学目标1、知识与技能（1）理解动量定理的确切含义和表达式，知道动量定理适用于变力；（2）会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题。2、过程与方法：运用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理表达式。3、情感、态度与价值观：通过运用所学知识推导新的规律，培养学生学习的兴趣。激发学生探索新知识的欲望。教学重点：理解动量定理的确切含义和表达式。教学难点：会用动量定理解
21、释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题。教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。教学用具：生鸡蛋、铺有较厚的海绵垫的白铁桶、细线、金属小球、橡皮筋、铁架台等，投影片，多媒体辅助教学设备。教学过程：第六节 用动量概念表示牛顿第二定律（一）引入新课演示1：鸡蛋落地，事先在一个白铁桶的底部垫上一层海绵（不让学生知道），让一个鸡蛋从一米多高的地方下落到白铁桶里，事先让学生推测一下鸡蛋的“命运”，然后做这个实验。结果发现并没有象学生想象的那样严重：发现鸡蛋不会被打破！演示2：缓冲装置的模拟，用细线悬挂一个重物，把重物拿到一定高度，释放后重物下落可以把细线拉断，如果在细线上端拴一段皮筋，再从同样的
22、高度释放，就不会断了。 在日常生活中，有不少这样的事例：跳远时要跳在沙坑里；跳高时在下落处要放海绵垫子；从高处往下跳，落地后双腿往往要弯曲；轮船边缘及轮渡的码头上都装有橡皮轮胎等，这样做的目的是为了什么呢？而在某些情况下，我们又不希望这样，比如用铁锤钉钉子。这些现象中的原因是什么呢？通过我们今天的学习来探究其中的奥秘。（二）进行新课1、用动量概念表示牛顿第二定律 假设一个物体在恒定的合外力作用下，做匀变速直线运动，在t时刻初速度为v，在t时刻的末速度为v，试推导合外力的表达式。用牛顿第二定律F=ma以及匀变速直线运动的公式自己推导。v v F 推导过程：如图所示，由牛顿第二定律得，物体的加速度 合力F=ma由于，所以， （1）结论：上式表示，物体所受合外力等于物体动量的变化率。这就是牛顿第二定律的另一种表达式。2、动量定理 将（1）式写成 （2）总结：表达式左边是物体从t时刻到t时刻动量的变化量，右边是物体所受合外力与这段时间的乘积。（2）式表明，物体动量的变化量，不仅与力的大小和方向有关，还与时间的长短有关，力越大、作用时间越长，物体动量的变化量就越大。这个量反映了力对时间的积累效应。物理学中把力F与作用时间的乘积，称为力的冲量，记为I，即，单位：Ns，读作“牛顿秒”。将（2）式写成 （3），表明，物