人教版高中物理选修3-5教案

高中物理教案1物理选修3-5教案第十六章动量和动量守恒定律16.1实验：探究碰撞中的不变量目的要求通过这节课的学习，让学生掌握科学探究的思维方法，从最简单的关系开始寻找，利用身边的资源及已学过的原理，来完成该实验的探究过程。重难点分析一、重点本节课的重点在于如何让学生掌握科学探究的方法。如何真正实现探究的过程。二、难点本节课的难点在于，如何启发学生利用身边的一切可利用资源，来自行设计可行性较强的实验方案。新课教学一、新课引入碰撞是自然界中常见的现象。比如，两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞相连，台球由于两球的碰撞而改变运动状态。两个迎面而来的人相撞后会相仰而倒，或者各自后退。在微观粒子之间，更是由于相互碰撞而改变能量，甚至由于撞击而使得一种粒子转化为其他粒子。二、新课教学由很多例子可知，两个物体碰撞前后的速度都会发生变化，物体的质量不同时速度变化也不一样。那么，碰撞前后会不会有什么物理量保持不变？这节课主要介绍研究这个问题的实验。（一）实验的基本思路研究最简单的情况——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。思考一下，在一维碰撞的情况下，与物体有关的物理量有哪些？（学生答：质量m，速度v）为什么与质量m有关？（学生答：相互作用力下，质量越大的物体速度改变越慢）设两物体质量分别为m1、m2，碰撞前速度分别为v1、v2，碰撞后速度分别为1v、2v。速度为矢量，因而需规定正方向。问题是：物体的质量和速度在碰撞前后有什么不变的关系？质量必定是不变的，但质量只是惯性的量度，无法描述物体的运动状态。而速度却是在碰撞前后改变的，那么，可否有一个物理量为质量与速度的某种关系，却又恰好能在碰撞前后保持不变呢？可能关系：①22221122221121212121vmvmvmvm→这个关系不可能。碰撞前后能量必有损失，只是多少的问题。而我们要寻找的物理量是在任何一种碰撞中都不变的量。②22112211vmvmvmvm高中物理教案2③22112211vmvmvmvm④22112211mvmvmvmv……m、v组成的关系有很多种可能，因而需要通过实验来寻找。（二）学生阅读课本参考案例一、二、三，思考并回答以下问题。1、要完成这个实验，首要必须考虑的问题是什么？案例中如何实现这一条件？（首要必须保证碰撞是一维的，即必须保证两物体在碰撞前后均沿同一直线运动。可采用气垫导轨、光滑平板等）2、该实验必须测量什么物理量？（物体的质量m、物体碰撞前后的速度v）3、如何测量这些物理量？（质量的测量：天平、弹簧秤等速度的测量：光电计时装置、打点计时器等）4、物体的质量是否一定得测量出来？（不一定。可以使用多个完全一样的物体，组成质量比确定的关系即可）5、除了案例介绍的方法，还有什么方法可以测量速度？（粗略测量时，可以采用刻度尺测量位移、秒表测量时间来求出速度等）6、记录数据的表格如何设计？（三）要求学生再次研究课本介绍的案例，思考归纳课本案例中的优点与缺点？（包括可操作性以及误差来源）（四）要求学生自行设计可行性的实验方案（例如：利用平抛运动原理，利用斜面等）（五）补充说明：实验中还需注意两点：1、碰撞不单止两个物体相碰，原来连在一起的两个物体，由于具有相互排斥的力而分开，也是一种碰撞。例如：用细线将弹簧片拉成弓形，连接两个物体，在某一时刻将细线烧断，两物体运动；炮弹爆炸成速度不同的碎片等。2、碰撞时难免有能量损失，只有当某个物理量在能量损失较大和损失较小的碰撞中都不变，则才是我们寻找的不变量。能量损失较小：即使得碰撞接近弹性碰撞，可在两滑块相碰的端面装上弹性碰撞架能量损失较大：可在滑块的碰撞端面贴胶布，可增大。或者在两个滑块端分别装上撞针和橡皮泥等。（六）布置课后自行阅读学生实验手册实验，下节课进行学生实验。三、课堂练习课本P6问题与练习2高中物理教案3探索碰撞中的不变量——课堂设计新课引入：请大家回忆一个概念：什么叫力？力是物体和物体之间的相互作用。而有些物体间的相互作用显得有些剧烈，那就是碰撞！碰撞是很常见的现象：大到宇宙空间天体之间、天体飞行器之间的相互碰撞，小到微观粒子之间的碰撞。（显示图片）回到我们生活的空间，我来给大家看几种碰撞：演示实验：演示：两个摆球在最低点的碰撞：1、质量大的撞击质量小的；2、质量小的撞击质量大的；3、两个运动小球之间的对碰；4、质量相等的小球之间的碰撞。（玩具碰）小结：不同情况下，相互碰撞的物体运动状态改变且改变情况不相同，那么在碰撞前后会不会有什么物理量不变（就象自由落体过程中机械能不变一样）引入：今天我们用最简单的碰撞来研究——两个物体的一维碰撞：碰撞前后两个物体都在同一直线上运动。在一维碰撞里面，质量不变，但它显然不是我们追求的不变量；速度变化了（考虑到速度的矢量性，我们要选定一个正方向，如果速度和选定的正方向一致，取正值，否则取负值）问题：因为质量不同的时候，速度的变化情况也不一样，所以我们寻求的不变量应该和质量相关、和速度相关，是什么呢？猜想：会不会是两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和是不变量？即：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′成立或者，各自的质量与自己速度的二次方的乘积之和是不变量？即：m1v12+m2v22=m1v1′2+m2v2′2成立或者，两个物体的速度与自己质量的比值之和是不变量即：2'21'12211mvmvmvmv成立或者……我们的实验需要考虑的问题：1、如何保证碰撞是一维的，保证两物体在碰撞前后在同一直线上运动；2、如何测量物体的质量；（天平，弹簧秤）3、怎样测量物体的速度。4、数据表格：对比、探究、验证实验中，如何设计一个直观、方便的表格也是成功的关键所在。给出参考表格，可自己设计更方便的表格。研究方案一：运动的小球撞击静止的小球1、质量的测量：天平；2、保证一维碰撞：利用斜槽末端水平槽控制小球做水平方向运动；高中物理教案43、速度的测量：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，则数值上可用水平位移代替水平速度。17g和2.5g研究方案二：运动的小车撞击静止的小车后成为一个整体。1、质量的测量：天平；2、保证一维碰撞：四轮小车在平板上运动3、速度的测量：利用打点计时器和跟随小车的纸带来测量小车的速度。（V1=S10/10T，V/1=V/2=S/10/10T）实验小结：1、由于各种误差的存在，相对误差在5%以内的，我们可以认为这两个值相等，由于我们使用的方法、器材的局限，能在10%以内也算可以了，但超过20%以上的，一般就不认为相等了。2、提问：能小于10%的是第几组物理量？征集：讨论的问题中，有相对差值小于5%的。3、展示成果：得到结论：在误差允许的范围内，从实验结果看，在各种碰撞的前后，系统“mv”之和是一个定值；而系统“mv2”之和有的情况下是一个定值，而有时变化很大。刚才大家所研究的都是一个运动的物体去碰一个静止的物体（弹性很不好的时候成为一个整体，弹性比较的时候分开），那么如果两个物体都具有一定的初速度，刚才的结论还成立吗？研究方案三：气垫导轨上两个滑块的碰撞1、质量的测量：弹簧秤；2、保证一维碰撞：气垫导轨保证了两滑块碰撞前后都在同一直线上3、速度的测量：利用光电计时器计下挡光片挡光的时间t，再测出挡光片的长度L，可得滑块的速度v=L/t。4、实验操作：1)有弹性圈2）橡皮泥3）碰后成为一整体高中物理教案5数据评点：1、各时间的物理意义2、有关速度的方向3、每组数据三个比较4、得出结论：（看时间可让学生讨论，得出结论）结论：系统各部分的“mv”（矢量，要考虑方向）的总和是一个定值，所以我们给“mv”一个名称叫动量P。刚才的结论就是一个很重要的定律——动量守恒定律。这是个适用范围比牛顿定律还要广的定律。它不仅仅适用于一维碰撞，还适用于二维、三维，多个物体之间的作用，当然，它有一定的适用条件，具体我们要到后面详细研究。思考：有些情况下，系统“mv2”之和在碰撞前后相等，这能否给我们一些启示？提示：要是m1v12+m2v22=m1v1/2+m2v2/2两边同时乘以1/2呢？回顾玩具碰：为什么？课后思考：满足什么样的条件，两个小球碰撞以后会交换速度？16．2动量守恒定律（一）★新课标要求（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．★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。★教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备★课时安排1课时★教学过程（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“千高中物理教案6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。师：大家知道，速度也是个状态量，但它是个运动学概念，只反映运动的快慢和方向，而运动，归根结底是物质的运动，没有了物质便没有运动.显然地，动量包含了“参与运动的物质”和“运动速度”两方面的信息，更能从本质上揭示物体的运动状态，是一个动力学概念.②矢量性：动量的方向与速度方向一致。师：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（lawofconservationofmomentum）（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：高中物理教案7①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