動量守恒定律教學(xué)設(shè)計

動量守恒定律教學(xué)設(shè)計?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能目標(biāo)理解動量守恒定律的確切含義和表達(dá)式，知道定律的適用條件和適用范圍。能運用動量守恒定律解釋現(xiàn)象和解決簡單的實際問題。2.過程與方法目標(biāo)通過對動量守恒定律的探究過程，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力、分析問題和解決問題的能力。經(jīng)歷實驗探究、理論推導(dǎo)等過程，體會科學(xué)探究的方法，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。3.情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)通過對動量守恒定律的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體會自然界的和諧與統(tǒng)一，培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)的興趣和探索精神。培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，體會物理規(guī)律的簡潔美和對稱美。

二、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點動量守恒定律的推導(dǎo)與理解。動量守恒定律的適用條件。2.教學(xué)難點對動量守恒定律中各物理量的矢量性的理解和應(yīng)用。如何引導(dǎo)學(xué)生在實際問題中正確判斷系統(tǒng)是否滿足動量守恒條件，并能運用動量守恒定律解決問題。

三、教學(xué)方法講授法、實驗探究法、討論法、練習(xí)法相結(jié)合

四、教學(xué)過程

（一）導(dǎo)入新課展示情境：播放一段臺球比賽的視頻，讓學(xué)生觀察臺球碰撞的過程。提出問題：在臺球碰撞的過程中，兩個臺球的運動狀態(tài)發(fā)生了怎樣的變化？它們之間有什么規(guī)律可循？引導(dǎo)思考：通過上節(jié)課對動量和沖量的學(xué)習(xí)，我們知道物體的動量會發(fā)生變化，那么在相互作用的物體組成的系統(tǒng)中，動量的變化是否存在某種規(guī)律呢？今天我們就來探究這個問題。

（二）新課教學(xué)1.動量守恒定律的實驗探究實驗裝置：氣墊導(dǎo)軌、光電門、滑塊、擋光片等。實驗步驟將氣墊導(dǎo)軌調(diào)平，安裝好光電門。在兩個滑塊上分別裝上擋光片，測量它們的質(zhì)量$m_1$、$m_2$。讓滑塊$m_1$以一定的速度$v_1$向靜止的滑塊$m_2$運動，發(fā)生碰撞后兩滑塊分別以速度$v_1'$、$v_2'$運動。記錄兩滑塊通過光電門的時間，根據(jù)$v=\frac{\Deltax}{\Deltat}$（$\Deltax$為擋光片寬度）計算出碰撞前后兩滑塊的速度。分別計算碰撞前系統(tǒng)的總動量$p=m_1v_1+m_2v_2$（$v_2=0$）和碰撞后系統(tǒng)的總動量$p'=m_1v_1'+m_2v_2'$。數(shù)據(jù)記錄與處理|滑塊質(zhì)量|碰撞前速度|碰撞后速度|碰撞前總動量|碰撞后總動量||||||||$m_1$|$v_1$|$v_1'$|$m_1v_1$|$m_1v_1'$||$m_2$|$0$|$v_2'$|$0$|$m_2v_2'$||系統(tǒng)|$m_1v_1$|$m_1v_1'+m_2v_2'$|實驗結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，碰撞前后系統(tǒng)的總動量相等，即$m_1v_1=m_1v_1'+m_2v_2'$。拓展思考改變滑塊的質(zhì)量和初始速度，多次重復(fù)實驗，結(jié)果如何？如果碰撞不是在水平方向上發(fā)生，而是存在一定夾角，系統(tǒng)的動量還守恒嗎？2.動量守恒定律的理論推導(dǎo)以兩個物體組成的系統(tǒng)為例：設(shè)兩個物體的質(zhì)量分別為$m_1$、$m_2$，它們在光滑水平面上沿同一直線運動，速度分別為$v_1$、$v_2$。在某一時刻，兩物體發(fā)生相互作用，經(jīng)過一段時間后，速度分別變?yōu)?v_1'$、$v_2'$。根據(jù)動量定理對物體$m_1$，其受到的合外力為$F_{12}$（物體$m_2$對$m_1$的作用力），作用時間為$t$，則有$F_{12}t=m_1v_1'm_1v_1$。對物體$m_2$，其受到的合外力為$F_{21}$（物體$m_1$對$m_2$的作用力），作用時間為$t$，則有$F_{21}t=m_2v_2'm_2v_2$。根據(jù)牛頓第三定律：$F_{12}=F_{21}$將上述兩式相加$F_{12}t+F_{21}t=m_1v_1'm_1v_1+m_2v_2'm_2v_2$即$0=m_1v_1'+m_2v_2'(m_1v_1+m_2v_2)$得到$m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'$推廣到多個物體組成的系統(tǒng)：對于由$n$個物體組成的系統(tǒng)，在相互作用的過程中，系統(tǒng)所受的合外力為$F_{合}$，則有$\sum_{i=1}^{n}m_iv_i=\sum_{i=1}^{n}m_iv_i'$，即系統(tǒng)的總動量保持不變。3.動量守恒定律的內(nèi)容和表達(dá)式內(nèi)容：如果一個系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。表達(dá)式$m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'$（適用于兩個物體組成的系統(tǒng)）$\sum_{i=1}^{n}m_iv_i=\sum_{i=1}^{n}m_iv_i'$（適用于多個物體組成的系統(tǒng)）強(qiáng)調(diào)要點系統(tǒng)的總動量指的是系統(tǒng)內(nèi)各物體動量的矢量和。動量守恒定律是矢量方程，應(yīng)用時要規(guī)定正方向。4.動量守恒定律的適用條件系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零舉例：在光滑水平面上，兩個小球相互碰撞，此時系統(tǒng)不受外力，動量守恒。系統(tǒng)所受外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力舉例：碰撞過程中，碰撞力遠(yuǎn)大于系統(tǒng)所受的摩擦力等外力，可近似認(rèn)為系統(tǒng)動量守恒。系統(tǒng)在某一方向上不受外力或所受外力的矢量和為零舉例：一個斜面上的滑塊下滑，若不計斜面與地面間的摩擦力，以滑塊和斜面組成的系統(tǒng)在水平方向上動量守恒。5.動量守恒定律的應(yīng)用例題講解例1：在光滑水平面上，質(zhì)量為$m_1=2kg$的小球以速度$v_1=3m/s$與質(zhì)量為$m_2=1kg$的靜止小球發(fā)生正碰，碰后$m_1$的速度變?yōu)?v_1'=1m/s$，求碰后$m_2$的速度$v_2'$。分析：首先判斷系統(tǒng)是否滿足動量守恒條件，因為是在光滑水平面上發(fā)生碰撞，系統(tǒng)不受外力，動量守恒。規(guī)定正方向為$m_1$的初速度方向，根據(jù)動量守恒定律$m_1v_1+m_2v_2=m_1v_1'+m_2v_2'$，已知$v_2=0$，代入數(shù)據(jù)可得：$2kg×3m/s+1kg×0=2kg×1m/s+1kg×v_2'$解得$v_2'=4m/s$例2：如圖所示，質(zhì)量為$M$的小船以速度$v_0$在平靜的湖面上勻速行駛，一質(zhì)量為$m$的人從船頭走向船尾，已知船的長度為$L$，不計水的阻力，求船相對地面移動的距離。分析：以人和船組成的系統(tǒng)為研究對象，系統(tǒng)在水平方向不受外力，動量守恒。設(shè)船相對地面移動的距離為$x$，人相對地面移動的距離為$Lx$。根據(jù)動量守恒定律$Mv_0=Mv+m(v_0v)$（$v$為船相對地面的速度）對人在船上行走的過程，根據(jù)平均速度公式，人與船運動的時間相等，即$\frac{Lx}{v}=\frac{x}{v_0v}$聯(lián)立上述方程可解得$x=\frac{m}{M+m}L$課堂練習(xí)質(zhì)量為$m$的物體以速度$v$與質(zhì)量為$3m$的靜止物體發(fā)生正碰，碰撞后兩者的總動能可能是（）A.$\frac{1}{6}mv^2$B.$\frac{1}{8}mv^2$C.$\frac{1}{12}mv^2$D.$\frac{1}{16}mv^2$一顆手榴彈以$v_0=10m/s$的速度水平飛行，設(shè)它炸裂成兩塊后，質(zhì)量為$0.4kg$的大塊速度大小為$250m/s$，方向與原來方向相反，若取$v_0$方向為正方向，則質(zhì)量為$0.2kg$的小塊速度為多少？

（三）課堂小結(jié)1.請學(xué)生回顧：本節(jié)課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容，包括動量守恒定律的實驗探究、理論推導(dǎo)、內(nèi)容、表達(dá)式、適用條件以及應(yīng)用。2.教師總結(jié)強(qiáng)調(diào)動量守恒定律是自然界中重要的規(guī)律之一，要深刻理解其適用條件和矢量性。在應(yīng)用動量守恒定律解決問題時，要正確選取研究對象和正方向，準(zhǔn)確分析系統(tǒng)的受力情況。通過實驗探究和理論推導(dǎo)，體會科學(xué)探究的方法，提高分析問題和解決問題的能力。

（四）布置作業(yè)1.書面作業(yè)完成課后習(xí)題第1、2、3題。質(zhì)量為$m$的子彈以速度$v_0$水平射入靜止在光滑水平面上的木塊，木塊質(zhì)量為$M$，子彈穿出木塊時速度為$v_1$，求木塊獲得的速度$v_2$。2.拓展作業(yè)查閱資料，了解動量守恒定律在航天、微觀粒子等領(lǐng)域的應(yīng)用，并寫一篇簡短的報告。思考如果系統(tǒng)所受外力的矢量和不為零，系統(tǒng)的動量會如何變化？嘗試設(shè)計一個實驗來驗證你的想法。

五、教學(xué)反思通過本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)生在實驗探究