高二物理人教版(2019)選擇性必修第一冊教學(xué)設(shè)計

1高二物理人教版(2019)選擇性必修第一冊教學(xué)設(shè)計1.1動量〖教材分析〗本節(jié)教材從現(xiàn)實生產(chǎn)生活中的碰撞問題中，提出在碰撞過程中有什么量是不變的呢？由此引入了動量的概念，所以本節(jié)內(nèi)容起到承上啟下的作用，為動量定理和動量守恒定律的學(xué)習(xí)做到概念上的準(zhǔn)備，同時健全了看問題的三個角度，即從力的角度看問題，從能量角度看問題，從動量角度看問題。學(xué)習(xí)本節(jié)課對今后的學(xué)習(xí)起到關(guān)鍵指導(dǎo)作用。〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶理解動量的概念及其矢量性，會用動量的觀點看問題?？茖W(xué)思維∶能從實驗探究中，通過與動能的對比理解動量的概念和意義，培養(yǎng)學(xué)生思考分析能力?？茖W(xué)探究：通過對碰撞前后守恒量的探究過程，認(rèn)識物理模型工具在物理學(xué)中的應(yīng)用?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶讓學(xué)生親身經(jīng)歷探究自然規(guī)律的過程，感悟自然界的和諧與同樣。〖教學(xué)重難點〗教學(xué)重點：理解動量的概念，能會求解動量的變化量并解決相關(guān)問題。教學(xué)難點：動量變化量的計算及相關(guān)問題的解決?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、牛頓擺?！冀虒W(xué)過程〗動圖展示：臺球的碰撞、微觀粒子的散射。物理學(xué)的研究表明，它們遵從相同的科學(xué)規(guī)律——動量守恒定律。動量守恒定律是自然界中最普遍的規(guī)律之一，無論是設(shè)計火箭還是研究微觀粒子，都離不開它。一、新課引入用牛頓擺進行演示。用兩根長度相同的線繩，分別懸掛兩個完全相同的鋼球A、B，且兩球并排放置。拉起A球，然后放開，該球與靜止的B球發(fā)生碰撞。可以看到，碰撞后A球停止運動而靜止，B球開始運動，最終擺到和A球拉起時同樣的高度。為什么會發(fā)生這樣的現(xiàn)象呢?二、新課教學(xué)（一）尋求碰撞中的不變量1.演示：質(zhì)量不同小球的碰撞如圖，將上面實驗中的A球換成大小相同的C球，使C球質(zhì)量大于B球質(zhì)量，用手拉起C球至某一高度后放開，撞擊靜止的B球。我們可以看到，碰撞后B球獲得較大的速度，擺起的最大高度大于C球被拉起時的高度。結(jié)論：兩個物體碰撞前后的速度都會發(fā)生變化，物體的質(zhì)量不同時速度變化的情況也不一樣。問題：那么，碰撞前后那個物理量是不變的？2.實驗猜想猜想1：動能不變猜想2：質(zhì)量與速度乘積和不變問題：那么，對于所有的碰撞，碰撞前后到底什么量會是不變的呢?3.實驗驗證下面我們通過分析實驗數(shù)據(jù)來研究上述問題。實驗如圖所示，兩輛小車都放在滑軌上，用一輛運動的小車碰撞一輛靜止的小車，碰撞后兩輛小車粘在一起運動。小車的速度用滑軌上的光電計時器測量。實驗數(shù)據(jù)次數(shù)m1/kgm2/kgv/(m.s-1)v'/(m.s-1)10.5190.5190.6280.30720.5190.7180.6560.26530.7180.5190.5720.321驗證猜想1：初動能：末動能：動能是否變化10.1020.049變化20.1120.043變化30.1640.064變化驗證猜想2：前質(zhì)量與速度乘積：m1v+m2×0末質(zhì)量與速度乘積：（m1+m2）v'乘積是否變化10.3260.318不變20.3400.327不變30.4110.397不變從實驗的數(shù)據(jù)可以看出，此實驗中兩輛小車碰撞前后，動能之和并不相等，但是質(zhì)量與速度的乘積之和卻基本不變。物理學(xué)家始終在尋求自然界萬物運動的規(guī)律，其中包括在多變的世界里找出某些不變量。（二）動量上面的實驗提示我們，對于發(fā)生碰撞的兩個物體來說，它們的mv之和在碰撞前后可能是不變的。這使我們意識到，mv這個物理量具有特別的意義。物理學(xué)中把質(zhì)量和速度的乘積mv定義為物體的動量，用字母p表示p=mv①動量P是個矢量，方向和速度v的方向相同。先因為速度是個矢量，所以動量也是個矢量其方向和速度的方向相同。那不管是速度的大小，還是方向發(fā)生了變化動量就一定會發(fā)生變化，那這個公式就是一個矢量式。②動量是狀態(tài)量它反映了物體的運動狀態(tài)與時間和空間位置相對應(yīng)。③動量具有相對性，與參考系的選擇有關(guān)動量具有相對性，也就是說與參考系的選擇有關(guān)。比如地面上有一個緩慢向右滾的球，地面為參考系，那球了動量方向顯然向右。如果有一只向右狂奔的螞蟻，把他當(dāng)參考系，球的動量方向，可就是向左。一般都會選地面做參考系的。④動量與動能的關(guān)系：動能的表達式左右兩邊再乘以質(zhì)量m，右邊變形質(zhì)量乘速度就是動量整理一下，可能動量等于根號下兩倍質(zhì)量乘以動能。注意：動量是個矢量，有方向，但動能只是個標(biāo)量，沒有方向。課本例題一個質(zhì)量為0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運動，碰到堅硬的墻壁后彈回，沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運動。碰撞前后鋼球的動量變化了多少?分析：一看碰撞前使6m/s碰到后還是6m/s，那動量不就沒變嗎？動量是矢量，雖然碰撞前后鋼球速度的大小沒有變化，但速度的方向變化了，所以動量的方向也發(fā)生了變化。為了求得鋼球動量的變化量，需要先選定坐標(biāo)軸的方向，確定碰撞前后鋼球的動量，然后用碰撞后的動量減去碰撞前的動量求得動量的變化量。解：取水平向右為坐標(biāo)軸的方向。碰撞前鋼球的速度為6m/s，碰撞前鋼球的動量為p=mv=0.1×6kg·m/s=0.6kg·m/s碰撞后鋼球的速度v'=-6m/s，碰撞后鋼球的動量為p'=mv'=-0.1×6kg·m/s=-0.6kg·m/s碰撞前后鋼球動量的變化量為△p=p'-p=（-0.6-0.6）kg·m/s=-12kg·m/s動量的變化量是矢量，求得的數(shù)值為負值，表示它的方向與坐標(biāo)軸的方向相反，即△p的方向水平向左。做-故讓一位同學(xué)把一個充氣到直徑1.5m左右的大乳膠氣球，以某一速度水平投向你，請你接住。把氣放掉后氣球變得很小，再把氣球以相同的速度投向你。兩種情況下，你的體驗有什么不同?課堂練習(xí)例1：解答以下三個小題，總結(jié)動量與動能概念的不同。(1)質(zhì)量為2kg的物體，速度由3m/s増大為6m/s，它的動量和動能各增大為原來的幾倍?(2)質(zhì)量為2kg的物體，速度由向東的3m/s變?yōu)橄蛭鞯?m/s，它的動量和動能是否變化了?如果變化了，變化量各是多少?(3)A物體質(zhì)量是2kg，速度是3m/s，方向向東；B物體質(zhì)量是3kg，速度是4m/s，方向向西。它們的動量的矢量和是多少？它們的動能之和是多少？解：（1）初動量為p0=mv0=2×3kg·m/s=6kg·m/s末動量為p=mv=2×6kg·m/s=12kg·m/s。因此，動量增大為原來的2倍。初動能為末動能為因此，動能增大為原來的4倍。動量變化了，動能沒有變化。取向東為正方向，則物體的末速度為v'=-3m/s。動量變化量為△P=mv'-mv=[2×（-3）-2×3]kg·m/s=-12kg·m/s負號表示動量改變了的方向與正方向相反，即向西。（3）取向東為正方向，則B物體的速度為vB=-4m/s。兩物體動量之和為P=mAvA+mBvB=[2×3+3×（-4）]kg·m/s=-6kg·m/s動能之和為說明：動量是矢量，單位是千克米每秒；動能是標(biāo)量，單位是焦耳。運算法則不同，動量遵循矢量的平行四邊形定則，動能遵循代數(shù)加間法〖板書設(shè)計〗1.1動量尋求碰撞中的不變量動量物理學(xué)中把質(zhì)量和速度的乘積mv定義為物體的動量，用字母p表示p=mv①動量P是個矢量，方向和速度v的方向相同②動量是狀態(tài)量③動量具有相對性，與參考系的選擇有關(guān)④動量與動能的關(guān)系：〖教學(xué)反思〗本節(jié)課內(nèi)容主要是引入新的的物理量動量，但是學(xué)生總是會有這樣的疑問：為什么要引入這個物理量，怎么就能想到要引入這個物理量等問題。我們告訴學(xué)生物理學(xué)家始終在尋求自然界萬物運動的規(guī)律，其中包括在多變的世界里找出某些不變量。碰撞是一種常見的現(xiàn)象，在此過程中能量是不守恒的，所以要尋求新的物理量來描述這個現(xiàn)象。1.2動量定理〖教材分析〗本節(jié)內(nèi)容主要是動量定理和沖量。動量定理在恒力作用下由牛頓第二定律推導(dǎo)處理的，但也適用于變力的情況。在處理碰撞問題上比牛頓定律更方便，所以動量定理在生產(chǎn)生活中具有廣泛的應(yīng)用。因此學(xué)習(xí)這部分知識有著廣泛的現(xiàn)實意義?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶結(jié)合牛頓運動定律和運動學(xué)公式推導(dǎo)出動量定理的表達式，知道動量定理的廣泛性?？茖W(xué)思維∶能運用動量定理解釋生產(chǎn)生活中有關(guān)于緩沖的現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生思考分析能力?？茖W(xué)探究：通過對動量定理的探究過程，認(rèn)識到理性邏輯思維在物理學(xué)中的應(yīng)用?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶從生活中現(xiàn)象中發(fā)掘物理知識，有從生活到物理，從物理到生活的意識?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：動量定理的推導(dǎo)和對動量定理的理解。教學(xué)難點：動量定理的矢量性?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件、牛頓擺?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入（播放視頻）有些船和碼頭常懸掛一些老舊輪胎，主要的用途是減輕船舶靠岸時碼頭與船體的撞擊。其中有怎樣的道理呢?二、新課教學(xué)1.引入沖量的概念學(xué)習(xí)了動量P=mv的概念，它可以描述物體的運動狀態(tài)。問題：那物體的運動狀態(tài)為什么會改變呢？分析：力是物體運動狀態(tài)改變的原因，但動量的公式中，并沒有直接反映出這一點。所以引入新的概念——沖量。沖量（I）：力F與力作用時間t的乘積I=Ft單位：N?S①沖量是矢量，方向和力的方向相同。②沖量是過程量，反映的是力在時間上的積累效果。課堂練習(xí)例1：一物體靜止在水平地面上，受到與水平成θ角的恒定拉力F的作用時間t后，物體仍然保持靜止。（）物體所受拉力F的沖量方向水平向右物體所受拉力F的沖量大小是Ftcosθ物體所受摩擦力的沖量大小為0物體所受合力的沖量大小為0分析：力作用在物體上t秒，所示的力F與水平方向有夾角θ，所以IF=Fcosθ，因為沖量是矢量，方向由力的方向F決定，所以根據(jù)公式力F對物體的沖量就是IF=Ft，但一定要在后面注明沖量的方向，也就是與F同向。再強調(diào)一遍，對于求沖量的問題，不需要考慮力的分解，如果去求F在水平方向上的分量，那解決的可不是沖量的問題，而是做功的問題，對于這道題沒有任何作用。求重力對物體的沖量時也是直接用IG=mgt，但最后一定要加上方向：豎直向下。雖然重力在物體移動的過程中沒有做功，但對物體確實有沖量。選D。過渡：現(xiàn)在你已經(jīng)知道啦，動量和沖量的概念，那他們之間有什么關(guān)系呢？（一）動量定理假定一個質(zhì)量為m的物體在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做勻變速直線運動。在初始時刻，物體的速度為v，經(jīng)過一段時間△t后，速度變成v'。由加速度定義有：根據(jù)牛頓第二定律F=ma，則有：整理得：F△t=P'-P這就是物體動量的變化量，也就是說物體在一個過程中所受的沖量等于它在這個過程中始末動量變化量，這個關(guān)系叫作動量定理。關(guān)系式還可以寫成△P=I或者I=P'-P或者F（t'-t）=mv'-mv問題：剛才的推導(dǎo)是在恒力作用下的情況，那如果力的大小改變，這個式子仍然成立嗎？如圖，在F-t圖像上力隨著時間改變。用微元法，把它切成許多足夠小的時間△t，這一來，任意一小段時間里都可以近似看作受恒力作用，這一小段時間的沖量Ii=Fi△t。根據(jù)之前得到的式子，這等于i+1時刻的動量減去i時刻的動量Pi+1-Pi=Fi△t類似的對每個△t時間都可以寫出這樣的式子P1-P0=F0△tP2-P1=F1△tPi+1-Pi=Fi△tPn-Pn-1=Fn-1△t右邊全部相加就是變力F在t時間內(nèi)的總沖量Ft左邊的這些中間時刻的動量都消掉只剩下末動量減初動量Pn-P0也就是物體在這一段過程中總的動量變化量△P=I。這和之間推導(dǎo)的式子形式上是一樣的。這說明不論物體受到的是恒力還是變力，物體動量的變化量總等于他在這個過程中所受力的沖量△P=I。注意：動量定理關(guān)系是是矢量式，也就是說動量的變化量與外力的沖量，不僅大小相等，方向也是相同的。因此，如果你用動量定理處理一維運動問題，需要確定正方向再計算。（二）動量定理的應(yīng)用F△t=P'-P如果物體的動量發(fā)生的變化是一定的，那么作用的時間短，物體受的力就大;作用的時間長，物體受的力就小。實際生活中的應(yīng)用課本例題一個質(zhì)量m=0.18kg的壘球，以25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒打擊后，反向水平飛回，速度的大小變?yōu)?5m/s。設(shè)球棒與壘球的作用時間0.002s，球棒對壘球的平均作用力是多大。分析：球棒對全球的作用力是變力，力的作用時間很短。在這個短時間內(nèi)，力先是急劇地増大，然后又急劇地減小為0。在沖擊、碰撞這類問題中，相互作用的時間很短，力的變化都具有這個特點。動量定理適用于變力作用的過程，因此，可以用動量定理計算球棒對壘球的平均作用力。解：①以小球為研究對象，取碰撞前為正方向。②碰撞前P=mv=0.18×0.25=4.5kgm/s碰撞后速度為v'=-45m/s,碰撞后p'=mv'=0.18×（-45）=-8.1kgm/s，（注意負號）由動量定理知壘球所受的平均力的大小為6300N，負號表示力的方向與坐標(biāo)軸的方向相反，即力方向與壘球飛來的方向相反。科學(xué)漫步：歷史上關(guān)于運動量度的爭論歷史上，一種觀點認(rèn)為應(yīng)該用物理量mv來量度運動的“強弱”，另一種觀點認(rèn)為應(yīng)該用物理量mv2來量度運動的”強弱”。STSE：汽車碰撞試驗（視頻播放汽車碰撞試驗）汽車安全性能是當(dāng)今衡量汽車品質(zhì)的重要指標(biāo)。實車碰撞試驗是綜合評價汽車安全性能最有效的方法，也是各國政府檢驗汽車安全性能的強制手段之一。課堂練習(xí)例2：一個質(zhì)量10kg的物體，以10m/s的速度做直線運動，受到一個反方向的作用力F，經(jīng)過4s，速度變?yōu)榉聪?m/s。這個力是多大?解：①以小球為研究對象，取碰撞前為正方向。②碰撞前P=mv=10×10=100kgm/s碰撞后速度為v'=-2m/s,碰撞后p'=mv'=10×（-2）=-20kgm/s，（注意負號）③由動量定理得方向與初速度方向相反。例3：關(guān)于動量的概念，下列說法正確的是（）動量大的物體，慣性一定大動量大的物體，運動一定快動量相同的物體，運動方向一定相同動量相同的物體，速度小慣性大解析：物體的動量是由速度和質(zhì)量兩個因素決定的。動量大的物體質(zhì)量不一定大，慣性也不一定大，選項A錯誤；同樣，動量大的物體速度也不一定大，選項B錯誤；動量相同指的是動量的大小和方向均相同，而動量的方向就是物體運動的方向故動量相同的物體運動方向一定相同，選項C正確；動量相同的物體，速度小的質(zhì)量大，選項D正確。故選CD。例4：關(guān)于沖量，下列說法正確的是（）沖量是物體動量變化的原因作用在靜止物體上的力的沖量一定為零動量越大的物體受到的沖量越大沖量的方向就是物體受力的方向解析：力作用一段時間便有了沖量，而力作用一段時間后，物體的運動狀態(tài)發(fā)生了變化，物體的動量也發(fā)生了變化，因此說沖量使物體的動量發(fā)生了變化，選項A正確；只要有力作用在物體上，經(jīng)歷一段時間，這個力便有了沖量I=Ft，與物體處于什么狀態(tài)無關(guān)，物體運動狀態(tài)的變化情況是所有作用在物體上的力共同產(chǎn)生的效果，所以選項B錯誤。物體所受沖量I=Ft與物體動量的大小p=mv無關(guān)，選項C錯誤。沖量是一個過程量，只有在某一過程中力的方向不變時，沖量的方向才與力的方向相同，故選項D錯誤。答案∶A。例5：下列對幾種物理現(xiàn)象的解釋正確的是（）敲擊鐵釘時不用橡皮錘，是因為橡皮錘太輕跳高時，在沙坑里填沙，是為了減小沖量推車時推不動，是因為合外力沖量為零動量相同的兩個物體受相同的制動力的作用，質(zhì)量小的先停下來解析∶根據(jù)Ft=△p，可知選項A中橡皮錘與鐵釘作用時間長，作用力?。贿x項B中沖量相同，減小的是沖力而不是沖量；選項C中車不動，其動量變化量為零，則合外力沖量為零；選項D中兩物體的△p、F相同，故t應(yīng)相同。答案∶C?！及鍟O(shè)計〗1.2動量定理1.沖量（I）：力F與力作用時間t的乘積I=Ft單位：N?S①沖量是矢量②沖量是過程量，反映的是力在時間上的積累效果2.動量定理I=P'-P物體在一個過程中所受的沖量等于它在這個過程中始末動量變化量?！冀虒W(xué)反思〗在引入了沖量的概念后，推導(dǎo)出動量定理。特別注意的是沖量也是矢量，所以動量定理也是矢量性的，授課時要加強這方面的理解。動量定理在處理碰撞問題上的運用是比較方便的，除此之外它還能應(yīng)用是變力的情況，這也就體現(xiàn)了它的廣泛性。1.3動量守恒定律〖教材分析〗本節(jié)課通過一維碰撞的例子，通過動量定理和牛頓運動定律，推導(dǎo)歸納出來動量守恒定律。動量守恒定律的成立的條件是一個系統(tǒng)不受外力或者系統(tǒng)所受外力的矢量和為0，考慮的是多個物體組成的系統(tǒng)，因此在應(yīng)用時注意區(qū)分內(nèi)力和外力。課本的兩個例題正好是一個互逆過程，這樣使學(xué)生對動量守恒定律的理解更加深刻?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶通過兩個一維碰撞的物體，由動量定理和牛頓運動定律推導(dǎo)出動量守恒定律。知道它的適用條件以及相應(yīng)的表達式?？茖W(xué)思維∶在具體的物理情鏡中判斷動量是否守恒，會用動量守恒定律計算?？茖W(xué)探究：通過對動量守恒定律的推導(dǎo)過程，培養(yǎng)學(xué)生推導(dǎo)和邏輯思維能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶運用動量守恒定律分析生活中的現(xiàn)象，認(rèn)識到動量守恒定律是具有普適性的?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：理解動量守恒成立的條件及定律的表達式的推導(dǎo)及應(yīng)用。教學(xué)難點：理解動量守恒的物理內(nèi)涵，動量守恒定律方程的矢量性，應(yīng)用動量守恒定律解決問題?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件〖教學(xué)過程〗一、新課引入第一節(jié)中我們通過分析一輛運動的小車碰撞一輛靜止的小車，得出碰撞前后兩小車的動量之和不變的結(jié)論。對于冰壺等物體的碰撞也是這樣的嗎?怎樣證明這一結(jié)論呢?這是一個普遍的規(guī)律嗎?二、新課教學(xué)前面我們學(xué)習(xí)了動量P=mv，沖量I=Ft，以及動量定理△P=I。問題1：單個物體動量改變的原因是什么？例如小球在光滑水平面上撞墻后反彈回來。分析：小球在碰撞過程中受到墻作用力的沖量，使它的動量發(fā)生改變。動量定理給出了單個物體在一個過程中所受力的沖量與它在這個過程始末的動量變化量的關(guān)系，即F△t=p'一p。問題2：兩個小球相撞后，它們的動量是否變化？動量改變的原因是什么？分析：兩個小球相撞后，它們的各自的動量都發(fā)生改變，因為受到對方的沖量。所以如果我們用動量定理分別研究兩個相互作用的物體，一定會有新的收獲。（一）相互作用的兩個物體的動量改變?nèi)鐖D，在光滑水平桌面上做勻速運動的兩個物體A、B，質(zhì)量分別是m1和m2，沿同一直線向同一方向運動，速度分別是v1和v2，v2>v1。當(dāng)B追上A時發(fā)生碰撞。碰撞后A、B的速度分別是v'1和v'2。碰撞過程中A所受B對它的作用力是F1，B所受A對它的作用力是F2。碰撞時，兩物體之間力的作用時間很短，用△t表示。物體A動量的變化量：F1Δt=m1v'1-m1v1物體B動量的變化量：F2Δt=m2v'2-m2v2由牛頓第三定律F1=-F2，故有m1v'1+m2v'2=m1v1+m2v2這說明，兩物體碰撞后的動量之和等于碰撞前的動量之和，并且該關(guān)系式對過程中的任意兩時刻的狀態(tài)都適用。思考：碰撞前后滿足動量之和不變的兩個物體的受力情況是怎樣的呢？分析：重力和支持力，相互作用力。①系統(tǒng)：在物理學(xué)中所研究的對象，稱為系統(tǒng)。如物體m1和m2。②內(nèi)力：屬于同一個系統(tǒng)內(nèi)，它們之間的力。如物體的相互作用力F1和F2。③外力：系統(tǒng)以外的物體施加的力。如物體受到的重力和支持力。（二）動量守恒定律如果一個系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。表達式：m1v'1+m2v'2=m1v1+m2v2條件：①不受外力或受外力矢量和為零。②系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力，可忽略外力。例如：由于沒有絕對光滑的冰面和桌面，所以系統(tǒng)受到的合外力嚴(yán)格來說可能并不是0，但是當(dāng)內(nèi)力遠大于外力時，可以近似看成系統(tǒng)的動量守恒.所以說內(nèi)力遠大于外力，也可以近似作為動量守恒的條件。思考與討論靜止的兩輛小車用細線相連，中間有一個壓縮了的輕質(zhì)彈簧。燒斷細線后，由于彈力的作用，兩輛小車分別向左、右運動，它們都獲得了動量，它們的總動量是否增加了？燒斷細線前，系統(tǒng)的總動量為零，燒斷細線后，由于彈力的作用，兩輛小車分別向左、右運動，它們都獲得了動量，但動量的矢量和仍然是0。初動量=末動量物塊1物塊2物塊1物塊200m1v1m1v2課本例題例1：在列車編組站，一輛質(zhì)量為1.8×104kg的貨車在平直軌道上以2m/s的速度運動，碰上一輛質(zhì)量為2.2×104kg的靜止的貨車，他們碰撞后結(jié)合在一起繼續(xù)運動。求貨車碰撞后運動的速度？分析：兩輛貨車在碰撞過程中發(fā)生相互作用，將它們是一個系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是我們的研究對象。系統(tǒng)所受的外力有：重力、地面支持力和摩擦力。重カ與支持力之和等于0，摩擦力遠小于系統(tǒng)的內(nèi)力，可以忽略。因此，可以認(rèn)為碰撞過程中系統(tǒng)所受外力的矢量和為0，動量守恒。為了應(yīng)用動量守恒定律解決這個問題，需要確定碰撞前后的動量。解：①以兩車廂為研究對象，取碰撞前火車運動的方向為正方向。②碰撞前動量為：P1=m1v1，P2=0.③碰撞后粘在一起運動，速度為v，則碰撞后動量為：P′=（m1+m2）v根據(jù)動量守恒列表：初動量=末動量物塊1物塊2物塊1物塊2m1v10（m1+m2）v則（m1+m2）v=m1v1解得：=0.9m/s兩車結(jié)合后速度的大小是0.9m/s是正值，表示結(jié)合后仍然沿坐標(biāo)軸的方向運動，即仍然向右運動。例2：一枚在空中飛行的火箭，質(zhì)量為:m，在某時刻的速度為v，方向水平，燃料即將耗盡。此時，火箭突然炸裂成兩塊，其中質(zhì)量為m1一塊沿著與v相反的方向飛去，速度為v1。求炸裂后另一塊的速度v2。分析：炸裂前，可以認(rèn)為火箭是由質(zhì)量為m1和(m-m1)的兩部分組成?？紤]到燃料幾乎用完，火箭的炸裂過程可以看作炸裂的兩部分相互作用的過程。這兩部分組成的系統(tǒng)是我么的研究對象。在炸裂過程中，火箭受到重力的作用，所受外力的矢量和不為0，但是所受的重力遠小于爆炸時的作用力，所以可以認(rèn)為系統(tǒng)滿足動量守恒定律的條件。解：①以火箭為研究對象，取爆炸前火箭運動的方向為正方向。②爆炸前動量為：P=mv③爆炸后分開運動，速度為v1和v2，則碰撞后動量為：P1=m1v1，P2=（m-m1）v2根據(jù)動量守恒列表：初動量=末動量物塊1物塊2物塊1物塊2mvm1v1（m-m1）v2則m1v1+（m-m1）v2=mv解得：m-m1＞0于是，v2為正值。這表示質(zhì)量為(m-m1)的那部分沿著與坐標(biāo)軸相同的方向，即沿原來的方向飛去。（三）動量守恒定律的普適性動量守恒定律只涉及過程始末兩個狀態(tài)，與過程中力的細節(jié)無關(guān)。適用范圍非常廣泛。課堂練習(xí)例1：在光滑水平面上，A、B兩個物體在同一直我上同一方向運動，A的質(zhì)量是5kg，速度是9m/s，B的質(zhì)量是2kg，速度是6m/s。A從后面追上B，它們相互作用一段時間后，B的速度增大為10m/s，方向不變，這時A的速度是多大?方向加何?分析：由于A、B在的運動過程中，除了兩者之間的相互作用力，其他的力可以忽略，即A、B組成的系統(tǒng)所受外力的矢量和為0，滿足動量守恒定律的條件。取初速度方向為正方向。初動量=末動量物塊1物塊2物塊1物塊2mAvAmBvBmAv'AmBv'B根據(jù)動量守恒有mAvA+mBvB=mAv'A+mBv'B帶數(shù)據(jù)得：5×9+4×6=5v'A+4×10解得：v'A=7.4m/s正值，方向與初速度方向相同。例2：質(zhì)量是10g的子彈，以300m/s的速度射入質(zhì)量是24g、靜止在光滑水平桌面上的木:塊。（1）并留在木塊中。子彈留在木塊中以后，木塊運動的速度是多大?（2）如果子彈把木塊打穿，子彈穿過后的速度為200m/s，這時木塊的速度又是多大?分析：因為木塊在光滑水平桌面上，所受的摩擦力為0，且子彈與木塊的相互作用屬于系統(tǒng)的內(nèi)力，因此整個系統(tǒng)所受外力的矢量和為0，滿足動量守恒定律的條件。取子彈初速度方向為正方向。解：（1）初動量=末動量物塊1物塊2物塊1物塊2m1v10（m1+m2）v根據(jù)動量守恒有m1v1=（m1+m2）v帶數(shù)據(jù)得：1.0×10-2×300=（1.0×10-2+2.4×10-2）v解得：v=88.2m/s正值，方向與初速度方向相同。（2）初動量=末動量物塊1物塊2物塊1物塊2m1v10m1v'1m2v'2根據(jù)動量守恒有m1v1=m1v'1+m2v'2帶數(shù)據(jù)得：1.0×10-2×300=1.0×10-2×100+2.4×10-2×v'2解得：v'2=83.3m/s正值，方向與初速度方向相同。〖板書設(shè)計〗1.3動量守恒定律一、相互作用的兩個物體的動量改變①系統(tǒng)∶在物理學(xué)中所研究的對象，稱為系統(tǒng)。②內(nèi)力∶屬于同一個系統(tǒng)內(nèi)，它們之間的力。③外力∶系統(tǒng)以外的物體施加的力。二、動量守恒定律一個系統(tǒng)不受外力或受外力的矢量和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。m1v'1+m2v'2=m1v1+m2v2①不受外力或受外力矢量和為零。②系統(tǒng)的內(nèi)力遠大于外力，可忽略外力，系統(tǒng)的總動量守恒。三、動量守恒定律的普適性〖教學(xué)反思〗動量守恒定律和動量定理學(xué)生比較容易混淆，而且動能定理，動能沒有守恒定律，所以又不能一一對應(yīng)方便記憶，這些都會使得學(xué)生學(xué)習(xí)時困難。另外動量守恒定律是一條獨立的實驗定律，與牛頓運動定律是并列關(guān)系。在教學(xué)中要加以區(qū)分。1.4實驗：驗證動量守恒定律〖教材分析〗在前面學(xué)習(xí)動量守恒的基礎(chǔ)上，對該定律進行實驗驗證，和以前的機械能守恒的驗證課程安排是一樣的。本節(jié)課主要從實驗思路、物理量的測量和數(shù)據(jù)分析三個方面進行授課并給出了兩個參考案例。通過本節(jié)課培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實驗分析能力，這樣使學(xué)生對動量守恒定律的理解更加深刻。〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶會使用氣墊導(dǎo)軌做實驗，能用光電門來測量瞬時速度?？茖W(xué)思維∶理解實驗的本質(zhì)，能夠在多種情境中驗證動量守恒?？茖W(xué)探究：通過驗證動量守恒定律的過程，培養(yǎng)學(xué)生實驗操作能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶通過氣墊導(dǎo)軌和光電門的使用，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，能使學(xué)生靈活地運用科學(xué)方法來研究問題、解決問題、提高創(chuàng)新意識?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：會用實驗驗證動量守恒定律。教學(xué)難點：速度的測量?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件，氣墊導(dǎo)軌、光電門。〖教學(xué)過程〗一、新課引入如果一個系統(tǒng)不受外力或受外力的矢量和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。這就是動量守恒定律。本節(jié)課我們通過實驗驗證動量守恒定律。二、新課教學(xué)（一）實驗思路動量守恒的條件主要有三種：①系統(tǒng)不受外力②所受外力的矢量和為0③內(nèi)遠大于外力我們需要考慮的問題。實驗中那些物體組成了要研究的系統(tǒng)？如何創(chuàng)造實驗條件，使系統(tǒng)所受外力的矢量和近似為0？需要測量哪些物理量？（二）物理量的測量①質(zhì)量的測量——實驗室一般用天平。②速度的測量——可以用光電門或者打點計時器，根據(jù)具體情況來選擇。（三）數(shù)據(jù)分析選取質(zhì)量不同的兩個物體進行碰撞，測出物體的質(zhì)量和碰撞前后的速度，分別計算出兩物體碰撞前后的總動量，并檢驗碰撞前后總動量的關(guān)系是否滿足動量守恒定律，即m1v'1+m2v'2=m1v1+m2v2參考案例1——研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時的動量守恒①利用氣墊導(dǎo)軌來減小摩擦力。②利用光電計時器測量滑塊碰撞前后的速度。③通過在滑塊上添加已知質(zhì)量的物塊來改變碰撞物體的質(zhì)量。本實驗可以研究以下幾種情況：碰撞后分開、碰撞后連成一體、分裂為兩部分向相反方向運動。思考∶氣墊導(dǎo)軌是否需要調(diào)成水平？如果需要，你能想出哪些辦法？不一定。根據(jù)動量守恒的條件：是系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0。所以要調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌，使物塊在導(dǎo)軌上能做勻速直線運動。參考案例2——研究斜槽末端小球碰撞時的動量守恒使入射小球從斜槽不同高度處滾下，測出兩球的質(zhì)量以及它們每次碰撞前后的速度，就可以驗證動量守恒定律。思考：怎樣測量兩球碰撞前后瞬間的速度呢?兩個小球碰撞前后瞬間的速度方向都是水平的，因此，兩球碰撞前后的速度，可以利用平拋運動的知識求出。本實驗設(shè)計思想巧妙之處在于用長度測量代替速度測量。課堂練習(xí)例1：某物理興趣小組采用圖甲所示氣墊導(dǎo)軌裝置，來驗證滑塊碰撞過程中的動量守恒定律，其主要實驗步驟如下。用天平測得滑塊A、B（均包括檔光片）的質(zhì)量分別為m1、m2，用游標(biāo)卡尺測得檔光片的寬度均為d。某次用游標(biāo)卡尺測量檔光片的寬度時，示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)d=________mm。充氣后，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下面的旋鈕，導(dǎo)軌左側(cè)放一個滑塊并向右輕推一下，滑塊通過兩個光電門時，擋光時間分別為0.04s、0.03s，則應(yīng)使導(dǎo)軌右端________（填“調(diào)高”或“調(diào)低”），直至滑塊在導(dǎo)軌上運動，通過兩個光電門時________，說明氣墊導(dǎo)軌已經(jīng)調(diào)節(jié)水平?；瑝KB放在兩個光電門之間，將滑塊A向左擠壓導(dǎo)軌架上的彈簧后再釋放，滑塊A已知向右運動，與光電門1相連的計時器的示數(shù)只有一個，為t1，與光電門2相連的計時器的示數(shù)有兩個，先后t2、t3。在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若表達式________________（用測得的物理量表示）成立，說明滑塊A、B碰撞過程中動量守恒；若表達式________________（僅用t1、t2和t3表示）成立，說明滑塊A、B碰撞過程中機械能守恒和動量守恒。解析：(1)由題意知，游標(biāo)卡尺讀數(shù)d=5mm+0.05×5mm=5.25mm。同一滑塊通過兩個光電門，由知，通過光電門的時間減少，說明在加速，導(dǎo)軌右端應(yīng)調(diào)高一點，直至兩個計時器顯示的時間相等，即說明滑塊做勻速運動，導(dǎo)軌已調(diào)成水平。（4）滑塊A碰前速度，碰后速度，滑塊B碰前速度，在實驗誤差允許范圍內(nèi)，若表達式m1v=m1v1+m2v2，即成立，說明碰撞過程中動量守恒；若表達式，即成立，聯(lián)立解得，說明碰撞過程中機械能守恒和動量守恒例2：在驗證動量守恒定律實驗中，實驗裝置如圖所示，a、b是兩個半徑相等的小球，按照以下步驟進行操作：①在平木板表面釘上白紙和復(fù)寫紙，并將該平木板豎直立于緊靠槽口處，將小球a從斜槽軌道上固定點處由靜止釋放，撞到平木板并在白紙上留下痕跡O；②將平木板水平向右移動一定距離并固定，再將小球a從固定點處由靜止釋放，撞到平木板上得到痕跡B；③把小球b靜止放在斜槽軌道水平段的最右端，讓小球a仍從固定點處由靜止釋放，和小球b相碰后，兩球撞在平木板上得到痕跡A和C。(1)若碰撞過程中沒有機械能損失，為了保證在碰撞過程中a球不反彈，a、b兩球的質(zhì)量m1、m2間的關(guān)系是m1________m2(選填“＞”“＝”或“＜”)。(2)為完成本實驗，必須測量的物理量有________。A．小球a開始釋放的高度hB．平木板水平向右移動的距離lC．a(chǎn)球和b球的質(zhì)量m1、m2D．O點到A、B、C三點的距離y1、y2、y3(3)在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，若動量守恒，其關(guān)系式應(yīng)為________________________。解析：在小球碰撞過程中水平方向動量守恒，故有m1v0＝m1v1＋m2v2，碰撞前后動能相等，故有eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)m1veq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)m2veq\o\al(2,2)，解得v1＝eq\f(m1－m2,m1＋m2)v0，若要使a球的速度方向不變，則m1＞m2；小球做平拋運動的時間t＝eq\r(\f(2h,g))，則初速度v＝eq\f(x,t)＝xeq\r(\f(g,2h))，顯然平拋運動的初速度與下落高度二次方根的倒數(shù)成正比，當(dāng)p0＝p1＋p2，即eq\f(m1,\r(y2))＝eq\f(m1,\r(y3))＋eq\f(m2,\r(y1))成立時系統(tǒng)的動量守恒；由以上可知，需測量的物理量有a球和b球的質(zhì)量m1、m2和O點到A、B、C三點的距離y1、y2、y3，C、D正確?！及鍟O(shè)計〗1.4實驗：驗證動量守恒定律一、實驗思路二、物理量的測量三、數(shù)據(jù)分析〖教學(xué)反思〗實驗驗證動量守恒定律是一個重要的實驗，是動量守恒的最直接的證據(jù)。在實驗中測量速度的方法是多種多樣的，可以根據(jù)實際或者題意進行選著。氣墊導(dǎo)軌的器材要求比較高，也比較精密，學(xué)校的器材達不到要求，會產(chǎn)生較大的誤差。平拋運動的碰撞就比較容易實現(xiàn)，所以安排學(xué)生實驗，建議安排它。節(jié)從實驗到理論，再從理論到實驗，多角度闡述了“動量”“動量定理”“動量守恒定律”等概念和規(guī)律，后2節(jié)則是在兩種真實、典型、有意義的情境的對“動量守恒定律”的前面幾節(jié)課主要從能動量的角度研究碰撞現(xiàn)象，學(xué)生對碰撞種的能量變化也有一定的了解，但還不清楚。本節(jié)則進一步研究碰撞種能量的變化，教材編寫思路是以碰撞實例為載體，經(jīng)歷實驗探究、理論推導(dǎo)，在真實情境中建立彈性碰撞和非彈性碰撞的相關(guān)概念。教材創(chuàng)設(shè)了兩個小球彈性碰撞的情境，先引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用動量守恒定律和機械能守恒定律去解決典型的碰撞問題，推導(dǎo)兩個小球在彈性碰撞后的速度表達式。隨后，又引導(dǎo)學(xué)生從一般到特殊，對三種特殊情況展開討論，得出碰后兩球末速度的表達式，便于快速判斷與評估生活中實際現(xiàn)象對應(yīng)的碰撞類型。學(xué)生通過對彈性碰撞和非彈性碰撞的討論，進一步加深對動量和動能的理解，提升運動與相互作用觀及能經(jīng)過前面四節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)從實驗到理論，再從理論到實驗，從動量的角度討論和分析了多種碰撞現(xiàn)象，如汽車的碰撞隕石的撞擊等，建立了動量變化與相互作用時間累積之間的關(guān)系。另一方面，通過上一節(jié)驗證動量守恒定律的實驗，學(xué)生已具學(xué)生雖然對于碰撞過程中能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化也有所了解，但還不清晰，同時對于碰撞過程中的動力學(xué)分析較為陌生，對于彈性碰撞的2通過對碰撞前后能量變化的研究，了解彈性碰撞和非彈性碰撞碰撞特點，并能對分別通過對非彈性碰撞和彈性碰撞的實例分析，提高模型建構(gòu)、抽象概括、演繹通過實驗探究和碰撞球?qū)嶒炑b置的制作，經(jīng)歷觀察現(xiàn)象、提出問題、實驗探究、通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，認(rèn)識碰撞的科學(xué)本質(zhì)，了解生產(chǎn)生活中各類碰撞現(xiàn)象，樹立2.能應(yīng)用機械能守恒定律和動量守恒定律，解決生產(chǎn)生活中相關(guān)的實際問本節(jié)主要采用基于大單元教學(xué)下的以問題為導(dǎo)向教學(xué)法，具體教學(xué)法有：問題引教學(xué)中始終以現(xiàn)實問題為主線，在驅(qū)動問題的提出和各個任務(wù)的學(xué)習(xí)中采取了問題引導(dǎo)法；探究法則是在學(xué)生自主設(shè)計實驗方案中得以體現(xiàn)；學(xué)生分組利用討論法得出彈性碰撞和非彈性碰撞的概念的內(nèi)容；教師的講授和評價，則貫穿在項目實施的各個補充環(huán)節(jié)。以問題為導(dǎo)向教學(xué)法最大程度保障了學(xué)生的主體性和教師的主導(dǎo)性，整34【問題2】請同學(xué)們思考下面問題并分組討論如何設(shè)計實驗方案:1.仔細總結(jié)：老師已經(jīng)在這三組滑塊上加裝了面團、橡皮泥、彈性碰撞架作為碰撞介質(zhì)，我生：需要測量小車的質(zhì)量以及碰撞前后的速度，質(zhì)量可以用天平測量，速度依然用光師：我已經(jīng)提前將滑塊的質(zhì)量測出，并填在了表中，只要我們測出擋光時間，并將其教師活動：指導(dǎo)學(xué)生依次進行3次實驗，并通過excel表格計算出碰撞前5教師活動：播放三次碰撞的慢動作視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察碰撞介質(zhì)的形變及形變恢復(fù)情學(xué)生歸納：三次碰撞中，碰撞介質(zhì)均發(fā)生了明顯形變，但面團的形變基本沒恢復(fù)，橡皮泥的形變恢復(fù)了一部分，而彈性碰撞架的形變基本上完全恢復(fù)了。面團形變恢復(fù)的這說明碰撞中動能損失的多少和碰撞介質(zhì)的形變恢復(fù)程度有關(guān)，形變恢復(fù)的越多，動6教師舉例：在宏觀世界中，鋼球、玻璃球、臺球碰撞時，動能損失很小，它們的碰撞可以看作彈性碰撞。在微觀世界中，分子、原子以及更小的微粒之間的碰撞同樣可以總結(jié)：比如貼上橡皮泥的滑塊的碰撞，安全實驗中汽車的碰撞，天體間的碰撞，都是典型的非彈性碰撞。在非彈性碰撞中有一種特殊情況。理論分析和大量實驗都表明，如果碰撞后物體完全不反彈而粘在一起，系統(tǒng)的動能損失最大，在物理學(xué)中，我們這設(shè)計意圖通過對碰撞中動能變化的總結(jié)，并從能量的角度對碰撞進行分類，落實抽碰撞產(chǎn)生的爆炸，相當(dāng)于上億顆原子彈爆炸的威力，在木星上留下的“傷痕”尺度幾乎達到地球直徑大小。雖然在生活中我們利用了很多碰撞改善我們的生活，但有些碰撞會給我們的財物甚至是生命帶來損害。比如，在交通中我們務(wù)必要注意安全，避免碰度v碰撞另一靜止滑塊。碰撞后兩個滑塊粘在一起，以一定速度繼續(xù)前進。請計算碰7教師活動：投屏展示學(xué)生的計算結(jié)果，并引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合前面的實驗數(shù)據(jù)，將理論推導(dǎo)體驗活動2在桌面上，將一鋼球沿某一方向彈出，碰撞另一8學(xué)生活動：根據(jù)動量守恒定律和碰撞前后系統(tǒng)動能不變推導(dǎo)出碰撞后小球速度的表達學(xué)生活動：討論并給出結(jié)論：若m1=m2?v1'=0，v2'=v1表明二者交換速度；若9師：只要發(fā)生的是彈性碰撞，我們都可以依據(jù)系統(tǒng)動量守恒和碰后總動能不變來解決撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞，最后又分析了一種彈性碰撞的實例，并用計算結(jié)果解【評價設(shè)計】學(xué)習(xí)行為，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)進階。評價依據(jù)有：學(xué)生口語報告、實驗操作過程、實驗2.形成性評價：對學(xué)生的課后活動作業(yè)及課【作業(yè)設(shè)計】實驗驗證、得出結(jié)論，最后應(yīng)用規(guī)律。從教學(xué)效果來看，本節(jié)課能夠較好地完成教學(xué)2.為了讓學(xué)生經(jīng)歷概念的生成過程，設(shè)計了通過三種不同介質(zhì)進行碰撞的實驗方案，并用手機慢動作功能拍攝碰撞過程，觀察碰撞時介質(zhì)的形變。本實驗先通過研究彈性不同的三種介質(zhì)的碰撞，發(fā)現(xiàn)三次碰撞中損失的動能不斷減小，再經(jīng)過合理的外推，逐步建構(gòu)了彈性碰撞這種理想模型，充分地讓學(xué)生經(jīng)歷了通過實驗建構(gòu)模型及建立概念的過程。通過對慢動作視頻中介質(zhì)的形變及形變恢復(fù)過程的觀察與研究，使學(xué)生理解碰撞的實質(zhì)以及碰撞中能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，同時培養(yǎng)學(xué)生給予觀察分析問題的能力。另外，通過控制三對滑塊的質(zhì)量相同以及碰前初速度相同，排除了質(zhì)量及速度對動能損失的影響，僅研究碰撞介質(zhì)對動能損失的影響，很好地體現(xiàn)了控制變量的實驗思想。總而言之，該實驗方案不僅彌補了教材中實驗的不足，還能很好地發(fā)展學(xué)生的取舍，不可貪多。要始終抓住教學(xué)主線，控制好教學(xué)的難度與深度，突出教學(xué)重點、1.6反沖現(xiàn)象火箭〖教材分析〗本節(jié)課是在學(xué)生學(xué)習(xí)完動量守恒定律以后，將其應(yīng)用在實際生活中的一種典型的物理現(xiàn)象。通過視頻展示章魚的游動，發(fā)射炮彈，灌溉等案例，歸納總結(jié)出反沖的含義。并要求學(xué)生在舉生活中的例子，以及動手做實驗體會反沖現(xiàn)象。在具體的問題中能夠運用動量守恒定律對反沖進行計算。通過火箭的計算，感受我國火箭技術(shù)的發(fā)展，增加民族自豪感?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道反沖的概念，能用動量守恒定律來討論火箭提速原理?？茖W(xué)思維∶對生產(chǎn)生活中常見的反沖現(xiàn)象，能用動量守恒定律去分析?？茖W(xué)探究：做一做實驗探究活動，分析反沖運動之間物理量的關(guān)系?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶結(jié)合火箭的飛行原理，介紹我國在火箭技術(shù)方面的偉大成就，激發(fā)學(xué)生熱愛社會主義的情感?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：如何應(yīng)用動量守恒定律分析、解決反沖運動。教學(xué)難點：動量守恒定律對反沖運動進行定量計算?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗多媒體課件，氣球，彎管盛水器等?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入（播放視頻）你知道章魚、烏賊怎樣游水嗎？它們先把水吸入體腔，然后用力壓水，通過身體前面的孔將水噴出，使身體很快地運動。章魚能夠調(diào)整自己的噴水口的方向，這樣可以使得身體向任意方向前進。章魚游動時體現(xiàn)了什么物理原理？章魚噴水的時候，水從章魚身飛出去，而章魚獲得了向后的速度。在這個例子中，章魚為什么會后退？這個原理就是咱們這次要講的問題。二、新課教學(xué)（一）反沖現(xiàn)象1.分析發(fā)射的炮彈的特點①內(nèi)力遠大于外力，動量守恒初動量=末動量炮身炮彈炮身炮彈00P1=m1v1P2=m2v2射擊前，炮彈靜止在炮筒中，它們的總動量為0。炮彈射出后以很大的速度向前運動，根據(jù)動量守恒定律，炮身必將向后運動。只是由于炮身的質(zhì)量遠大于炮彈的質(zhì)量，所以炮身向后的速度很小。②m1>m2，所以v1<v2③內(nèi)力做功，總的機械能增加④系統(tǒng)初動量為零,末動量等大反向：P1=-P2還有導(dǎo)彈的發(fā)射，以及游樂園的水上飛人等。2.反沖的定義結(jié)合章魚噴水的例子發(fā)現(xiàn)：它們有一個共同點，都是一個原本靜止的系統(tǒng)，在內(nèi)力的作用下分成兩個部分，靜止的系統(tǒng)最初的動量為零，在分開過程中，系統(tǒng)所受合力為零或者內(nèi)力遠大于外力，所以系統(tǒng)的動量守恒或者近似守恒，這樣分開之后，兩部分的動量一定等大反向。那么其中一部分向某個方向運動，另一部分必然向相反的方向運動，這種現(xiàn)象就叫做反沖。即：一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個部分，一部分向某一方向運動另一部分必然向相反的方向運動，這個現(xiàn)象叫做反沖現(xiàn)象。在這個過程中，因系統(tǒng)內(nèi)力做功，所以會有其他形式能量轉(zhuǎn)化為機械能，系統(tǒng)總的機械能增加。3.反沖的應(yīng)用生活中經(jīng)常見到各種反沖運動，其中有些是有害的。比如前面說的大炮，類似的射擊瞄準(zhǔn)時子彈向前高速飛出的過程中槍身向后運動發(fā)生反沖，這會影響射擊的準(zhǔn)確性。（動圖展示）還有一些反沖是有利的，比如農(nóng)田園林的灌溉裝置，能夠一邊噴水一邊旋轉(zhuǎn)，這是因為潘口的朝向略有偏斜，水從噴口噴出時噴管因反沖而旋轉(zhuǎn)，這樣就可以自動改變噴水的方向。（視頻展示）做一做（動圖展示）1.把一個氣球吹起來，用手捏住氣球的通氣口，然后突然放開，讓氣體噴出，觀察氣球的運動。2.如圖，把彎管裝在可旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部。當(dāng)水從彎管流出時，容器就旋轉(zhuǎn)起來。剛才的這些例子噴出的是液體和固體，接下來看噴出是氣體的過程。（二）火箭1.介紹火箭通過視頻展示介紹我國古代的火箭，以及現(xiàn)代噴氣式飛機和我國發(fā)射火箭的過程。介紹：現(xiàn)在的火箭原理與古代相同，不過構(gòu)造要復(fù)雜的多，現(xiàn)在的火箭主要由殼體和燃料兩大部分組成，殼體是圓筒型的，前端是封閉的尖頂，后端有噴管。燃料燃燒時產(chǎn)生的高溫高壓氣體以很大的速度從尾部向后噴出，利用產(chǎn)生的反作用力推動火箭向前運動?；鸺w行過程中，隨著推進劑的消耗，質(zhì)量不斷減小。思考與討論質(zhì)量為m的人在遠離任何星體的太空中，與他旁邊的飛船相對靜止。由于沒有力的作用，他與飛船總保持相對靜止的狀態(tài)。這個人手中拿著一個質(zhì)量為△m的小物體。現(xiàn)在他以相對于飛船為u的速度把小物體拋出。小物體的動量改變量是多少?人的動量改變量是多少?人的速度改變量是多少?分析：1.初始是一個靜止的整體，末狀態(tài)分為兩部分，可以用反沖的原理。小物體的初動量為0，末動量是?mu，所以小物體的動量改變量：?P物=?mu-0=?mu。2.由于并不知道人的末速度，所以無法直接求得人動量的變化，但是人和小舞題，初始狀態(tài)都是靜止的，所以可以看成是反沖現(xiàn)象。根據(jù)動量守恒定律，則有?P人=-?P物=-?mu。3.設(shè)人的末速度是v，則人的動量前后的變化為?P人=mv。根據(jù)系統(tǒng)動量守恒：mv+?mu=0，解得，方向與u相反。上面思考與討論中所描述的情境與火箭發(fā)射的原理大致相同。2.構(gòu)建物理模型為了簡化問題，不考慮重力和空氣阻力。設(shè)火箭飛行時在極短的時間△t內(nèi)噴射燃氣的質(zhì)量是△m，噴出的燃氣相對噴氣前火箭的速度是u，噴出燃氣后火箭的質(zhì)量是m。我們就可以計算火箭在這樣一次噴氣后增加的速度△v。所以據(jù)系統(tǒng)動量守恒：m?v+?mu=0解得，方向與u相反。從上式可以看出火箭的質(zhì)量不斷減小，燃料燃盡時，火箭會達到最大速度。這個速度跟兩個量有關(guān)：①噴氣速度u②火箭開始飛行時的質(zhì)量與燃料燃盡時的質(zhì)量之比，這個比也稱為質(zhì)量比?；鸺龂姎馑俣仍酱?，或者質(zhì)量比越大都會導(dǎo)致火箭的最終速度越大。但是質(zhì)量比也不是越大越好，一般不超過10。如果質(zhì)量比過大，火箭結(jié)構(gòu)的強度就會出現(xiàn)問題。實際上是使用多級火箭。當(dāng)然火箭的級數(shù)也不是越多越好，級數(shù)越多構(gòu)造也復(fù)雜，可靠性就越差。實際一般都不超過四級，大多是三級火箭。介紹三級火箭和我國先進的火箭技術(shù)。課堂練習(xí)例1：一個連同裝備共有100kg的天，:脫離宇宙飛船后，在離飛船45m的位置與飛船處于相對靜止的狀態(tài)。裝備中有一個高壓氣源，能以50m/s的速度噴出氣體。航天員為了能在10min時間內(nèi)返回飛船，他需要在開始返回的瞬間一次性向后噴出多少氣體?分析：初始時刻宇航員與裝備處于靜止?fàn)顟B(tài)，則初動量為零。向外噴出氣體獲得相反的速度，這屬于反沖現(xiàn)象。解：噴氣后，宇航員做勻速直線運動的速度為設(shè)噴氣前總質(zhì)量為m1，噴氣過程噴出的氣體質(zhì)量為m2，取噴氣后宇航員的速度方向為正方向，由動量守恒定律，列方程0=（m1-m2）v1+m2v2解得例2：一個士兵坐在皮劃艇上，他連同裝備和皮劃艇的總質(zhì)量是:120kg。這個士兵用自動步槍在2s內(nèi)沿水平方向連續(xù)射出10發(fā)子彈，每發(fā)子彈的質(zhì)量是10g，子彈離開槍口時相對步槍的速度是800m/s。射擊前皮劃艇是靜止的，不考慮水的阻力。每次射擊后皮劃艇的速度改變多少?連續(xù)射擊后皮劃艇的速度是多大?（3）連續(xù)射擊時槍所受到的平均反沖作用力是多大?分析：子彈質(zhì)量遠小于皮劃艇本身的總質(zhì)量，故本題在計算時可忽略子彈射出后對總質(zhì)量的影響，運用動量守恒和動量定理可以求解本題。解：（1）射擊過程系統(tǒng)動量守恒，以子彈的初速度v0方向為正方向，由動量守恒可知∶mv0+Mv1=0代入數(shù)據(jù)解得∶v1=-0.067m/s，方向與正方向相反，則每次皮劃艇的速度改變量是0.067m/s。（2）連續(xù)射擊2s鐘過程中，系統(tǒng)動量守恒，以子彈的初速度v0方向為正方向，則有∶10mv0+Mv2=0代入數(shù)據(jù)解得∶v2=-0.67m/s，方向與正方向相反，（3）每顆子彈的發(fā)射時間為∶對子彈，由動量定理可知∶Ft=mv0-0代入數(shù)據(jù)解得∶由牛頓第三定律可知，槍受到的平均作用力F'=F=40N〖板書設(shè)計〗1.6反沖現(xiàn)象火箭1.反沖現(xiàn)象：一個靜止的物體在內(nèi)力的作用下分裂為兩個部分，一部分向某一方向運動另一部分必然向相反的方向運動。2.特點：內(nèi)力遠遠大于外力，反沖運動中系統(tǒng)動量守恒。3.火箭的飛行原理①噴氣速度u②質(zhì)量比：，一般小于10?！冀虒W(xué)反思〗在反沖現(xiàn)象列動量守恒方程時，不好把握的就是兩個物體的動量相加等于零：mv+mu=0，還是兩個物體動量相減等于零：mv-mu=0。課本給出的的是相加，但是一些練習(xí)題力里用的是相減?？紤]到動量是矢量，所以列方程時要注意列的是矢量式方程，還是數(shù)字式的。2.1簡諧運動〖教材分析〗本節(jié)課通過動態(tài)圖讓學(xué)生形象生動的認(rèn)識生活中的一些機械振動，理解機械振動的概念。運用理想模型的方法抽象抽模型——彈簧振子，通過頻閃照相、動圖的方式得到彈簧振子的位移時間圖像，然后通過運動學(xué)特征給出了簡諧運動的定義，并進一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識簡諧運動是一種較前面所學(xué)的直線運動、曲線運動更為復(fù)雜的機械運動。最后應(yīng)用舉例，理解小球的位移隨時間的變化規(guī)律，并清楚x-t圖的物理意義。〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道機械振動的概念，能認(rèn)識生活中的機械振動。科學(xué)思維∶對于機械振動，能分析彈簧振子模型中小球的位移、加速度隨時間的變化關(guān)系。科學(xué)探究：通過實驗探究彈簧振子模型中小球的位移隨時間的變化關(guān)系，高學(xué)生空間想象的思維能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任∶結(jié)合課后習(xí)題的實驗探究，通過對實驗現(xiàn)象的分析和總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：彈簧振子的位移——時間圖像。教學(xué)難點：彈簧振子的位移——時間圖像?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗單擺，彈簧和小球等。〖教學(xué)過程〗（展示動態(tài)圖片）人類生活在運動的世界里，機械運動是最常見的運動。在機械運動中，振動也很常見。琴弦的振動帶給人們優(yōu)美的音樂，地震則可能給人類帶來巨大的災(zāi)難。本章我們將從最簡單的振動開始，學(xué)習(xí)怎樣描述振動，分析振動的特點。一、新課引入（動態(tài)圖展示）鐘擺來回擺動，水中浮標(biāo)上下浮動，擔(dān)物行走時扁擔(dān)下物體的顫動，樹梢在微風(fēng)中的搖擺……在生活中我們會觀察到很多類似這樣的運動。提出問題：這些運動的共同點是什么?共同點是：總是在某一位置附近做往復(fù)性的運動。機械振動：物體(或物體的一部分)總是在某一位置附近的往復(fù)運動，叫機械振動，簡稱振動。①振動的軌跡：可能是直線，也可能是曲線。②平衡位置：質(zhì)點原來靜止時的位置。二、新課教學(xué)（一）彈簧振子先來學(xué)習(xí)一種最簡單，最基本的振動簡諧運動，它的代表裝置就是彈簧振子。1.彈簧振子的概念把一個有小孔的小球連接在彈簧的一端,彈簧的另一端固定,小球套在光滑的桿上,能夠自由滑動。小球和彈簧組成的系統(tǒng)稱為彈簧振子。①彈簧振子是一個理想化模型：m球＞＞m簧,小球可視為質(zhì)點。②彈簧振子模型：水平彈簧振子，豎直彈簧振子。思考：水平彈簧振子和豎直彈簧振子的小球處于平衡位置時，彈簧可能處于什么狀態(tài)呢？①水平彈簧振子的平衡位置是彈簧未形變時的位置即O點。②豎直彈簧振子的平衡位置是物體重力等于彈簧彈力的位置。注意了這時的彈簧并不是原長，而是處于拉伸狀態(tài)，這一點一定要牢記。2.彈簧振子小球的運動情況具體研究一下整個運動過程。B→O：小球受到往左的彈力和運動方向相同，所以做加速運動。又因為彈力在逐漸減小，進而加速也在減小，所以這段是加速度減小的加速運動。O→A：彈簧被壓縮，小球受到往右的彈力和運動方向相反，所以做減速運動。又因為彈力在逐漸增大，進而加速也在增大，所以這段是加速度增大的減速運動。一直到A點速度減小到零。按照這種方法就可以判斷出，A→O：是加速減小的加速運動。O→B：是加速度增大的減速運動，B點的速度是零?？傊芯窟@幾段的運動情況，要先根據(jù)彈力方向與運動方向是否相同，來判斷的小球速度的變化情況。接著根據(jù)彈力是增大還是減小，來判斷小球的加速度變化情況。再來看看小球速度與時間的關(guān)系。（二）彈簧振子的位移——時間圖像1.建立坐標(biāo)系以小球的平衡位置為坐標(biāo)原點，沿著它的振動方向建立坐標(biāo)軸。以水平彈簧振子為例：規(guī)定小球在平衡位置右邊時它對平衡位置的位移為正，在左邊時為負。2.振子的位移通常說的振子的位移是指某時刻的位移，即振子相對平衡位置的位移。振子在AB之間振動，O為平衡位置，t1時刻振子在A點的位移為xA，t2時刻振子在B點的位移為xB。思考討論：怎樣才能得到小球位移與時間的關(guān)系？可以用頻閃照相的方法拍攝一組按照時間順序排列的照片，就構(gòu)成了小球的位移x隨時間t變化的圖像，當(dāng)然也可以用拖動紙帶的辦法，更加直觀的得到一個圖像。物理上把它叫做振動圖像。比如這個圖是簡諧運動的x—t圖像。在A點，他的位移可以讀出是x1就是這段長度。隨著振子的運動，比如到B，位移減小。說完位移再來看加速，因為加速與位移變化規(guī)律相同，所以加速度在這一段兒加速度也是減小的。最后來說速度，你已經(jīng)學(xué)過，在位于與時間的圖像中，某點的切線斜率就是改點的速度。所以要找速度的大小與方向，直接看切線斜率。在簡諧運動的圖像中同樣如此，畫出P點切線，斜率是負的，那速度就是負的，隨著振子運動切線變陡速度就變大，運動到平衡位置處切線最陡，此時速度最大。小結(jié)：對于簡諧運動的圖像，直接看圖就能找到位移的變化規(guī)律。加速度，他與位移的變化相同。速度，那就得畫切線去分析斜率。課堂練習(xí)例1：如圖所示是一水平彈簧振子的振動圖像（x－t圖像），由圖可推知，振子（）A．在t1和t3時刻具有相同的速度B．在t3和t4時刻具有相同的速度C．在t4和t6時刻具有相同的位移D．在t1和t6時刻具有相同的速度解析：速度那就得看振動圖像的切線斜率，根據(jù)圖像的對稱性在t3和t4時刻具有相同的斜率，在t1和t6時刻也具有相同的斜率，所以BD正確。位移看圖像變化，C正確。做一做：用數(shù)碼相機和計算機繪制豎直彈簧振子的x-t圖像輕質(zhì)彈簧的下端懸掛一個鋼球，上端固定，它們組成了一個振動系統(tǒng)，稱為豎直彈簧振子。用手把鋼球向上托起一段距離，然后釋放，鋼球便上下振動。鋼球原來靜止時的位置就是振子的平衡位置。（三）簡諧運動思考與討論從獲得的彈簧振子的x-t圖像可以看出，小球位移與時間的關(guān)系似乎可以用正弦函數(shù)來表示，如何確定彈簧振子中小球的位移與時間的關(guān)系是否遵從正弦函數(shù)的規(guī)律？擬合法：物理學(xué)家用正弦函數(shù)去擬合，發(fā)現(xiàn)與實驗結(jié)果是吻合的。這樣就給出了簡諧運動更精準(zhǔn)的概念，也就是位移隨時間以正弦函數(shù)的規(guī)律變化的運動。驗證法:假定是正弦曲線，可用刻度尺測量它的振幅和周期，寫出對應(yīng)的表達式，然后在曲線中選小球的若干個位置，用刻度尺在圖中測量它們的縱坐標(biāo)(位移)，將每一個測量位移所對應(yīng)的橫坐標(biāo)(時間)代入正弦函數(shù)表達式求出函數(shù)值，比較函數(shù)值與測量值，如果相等，則這條曲線就是一條正弦曲線。通過以上兩種方法得到圖像的函數(shù)表達式：x=Asin（ωt+φ）課堂練習(xí)例2：是某質(zhì)點做簡諧運動的振動圖像。根據(jù)圖像中的信息，回答下列問題。(1)質(zhì)點離開平衡位置的最大距離有多大？(2)在1.5s和2.5s這兩個時刻，質(zhì)點的位置在哪里？質(zhì)點向哪個方向運動？(3)質(zhì)點相對于平衡位置的位移方向在哪些時間內(nèi)跟它的瞬時速度的方向相同？在哪些時間內(nèi)跟瞬時速度的方向相反？(4）質(zhì)點在第2s末的位移是多少？(5)質(zhì)點在前2s內(nèi)運動的路程是多少？解析：（1）質(zhì)點離開平衡位置的最大距離是10cm。（2）都在距離平衡位置約7cm處，分別位于平衡位置兩側(cè)。做切線，可知質(zhì)點向負方向運動。（3）第1s內(nèi)和第3s內(nèi)，第2s內(nèi)和第4s內(nèi)。（4）0（5）20cm?！及鍟O(shè)計〗2.1簡諧運動一、機械振動的定義物體(或物體的一部分)總是在某一位置附近的往復(fù)運動，叫機械振動，簡稱振動。①振動的軌跡：可能是直線，也可能是曲線②平衡位置：質(zhì)點原來靜止時的位置二、彈簧振子彈簧振子是一個理想化模型：m球＞＞m簧,小球可視為質(zhì)點。三、彈簧振子的位移——時間圖像四、簡諧運動：它的振動圖象是一條正弦曲線〖教學(xué)反思〗用圖像表示物理過程或過程之中的變化規(guī)律非常簡潔直觀。對簡諧運動的圖像物理意義的理解要與振動的實際過程結(jié)合起來，依據(jù)振動過程才能描繪出圖像。本節(jié)課的難點在于位移的方向與運動的方向的問題，比較容易出現(xiàn)混亂。所以在課堂中要著重分析這塊內(nèi)容。2.2簡諧運動的描述〖教材分析〗本節(jié)課以水平彈簧振子為例子，觀察其振動過程中位移的變化時，引入了一些描述簡諧運動的物理量——振幅、周期和頻率、以及相位。先讓學(xué)生觀察振動幅度不同的彈簧振子的振動情況，比較其區(qū)別，從而提出振幅的概念。周期和頻率以前有學(xué)習(xí)過不必過多講解，但是要注意一次全振動是可以從任意點開始的。相位是新物理量，是本節(jié)課的難點，由于教科書沒有給確切的定義，教學(xué)中注意把握這個尺度?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道簡諧運動的表達式，理解表達式中的各個物理量的單位和物理意義。科學(xué)思維∶引導(dǎo)學(xué)生能夠在運動圖像中找到各個物理量，且理解它們之間的關(guān)系，提升綜合性物理問題分析和推理的能力?？茖W(xué)探究：通過對不同彈簧振子的周期的測定，能夠得出周期與振幅無關(guān)等結(jié)論，加強學(xué)生動手能力和抽象思維能力。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶培養(yǎng)學(xué)生動手學(xué)物理的意識，養(yǎng)成實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：理解振幅、周期和頻率、以及相位的概念。教學(xué)難點：理解振幅、周期和頻率、以及相位的概念。〖教學(xué)準(zhǔn)備〗單擺，彈簧和小球等?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入視頻引入傅科擺：能夠證明地球在自轉(zhuǎn)的擺。提出問題：做簡諧運動的物體在一個位置附近不斷地重復(fù)同樣的運動。如何描述簡諧運動的這種獨特性呢？結(jié)合上節(jié)課得到的簡諧運動的一般表達式：x=Asin（ωt+φ）思考:式子中A、ω和φ有什么物理意義呢？二、新課教學(xué)（一）振幅在三角函數(shù)中，:x＝Asin（ωt＋φ）因為∣sin（ωt＋φ）∣≤1所以∣x∣≤A這說明A是物體離開平衡位置的最大距離。那這個就是位移的最大值，反應(yīng)到圖像上，就是曲線的峰值。如圖：當(dāng)小球運動到M點時，離開平衡位置距離最大，這段距離，被稱作振幅。同理，當(dāng)小球運動到M′時，在這點離開平衡位置距離也最大，所以這段距離也是振幅。即：振幅：振動物體離開平衡位置的最大距離，常用字母A表示。注意，振幅是標(biāo)量，并沒有正負，所以在左或者在右，這兩個距離都是振幅。振動物體運動范圍是振幅的兩倍。因為振幅代表的是長度，所以長度單位就是振幅的單位，常見的就是m或者cm。例如：如圖所示振幅是多少？A=5cm，跟正負無關(guān)。再比如：兩個彈簧振子，①比較振幅大小，②比較能量大小。從圖中可以看出AOM≤AOP，EOM≤EOP。總之，振幅的大小反映了振動的強弱和振動系統(tǒng)能量的大小。再來看看彈簧振子的其他特點。（二）周期和頻率1.全振動如果從振動物體向右通過O的時刻開始計時，它將運動到M，然后向左回到O，又繼續(xù)向左運動到達M′，之后又向右回到O（即O→M→O→M′→O）。小球一直在重復(fù)這樣一個往復(fù)運動，像這樣從出發(fā)點又回到出發(fā)點的，一個完整的振動過程，都被稱作是一次全振動。當(dāng)然這與小球的起點無關(guān)。比如：從O點向左，O→M′→O→M→O?；蛘邚娜我恻c出發(fā)：P0→M→O→M′→P0，這些都是一次全振動。實驗發(fā)現(xiàn)：不管以哪里作為開始研究的起點，做簡諧運動的物體完成一次全振動的時間總是相同的。思考：一次全振動經(jīng)過的路程是多少呢？四個振幅。同樣的實驗發(fā)現(xiàn)不管往那邊運動，一次全振動通過的路程一定等于振幅的4倍。但要注意的是像這種P0→MP0，雖然同樣是回到了出發(fā)位置，但通過路程不是四倍振幅呢，就不是一次全振動。2.周期和頻率實驗發(fā)現(xiàn)，出發(fā)位置在O點完成一次全振動的時間和出發(fā)位置在M點完成一次全振動的時間是相同的。這個相同的時間被稱作振動的周期，即①周期：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的時間。符號：T，單位：s。說完了周期，就不得不提頻率，數(shù)學(xué)中已經(jīng)學(xué)過周期分之一（）就是頻率。即②頻率：單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)。符號：f，單位：HZ。周期和頻率都是表示物體振動快慢的物理量，周期越小，頻率越大，表示物體振動越快。3.圓頻率依據(jù)正弦函數(shù)規(guī)律x＝Asin(ωt＋φ)，其中(ωt＋φ)每增加2π，位移值x循環(huán)變化一次，這一過程正好為一個周期T。于是有[ω(t＋T)＋φ]—(ωt＋φ)＝2π得或ω＝2πfω是一個與周期成反比、與頻率成正比的量，叫作簡諧運動的“圓頻率”也是參考圓的角速度，它乘以時間代表參考原上質(zhì)點轉(zhuǎn)過的角度θ=wt。不難看出，如果兩個簡諧運動的ω個相等，那它們的周期一定相等。做一做:測量小球振動的周期播放實驗視頻。通過這個實驗?zāi)阌惺裁窗l(fā)現(xiàn)，由此你對簡諧運動的周期與振幅的關(guān)系有什么猜想？通過這個實驗發(fā)現(xiàn)：彈簧振子的振動周期與其振幅無關(guān)。注意：不僅彈簧振子的簡諧運動，所有簡諧運動的周期均與其振幅無關(guān)。觀察：如果你平時注意觀察月亮的圓缺變化，你能判斷這張照片是在黃昏拍攝還是在黎明拍攝的呢？除了振幅，周期和頻率之外，還有一個特殊的物理量稱為相位。（三）相位從x＝Asin(ωt＋φ)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)(ωt＋φ)確定時，sin(ωt＋φ)的值也就確定了，所以(ωt＋φ)代表了做簡諧運動的物體此時正處于一個運動周期中的哪個狀態(tài)。物理學(xué)中把(ωt＋φ)叫做相位。即①相位：代表了做簡諧運動的物體此時正處于一個運動周期中的哪個狀態(tài)。②特別的當(dāng)t=0時，(ωt＋φ)=φ，所以φ被稱為初相。演示：觀察兩個小球的振動情況（播放動圖）并列懸掛兩個相同的彈簧振子。（1）把小球向下拉同樣的距離后同時放開。觀察兩球的振幅、周期、振動的步調(diào)。（2）再次把兩個小球拉到相同的位置，先把第一個小球放開，再放開第二個，觀察兩球的振幅、周期、振動的步調(diào)。實驗現(xiàn)象：兩個一樣的彈簧振子，若同時釋放，那這兩個小球的步調(diào)總是一致的，我們就說它們的相位是一樣的。但如果一個小球先釋放，另一個后釋放，則第二個小球的運動步調(diào)總是落后一些。這種步調(diào)的差異就可以用相位差來表示。相位主要是為了反映運動的步調(diào)。并且若這兩個振子的運動周期相同，相位差就是恒定的，但是若振子的運動周期不同，相位差也就隨著時間不斷變化。③相同頻率的相位差：Δφ＝φ1－φ2例題：填寫表中的空和畫出正弦函數(shù)圖像。相位初相相位差：課本例題例題：如圖，彈簧振子的平衡位置為0點，在B、C兩點之間做簡諧運動。B、C相距20cm。小球經(jīng)過B點時開始計時，經(jīng)過0.5s首次到達C點。(1)畫出小球在第一個周期內(nèi)的x-t圖像。(2)求5s內(nèi)小球通過的路程及5s末小球的位移。解：(1)以O(shè)點作為坐標(biāo)原點，沿OB建立坐標(biāo)軸，如圖所示。以小球從B點開始運動的時刻作為計時起點，用正弦函數(shù)來表示小球的位移-時間關(guān)系，則函數(shù)的初相位為π/2.由于小球從最右端的B點運動到最左端的C點所用時間為0.5s,所以振動的周期T=1.0s;由于B點和C點之間的距離為0.2m,所以，振動的振幅4=0.1m。根據(jù),可得小球的位移-時間關(guān)系為。據(jù)此，可以畫出小球在第一個周期內(nèi)的位移一時間圖像，如圖所示。(2)由于振動的周期T=1s,所以在時間t=5s內(nèi)，小球一共做了n=5次全振動。小球在一次全振動中通過的路程為4A=0.4m,所以小球運動的路程為s=5×0.4m=2m；經(jīng)過5次全振動后，小球正好回到B點，所以小球的位移為0.1m。做一做用計算機呈現(xiàn)聲音的振動圖像（播放視頻）絕大多數(shù)計算機都有錄音、放音的功能，并能匝放音時顯示聲音的振動圖像。課堂練習(xí)有兩個簡諧運動：和，它們的振幅之比是多少？它們的頻率各是多少？它們的相位差是多少？解：振幅之比，因為w1=8πb，w2=8πb，且w=2πf，所以頻率都是4b，相位差：以后讓你去寫簡諧運動的表達式，你就根據(jù)題意找到這三個量的值即可。若有多解，注意檢驗，排除。剛才通過文字寫表達式，接下來我給你圖像，你看看能不能寫出表達式。以后再遇到這種問題，就看圖找到A、W和φ就可以求相位差啦。不管是給你文字，還是給你圖，找到這些量具體的數(shù)值就可以寫出表達式啦。〖板書設(shè)計〗2.2簡諧運動的描述1.振幅：振動物體離開平衡位置的最大距離，常用字母A表示。2.周期T：做簡諧運動的物體完成一次全振動所需要的時間。3.頻率f：單位時間內(nèi)完成全振動的次數(shù)。4.圓頻率ω:是一個與周期成反比、與頻率成正比的量。ω＝2πf或5.簡諧運動的一般表達式：x＝Asin（ωt＋φ）①相位：（ωt＋φ）表示做簡諧運動的物體此時正處于一個運動周期中的哪個狀態(tài)。②初相φ：當(dāng)t=0時的相位。③相同頻率的相位差：Δφ＝φ1－φ2，表示兩個簡諧運動的步調(diào)的差異。〖教學(xué)反思〗本節(jié)課的教學(xué)中簡諧運動的表達式是一個三角函數(shù)，對于學(xué)生來說在物理的應(yīng)用比較陌生，用的也不多。再有就是相位是個新詞匯，理解起來不難，主要是在解題的時候容易混淆概念，因為教科書中沒有給出確切的定義。那么講課時要注意振幅、頻率、圓頻率、相位等概念在函數(shù)圖像怎么讀出來，以便強化函數(shù)知識。2.3簡諧運動的回復(fù)力和能量〖教材分析〗本節(jié)課以水平彈簧振子為例子，從動力學(xué)和能量的角度來研究簡諧運動。通過分析水平彈簧振子的受力特點，結(jié)合胡克定律，引出回復(fù)力的概念，且和向心力一樣是效果力。最后通過探究簡諧運動過程中位移、速度的變化，引出了勢能和動能的變化規(guī)律，進而得到振子的機械能的變化情況，這樣深刻的理解了簡諧運動是一種理想模型?！冀虒W(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗物理觀念∶知道回復(fù)力的概念和特征，理解簡諧運動的能量變化?？茖W(xué)思維∶能結(jié)合牛頓運動定律分析振子的各個物理量的變化情況?？茖W(xué)探究：通過實驗觀察，能夠獨立運用能量守恒觀點分析振子的能量變化。科學(xué)態(tài)度與責(zé)任∶養(yǎng)成對物理現(xiàn)象能夠從能量和動力學(xué)兩方面進行分析的行為習(xí)慣?！冀虒W(xué)重難點〗教學(xué)重點：理解回復(fù)力的概念和特征，理解簡諧運動的能量變化。教學(xué)難點：能夠用動力學(xué)和能量守恒分析簡諧運動?！冀虒W(xué)準(zhǔn)備〗單擺，彈簧和小球等。〖教學(xué)過程〗一、新課引入當(dāng)我們把彈簧振子的小球拉離平衡位置釋放后，小球就會在平衡位置附近做簡諧運動。小球的受力滿足什么特點才會做這種運動呢?問題1：如圖，我們以振子從O→B的運動情況為例分析。在O→B段振子做什么運動？（勻速、加速、減速）振子做減速運動，從O→B速度一直減小到0。問題2：根據(jù)牛頓運動定律，振子受力情況怎么樣？根據(jù)牛頓運動定律，振子水平方向只受彈簧的拉力，且彈力與位移方向相反，所以振子受到的向左的彈簧的彈力。根據(jù)對稱性O(shè)→A的運動和受力也是如此。正是在這個力的作用下，物體在平衡位置附近做往復(fù)運動。我們把這樣的力稱為回復(fù)力。問題3：做簡諧運動的物體受到的回復(fù)力有什么特點呢？設(shè)計意圖：通過對小球的受力分析，引導(dǎo)學(xué)生從受力的角度分析小球的運動，尋找運動和受力的關(guān)系特點。二、新課教學(xué)（一）簡諧運動的回復(fù)力問題1：振子的回復(fù)力由誰提供？簡諧運動的回復(fù)力，以水平彈簧振子為例，將振子拉到這P釋放后，振子水平方向只受彈簧的拉力，且彈力與位移方向相反，所以振子受到的合外力就是F合=-kx。在合力的作用下振子向左加速運動，位移減小，彈力隨之減小。振子經(jīng)過O繼續(xù)向左運動，位移反向了，彈力也反向了，所以合力依然滿足這個F合=-kx式子?？梢姰?dāng)振子偏離平衡位置的時候，始終受到一個方向指向平衡位置，大小與位移成正比的力的作用，這個力就是我要講的回復(fù)力。它的大小始終等于F合=-kx，也正是在回復(fù)力的作用下振子才會在BOC之間來回震動。問題2：回復(fù)力的大小和方向？由胡克定律可知個F彈=kx，所以回復(fù)力的大小為F=kx。方向始終指向平衡位置?；貜?fù)力的定義①定義：振動質(zhì)點受到的總能使其回到平衡位置的力，大小與位移成正比。②方向：指向平衡位置③表達式：F＝－kx（“-”號表示與位移x方向相反），k為比例系數(shù)，不同的振子k不同。④這個力和你學(xué)過的向心力一樣，是按照力的作用效果命名的，所以它既可以是某一個力提供的，也可以是幾個力的合力提供。例如水平放置的彈簧振子回復(fù)力就是由彈簧彈力提供，再比如豎直放置的彈簧振子回復(fù)力，就有彈力和重力的合力提供。清楚了回復(fù)力的特點后，就可以用它來判斷該物體是否做簡諧運動。簡單的說就是若質(zhì)點所受的力滿足這個表達式F合=-kx，那么質(zhì)點的運動就是簡諧運動。⑤簡諧運動的動力學(xué)特征:如果物體在運動方向上所受的力與它偏離平衡位置位移的大小成正比，并且總是指向平衡位置，質(zhì)點的運動就是簡諧運動。課堂練習(xí)例1：粗細均勻的一根木筷，下端繞幾圈鐵絲，豎直浮在較大的裝有水的杯中。把木筷往上提起一段距離后放手，木筷就在水中上下振動。判定是不是簡諧運動。證明：設(shè)它質(zhì)量是m，底面積是s。要判斷是否是簡諧運動，就得先分析木筷的受力，顯然它受到重力和浮力。既