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  • 2021-05-27 发布

河南省示范性高中罗山高中2020学年高中物理探究碰撞中的不变量

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教案部分 16.3 动量守恒定律(二) 【教学目标】 (一)知识与技能 掌握运用动量守恒定律的一般步骤 (二)过程与方法 知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题,并知道运用动量守恒定律解决有 关问题的优点。 (三)情感、态度与价值观 学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题,培养思维能 力。 【教学重点】 运用动量守恒定律的一般步骤 【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】 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 1.动量守恒定律的内容是什么? 2.分析动量守恒定律成立条件有哪些? 答:①F 合=0(严格条件) ②F 内 远大于 F 外(近似条件) ③某方向上合力为 0,在这个方向上成立。 (二)进行新课 1.动量守恒定律与牛顿运动定律 师:给出问题(投影教材 11 页第二段) 学生:用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式。 (教师巡回指导,及时点拨、提示) 推导过程: 根据牛顿第二定律,碰撞过程中 1、2 两球的加速度分别是 , 根据牛顿第三定律,F1、F2 等大反响,即 F1= - F2 所以 碰撞时两球间的作用时间极短,用 表示,则有 , 代入 并整理得 这就是动量守恒定律的表达式。 (教师点评:动量守恒定律的重要意义。几点说明:(1)以上是由牛顿运动定律和 运动学公式推导出动量守恒定律的表达式,在推导过程中要注意 F、a、v 等各量均 为矢量。(2)对守恒的理解,守恒并不是只有碰撞前和碰撞后两个时刻相等,而是 系统的动量在整个过程中一直保持不变,而且任意两个时刻的动量都相等。(3)从 1 1 1 m Fa = 2 2 2 m Fa = 2211 amam −= t∆ t vva ∆ −′= 11 1 t vva ∆ −′= 22 2 2211 amam −= 22112211 vmvmvmvm ′+′=+ 适应范围看:牛顿运动定律只适用于宏观物体的低速运动问题,而动量守恒定律既 适用低速运动,也适用于高速粒子运动问题。(4)从解决问题的过程看:运用牛顿 运动定律解题时,需考虑物体运动过程,而应用动量守恒定律时,只需考虑物体相 互作用前、后两个状态的动量。) 2.应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法 (1)分析题意,明确研究对象。在分析相互作用的物体总动量是否守恒时,通常把 这些被研究的物体总称为系统.对于比较复杂的物理过程,要采用程序法对全过程进 行分段分析,要明确在哪些阶段中,哪些物体发生相互作用,从而确定所研究的系 统是由哪些物体组成的。 (2)要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析,弄清哪些是系统内部物体之间相 互作用的内力,哪些是系统外物体对系统内物体作用的外力。在受力分析的基础上 根据动量守恒定律条件,判断能否应用动量守恒。 (3)明确所研究的相互作用过程,确定过程的始、末状态,即系统内各个物体的初 动量和末动量的量值或表达式。 注意:在研究地面上物体间相互作用的过程时,各物体运动的速度均应取地球为参 考系。 (4)确定好正方向建立动量守恒方程求解。 3.动量守恒定律的应用举例 【例 1】一枚在空中飞行的导弹,质量为 m,在 某点 的速度为 v,方向水平。导弹在该点突然炸裂成两块 (如图),其中质量为 m1 的一块沿着与 v 相反的方向 飞去,速度为 v1。求炸裂后另一块的速度 v2。 分析 炸裂前,可以认为导弹是由质量为 m1 和(m—m1)的两部分组成,导弹的炸 裂过程可以看做这两部分相互作用的过程。这两部分组成的系统是我们的研究对象。 在炸裂过程中,炸裂成的两部分都受到重力的作用,所受外力的矢量和不为零,但 是它们所受的重力远小于爆炸时燃气对它们的作用力,所以爆炸过程中重力的作用 可以忽略,可以认为系统满足动量守恒定律的条件。 解 导弹炸裂前的总动量为 p=mv 炸裂后的总动量为 p’=mlvl+(m 一 m1)v2 根据动量守恒定律 p’=p,可得 m1v1+(m 一 m1)v2=mv 解出 v2=(mv 一 m1v1)/ (m 一 m1) 若沿炸裂前速度 v 的方向建立坐标轴,v 为正值;v1 与 v 的方向相反,v1 为负值。 此外,一定有 m 一 m1>0。于是,由上式可知,v2 应为正值。这表示质量为(m 一 m1) 的那部分沿着与坐标轴相同的方向飞去。这个结论容易理解。炸裂的一部分沿着相 反的方向飞去,另一部分不会也沿着相反的方向飞去,假如这样,炸裂后的总动量 将与炸裂前的总动量方向相反,动量就不守恒了。 【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】 【巩固题】如图所示,在光滑水平面上有 A、B 两辆小车,水平面的左侧有一竖直墙, 在小车 B 上坐着一个小孩,小孩与 B 车的总质量是 A 车质量的 10 倍。两车开始都处 于静止状态,小孩把 A 车以相对于地面的速度 v 推出,A 车与墙壁碰后仍以原速率 返回,小孩接到 A 车后,又把它以相对于地面的速度 v 推出。每次推出,A 车相对 于地面的速度都是 v,方向向左。则小孩把 A 车推出几次后,A 车返回时小孩不能再 接到 A 车? 分析:此题过程比较复杂,情景难以接受, 所以在讲解之前,教师应多带领学生分析 物理过程,创设情景,降低理解难度。 解:取水平向右为正方向,小孩第一次 推出 A 车时 mBv1-mAv=0 即: A B v1= 第 n 次推出 A 车时: mAv +mBvn-1=-mAv+mBvn 则: vn-vn-1= , 所以 vn=v1+(n-1) 当 vn≥v 时,再也接不到小车,由以上各式得 n≥5.5 取 n=6 点评:关于 n 的取值也是应引导学生仔细分析的问题,告诫学生不能盲目地对 结果进行“四舍五入”,一定要注意结论的物理意 义。 【例 2】如图所示,质量 mB=1kg 的平板小车 B 在光 滑水平面上以 v1=1m/s 的速度向左匀速运动.当 t=0 时,质量 mA=2kg 的小铁块 A 以 v2=2 m/s 的速度水平向右滑上小车,A 与小车间的动 摩擦因数为 μ=0.2。若 A 最终没有滑出小车,取水平向右为正方向,g=10m/s2, 求:A 在小车上停止运动时,小车的速度大小 (试用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题)。 解析:方法一:用动量守恒定律 A 在小车上停止运动时,A、B 以共同速度运动,设其速度为 v,取水平向右为 正方向,由动量守恒定律得: mAv2-mBv1=(mA+mB)v 解得,v=lm/s 方法二:用牛顿运动定律 设小车做匀变速运动的加速度为 a1,运动时间为 t 小铁块做匀变速运动的加速度为 a2,运动时间为 t vm m B A vm m B A2 vm m B A2 由牛顿运动定律得: 所以 v1+a1t=v2 -a2t 解得:t=0.5s 则得:v=v1-a1t=-1+4x0.5=1m/s 点评:通过本节的学习,运用动量守恒定律比运用牛顿运动定律和运动学公式解题 快些,关键是认真分析题意,找出条件,列方程解题。 (三)课堂小结 教师活动:让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结,其他同学 在笔记本上总结,然后请同学评价黑板上的小结内容。 学生活动:认真总结概括本节内容,并把自己这节课的体会写下来、比较黑板 上的小结和自己的小结,看谁的更好,好在什么地方。 点评:总结课堂内容,培养学生概括总结能力。 教师要放开,让学生自己总结所学内容,允许内容的顺序不同,从而构建他们 自己的知识框架。 (四)作业: “问题与练习”4~7 题 ★教学体会 思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是 培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无 本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。 B A m gma µ=1 ga µ=2 学案部分 16.3 动量守恒定律(二) 【目标引领】 (一)知识与技能 掌握运用动量守恒定律的一般步骤 (二)过程与方法 知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题,并知道运用动量守恒定律解决有关 问题的优点。 (三)情感、态度与价值观 学会用动量守恒定律分析解决碰撞、爆炸等物体相互作用的问题,培养思维能力。 【自学探究】 1.动量守恒定律的内容是什么? 2.分析动量守恒定律成立条件有哪些? 【合作解疑】 1、用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式。 2.应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法? 【精讲点拨】 【例 1】一枚在空中飞行的导弹,质量为 m,在某 点的速度为 v,方向水平。导弹在该点突然炸裂 成两块(如图),其中质量为 m1 的一块沿着与 v 相 反的方向飞去,速度为 v1。求炸裂后另一块的速 度 v2。 解题反思:在哪些情况下,系统的动量守恒定律也成立? 【变式训练】如图所示,在光滑水平面上有 A、B 两辆小车,水平面的左侧有一竖直 墙,在小车 B 上坐着一个小孩,小孩与 B 车的总质量是 A 车质量的 10 倍。两车开始 都处于静止状态,小孩把 A 车以相对于地面的速度 v 推出,A 车与墙壁碰后仍以原 速率返回,小孩接到 A 车后,又把它以相对于地面的速度 v 推出。每次推出,A 车 相对于地面的速度都是 v,方向向左。则小孩把 A 车推出几次后,A 车返回时小孩不 能再接到 A 车? A B 【例 2】如图所示,质量 mB=1kg 的平板小车 B 在光滑水平 面上以 v1=1m/s 的速度向左匀速运动.当 t=0 时,质量 mA=2kg 的小铁块 A 以 v2=2 m/s 的速度水平向右滑上小车, A 与小车间的动摩擦因数为 μ=0.2。若 A 最终没有滑出小车, 取水平向右为正方向,g=10m/s2,求:A 在小车上停止运动时,小车的速度大小(试 用动量守恒定律与牛顿运动定律两种方法解题)。 【训练巩固】 1.在高速公路上发生一起交通事故,一辆质量为 15000 kg 向南行驶的长途客 车迎面撞上了一辆质量为 3000 kg 向北行驶的卡车,碰后两车接在一起,并向南滑 行了一段距离后停止.根据测速仪的测定,长途客车碰前以 20 m/s 的速度行驶,由 此可判断卡车碰前的行驶速率为 A.小于 10 m/s B.大于 10 m/s 小于 20 m/s C.大于 20 m/s 小于 30 m/s D.大于 30 m/s 小于 40 m/s 2.如图所示,A、B 两物体的质量比 mA∶mB=3∶2,它们原来静止在平板车 C 上, A、B 间有一根被压缩了的弹簧,A、B 与平板车上表面间动摩擦因数相同,地面光滑. 当弹簧突然释放后,则有 甲 v2 v1 B A A.A、B 系统动量守恒 B.A、B、C 系统动量守恒 C.小车向左运动 D.小车向右运动 3.把一支枪水平固定在小车上,小车放在光滑的水平面上,枪发射出一颗子弹 时,关于枪、弹、车,下列说法正确的是 A.枪和弹组成的系统,动量守恒 B.枪和车组成的系统,动量守恒 C.三者组成的系统,因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小,使系统的动量变化很 小,可以忽略不计,故系统动量近似守恒 D.三者组成的系统,动量守恒,因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作 用,这两个外力的合力为零 4.甲乙两船自身质量为 120 kg,都静止在静水中,当一个质量为 30 kg 的小孩 以相对于地面 6 m/s 的水平速度从甲船跳上乙船时,不计阻力,甲、乙两船速度大 小之比:v 甲∶v 乙=_______. 【综合运用】 5.质量为 M 的小船以速度 v0 行驶,船上有两个质量皆为 m 的小孩 a 和 b,分别静止 站在船头和船尾.现在小孩 a 沿水平方向以速率 v(相对于静止水面)向前跃入水中, 然后小孩 b 沿水平方向以同一速率 v(相对于静止水面)向后跃入水中.求小孩 b 跃 出后小船的速度. 6.如图所示,甲车的质量是 2 kg,静止在光滑水 平面上,上表面光滑,右端放一个质量为 1kg 的小 物体.乙车质量为 4kg,以 5m/s 的速度向左运动, 与甲车碰撞以后甲车获得 8 m/s 的速度,物体滑到 乙车上.若乙车足够长,上表面与物体的动摩擦因 数为 0.2,则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止?(g 取 10 m/s2