專題《動量守恒定律的應用》教案舊人教.doc

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第四節(jié)　動量守恒定律的應用 ●本節(jié)教材分析 本節(jié)主要通過碰撞、爆炸兩個實例說明應用動量守恒定律解決這類問題的優(yōu)點和得出動量守恒定律解題基本步驟． 在本節(jié)的教學中，應該使學生知道：分析物理現(xiàn)象不但要明確研究對象，而且要明確研究的是哪一段過程，知道碰撞過程的初狀態(tài)就是剛開始發(fā)生相互作用時的狀態(tài)，末狀態(tài)是相互作用剛結束時的狀態(tài)．對象和過程分析清楚了，才能正確運用定律解決具體問題． 動量守恒定律是宏觀世界和微觀世界都遵守的共同規(guī)律，應用非常廣泛，而動量守恒定律的適用條件是相互作用的物質(zhì)系統(tǒng)不受外力，實際上真正不受外力的情況幾乎是不存在的，在本節(jié)中應使學生了解當外力遠小于內(nèi)力時，外力可以忽略不計，因而可以用動量守恒定律解題． ●教學目標 一、知識目標 1．知道應用動量守恒定律解決問題時應注意的問題． 2．掌握應用動量守恒定律解決問題的一般步驟． 3．會應用動量定恒定律分析、解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題． 二、能力目標 1．掌握應用動量守恒定律解題的方法和步驟． 2．能綜合運用動量定理和動量守恒定律求解有關問題． 三、德育目標 1．通過用動量守恒定律求解有關問題，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力． 2．滲透物理學研究和解決問題方法的教育． ●教學重點 動量守恒定律的正確應用；熟練掌握應用動量守恒定律解決有關力學問題的正確步驟．　 ●教學難點 應用動量守恒定律時守恒條件的判斷，包括動量守恒定律的“五性”：①條件性；②整體性；③矢量性；④相對性；⑤瞬時性． ●教學方法 1．學生通過閱讀、對比、討論，總結出動量守恒定律的解題步驟． 2．學生通過實例分析，結合碰撞、爆炸等問題的特點，明確動量守恒定律的矢量性、同時性和相對性． ●教學用具 投影片、CAI課件 ●教學過程 用投影片出示本節(jié)課的學習目標： 1．掌握應用動量守恒定律解決問題的一般步驟． 2．知道應用動量守恒定律解決問題時應注意的問題，并知道應用動量守恒定律解決有關問題的優(yōu)點． 3．會應用動量守恒定律分析、解決打擊、碰撞、爆炸等物體相互作用的問題（只限于一維運動）． 4．解決實際問題時，會正確選擇正方向，化一維矢量運算為代數(shù)運算． 學習目標完成過程 一、導入新課 上一節(jié)我們學習了動量守恒定律，那么同學們回憶下邊兩個問題： 1．動量守恒的條件是什么？ 2．動量守恒定律的研究對象是什么？ 學生答：動量守恒的條件是系統(tǒng)所受的外力之和等于0；動量守恒定律的研究對象是有相互作用的物體構成的系統(tǒng)． 教師：在實際生活中，物體之間的相互作用種類很多，比如碰撞、爆炸等問題，本節(jié)課我們就應用動量守恒定律來解決這些問題． 板書課題：動量守恒定律的應用． 二、新課教學 (一)關于碰撞中的動量守恒 1．用投影片出示例題1 在列車編組站里，一輛m1=1.8１０４kg的貨車在平直軌道上以v1=2m/s的速度運動，碰上一輛m2=2.2１０４kg的靜止的貨車，它們碰撞后接合在一起繼續(xù)運動，求運動的速度？　［學生合上課本，用投影片出示例題進行分析，可使學生積極動眼、動手、動腦，提高學習效率］  2．用實物投影儀出示分析思考題 ①本題中相互作用的系統(tǒng)是什么？ ②分析系統(tǒng)受到哪幾個外力的作用？ ③是否符合動量守恒的條件？ ④本題中研究的是哪一個過程？該過程的初狀態(tài)和末狀態(tài)分別是什么？ 學生討論、分析并解答： 學生代表回答： ①本題中兩輛貨車碰撞，在碰撞過程中發(fā)生相互作用，所以本題中兩輛貨車組成相互作用的系統(tǒng)，我們把這個系統(tǒng)作為研究的對象． ②系統(tǒng)所受的外力有：重力、支持力、摩擦力和空氣阻力． ③學生甲：不符合動量守恒的條件：因為物體系統(tǒng)所受的外力之和不等于0． 學生乙：符合動量守恒的條件，因為在碰撞過程中相互作用的內(nèi)力遠大于外力，我們可近似認為不考慮摩擦力和空氣阻力． 教師講：在處理實際問題時，如果外力遠小于相互作用過程中的內(nèi)力，此時外力可以忽略不計，認為相互作用過程中的動量守恒． ④本題研究的是兩輛貨車碰撞這一相互作用過程，碰撞過程的初狀態(tài)是剛開始發(fā)生相互作用時的狀態(tài)；末狀態(tài)是相互作用剛結束時的狀態(tài). 4.用投影片展示學生的解題過程． 解：取兩輛貨車在碰撞前運動貨車的運動方向為正方向，則v1=2m/s，設兩車接合后的速度為v，則兩車碰撞前的總動量為p=m1v1，碰撞后的總動量為p′=(m1+m2)v，由動量守恒定律p′=p可得：（m1+m2）v=m1v1 ∴ 即兩車接合后以0.9m/s的速度沿著第一輛車原來運動的方向繼續(xù)運動． 5．教師：同學們現(xiàn)在來總結一下我們用動量守恒定律求解問題是如何分步完成的． 學生討論總結并分組接龍回答． 教師結合學生的回答進行板書． 應用動量守恒定律解題的一般步驟： ①據(jù)題意確定研究對象（即相互作用的系統(tǒng)）． ②對系統(tǒng)進行受力分析，分清哪些力是系統(tǒng)內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外力． ③判斷是否符合動量守恒的條件． ④恰當選取相互作用的初態(tài)和末態(tài)，弄清這二個狀態(tài)系統(tǒng)的總動量，然后據(jù)動量守恒定律的表達式列方程． ⑤注意：用動量守恒定律列式時，應注意各量中速度的參考系要統(tǒng)一，要規(guī)定正方向，確定各量的正、負號． 6．教師特別強調(diào) 用動量守恒定律解題時： ①系統(tǒng)性—即所選的研究對象應是有相互作用的系統(tǒng). ②同一性—各個物體的速度必須是對于同一參考系而言的. ③同時性—動量守恒的表達式中一邊的速度必須是同一時刻的. ④矢量性（方向性）—表達式中的速度、動量均為矢量，在作用前后速度都在一條直線上的條件下，選定一個正方向，將矢量運算轉化為代數(shù)運算． ⑤條件性：必須符合動量守恒定律的條件． (二)關于動量守恒定律應用過程中常見錯誤例析 1．用多媒體出示例題2，并展示模擬題中所描述的物理情景： 平靜的水面上有一載人的小船，船和人的總質(zhì)量為M，站立在船上的人手中拿一質(zhì)量為m的物體，起初人相對船靜止，船、人、物以共同速度v0前進，當人相對于船以速度u向相反方向?qū)⑽矬w拋出后，船和人的速度為多大？（水的阻力不計） 2．學生討論本題中選什么作為研究對象，并判斷動量是否守恒． 學生:①選取人、船、物體組成的系統(tǒng)為研究對象． ②系統(tǒng)受到重力和浮力作用（由于水的阻力不計），所以符合動量守恒的條件． 3．教師用多媒體出示幾個解題過程，學生討論分析是否正確． 解法一： 對系統(tǒng)列方程得:(m+M)v0=Mv+m(-u) 分析得到：這種解法也是錯誤的，錯誤在于列方程時沒有注意“同一性”，方程中各動量必須是針對同一參照物，由于船速v0、v都是以地面為參照物的，而u是相對于船的速度，必須換成相對于同一參照物的速度． 解法二： 對系統(tǒng)列方程得：（M+m）v0=mv+m(v+u) 分析得到：這種解法也是錯誤的，錯誤在于沒有注意動量的“矢量性”，由于物相對于船的速度為與船速相反，若規(guī)定船速方向為正方向，u應當取負值. 解法三： 對系統(tǒng)列方程得：（m+M）v0=mv+m(v0-u) 這種解法還是錯誤的錯誤在于沒有注意到“同時性”，應知道物體被拋出瞬間，船速已發(fā)生變化，不再是原來的v0而變成了v，即u與v是同一時刻的速度，拋出后物體對地的速度是v-u,而不是v0-u． 4．分析結束后，學生寫出正確的解題過程并在實物投影儀上展示： ①解：取人、船、物組成的系統(tǒng)為研究對象由于水的阻力不計，系統(tǒng)的動量守恒． 以船速方向為正方向，設拋出物體后人和船的速度為v，則物對地的速度為v-u，由動量守恒定律得：(m+M)v0=Mv+m(v-u) 解得: ． ②教師進行題后強化：應用動量守恒定律時，要注意：系統(tǒng)性、條件性、同一性、同時性、方向性． （三）動量守恒定律中守恒條件的擴展 1．用多媒體出示例題3并模擬題中描述的物理情景： 在水平軌道上放置一門質(zhì)量為M的炮車，發(fā)射炮彈的質(zhì)量為m，炮彈與軌道間摩擦力不計，當炮身與水平方向成θ角發(fā)射炮彈時，炮彈相對于炮身的出口速度為v0，試求炮車后退的速度有多大？ 2．師生共同分析： ①選定的研究對象是：炮彈和炮車構成的系統(tǒng)． ②系統(tǒng)所受到的力：系統(tǒng)在發(fā)射過程中受到兩個力作用，一是二者的重力G，二是地面的支持力F，因傾斜發(fā)射炮彈，故支持力F＞G，合外力不為0，系統(tǒng)動量不守恒．但因水平方向上外力之和為0，符合動量守恒的條件． ③得到在水平方向上動量守恒． 3．逐步展示解題過程： ①以v0在水平方向的分量為正方向（注意v0是炮彈相對炮身的速度）． ②則炮彈對地的水平分速度為：v0cosθ-v． ③據(jù)水平方向動量守恒得：m(v0cosθ-v)-Mv=0 解得： ． 4．教師總結： 當物體系受到的合外力不為0時，系統(tǒng)總動量不守恒，但其合外力在某一方向的分量為0，或合外力或該方向的矢量和為0，則物體系在該方向的動量守恒，或者說總動量在該方向上的分量守恒． 由此我們得到動量守恒定律的適用條件： ①系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為0； ②系統(tǒng)所受外力比內(nèi)力小很多； ③系統(tǒng)某一方向不受外力或所受外力之和為0； ④系統(tǒng)在某一方向所受外力比內(nèi)力小很多． 5．用投影片出示例題四： ①一枚在空中飛行的導彈，質(zhì)量為m，在某點速度的大小為v，導彈在該點突然炸裂成兩塊，其中質(zhì)量為m1的一塊沿著v的反方向飛去，速度的大小為v1，求炸裂后另一塊的速度v2．　　　　　 ②學生據(jù)多媒體的模擬過程進行解答． ③在實物投影儀上對解題結果進行抽查． 解：導彈炸裂前的總動量為p=mv，炸裂后的總動量為p′=m1v1+(m-m1)v2 據(jù)動量守恒p′=p可得： m1v1+(m-m1)v2=mv 所以 取炸裂前速度v的方向為正方向，v為正值，v1與v的方向相反，v1為負值，由可知，v2應為正值，這表示質(zhì)量為(m-m1)的那部分沿著與v相同的方向飛去．　 三、鞏固練習 質(zhì)量為150 kg的小車以2 m/s的速度在水平光滑道路上勻速前進，質(zhì)量為50 kg的人以水平速度4 m/s迎面跳上小車后，車的速度為多少米每秒？ 四、小結 通過本節(jié)課的學習，我們明確了以下幾個問題： 1．應用動量守恒定律解題時，動量守恒的條件是： 　　①系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為0 ②系統(tǒng)所受外力比內(nèi)力小很多 ③系統(tǒng)在某一方向不受外力或所受外力之和為0，或所受外力比內(nèi)力小很多，則該方向的動量分量守恒（分動量守恒）． 2．凡是物體間相互作用而引起的動量變化，都應首先考慮動量是否守恒． 3．在應用動量守恒定律解題時，步驟為： ①明確研究系統(tǒng)，判斷是否守恒； ②選取正方向，明確作用前總動量和作用后總動量； ③列方程：p前=p后； ④解方程． 4．應用動量守恒定律解題時應注意： ①矢量性：表達式中的速度、動量均為矢量，在一維情況下，選定一個正方向，將矢量運算轉化為代數(shù)運算． ②同一性：表達式中各個速度必須是相對同一參照物的． ③同時性：表達式中等式一邊的速度必須是同一時刻的． 5．應用動量守恒定律解題的優(yōu)點： ①不論相互作用力是恒力還是變力，都可以使用動量守恒定律． ②應用動量守恒定律求解時，只需要考慮過程的始末狀態(tài)，不需要考慮過程的細節(jié)． 五、作業(yè) （一）課本P128練習四