高中物理16_1實驗探究碰撞中的不變量 課件3人教版選修3-5

1、選修3—5 《動量動量守恒定律》 教材分析與教學(xué)建議,一、新舊教材大綱要求的對比 1.新教材（人教版）：,2.舊教材（人教版）：,山東、廣東新考綱：,二、新舊教材的變化 1.《課程標(biāo)準(zhǔn)》將動量的內(nèi)容后置于選修系列3-5模塊，而不同以往動量的內(nèi)容被設(shè)置于力學(xué)部分。這樣調(diào)整的目的不僅要求學(xué)生學(xué)會用動量守恒定律來解決宏觀物體的相互作用問題，更重要的是要求以新的觀點(diǎn)來認(rèn)識動量守恒定律，為進(jìn)一步認(rèn)識微觀粒子的相互作用問題

2、做好鋪墊 。,,二、新舊教材的變化2.從實驗探究入手，引導(dǎo)學(xué)生追尋碰撞中的“不變量”。課文設(shè)計的實驗探究性很強(qiáng)，實驗的結(jié)論沒有給出，這樣就增加了實驗的難度。但實驗的設(shè)計，對“不變量”的推測、實驗的操作、數(shù)據(jù)的處理……都做了明確說明。由于《課程標(biāo)準(zhǔn)》沒有對實驗的具體做法、使用的器材等做出硬性的規(guī)定，為便于提出不同的實驗方法，引導(dǎo)生注重實驗中的科學(xué)思想，教科書從不同角度呈現(xiàn)三種實驗案例供選擇，這樣就可以因地制宜地進(jìn)行實驗教學(xué)。,探究方案一

3、:氣墊導(dǎo)軌、光電門,探究碰撞中的不變量,探究方案二：擺球、量角器,探究碰撞中的不變量,探究方案三：打點(diǎn)計時器、小車,探究碰撞中的不變量,探究方案四：斜槽 小球 平拋裝置,探究碰撞中的不變量,,探究碰撞中的不變量,探究方案五：J2135-1型碰撞實驗器 小球,二、新舊教材的變化3．滲透科學(xué)史教育，深化“動量”概念的形成過程 “動量”概念過去的教科書多是通過具體實例，直接引入“動量”和“沖量”的概念，然后推導(dǎo)動量定理，注重突出幾個物理

4、概念定義的給出。新教材在這個問題的處理上有所不同,它所關(guān)注的不僅僅是定義，而是更關(guān)注在追尋“不變量”的實驗基礎(chǔ)上，由碰撞前后矢量和保持不變的啟示，自然引出“動量”的概念的過程。同時從科學(xué)史的角度，展示幾代科學(xué)家在追尋“不變量”的努力中，逐漸明確“動量”概念形成的歷史過程。體現(xiàn)了在注重知識和技能目標(biāo)的同時，更關(guān)注情感、態(tài)度和價值觀方面的教育意義。,三、新舊考試要求下考題的變化1。舊考試模式下的特點(diǎn) 選擇題主要考查動量的矢量性，辨

5、析“動量和動能”、“沖量與功”的基本概念；用動量守恒定律來判定在碰撞后的各個物體運(yùn)動狀態(tài)的可能值；計算題主要考查綜合運(yùn)用牛頓定律、能量守恒、動量守恒解題的能力，高考中有關(guān)動量的計算題在分析解答問題的過程中常會運(yùn)用數(shù)學(xué)的歸納、推理的方法，解答多次反復(fù)碰撞問題，要求考生將物理問題經(jīng)過分析、推理轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，然后運(yùn)用數(shù)學(xué)解決物理問題。一般過程復(fù)雜、難度大、能力要求高，經(jīng)常是高考的壓軸題,三、新舊考試要求下考題的變化2.新考試模式下的特點(diǎn)

6、題型：為簡答題 ，可能是填空、問答、填圖、小計算的2-3個小題拼盤，增加了命題自由度。難度：為了體現(xiàn)選擇性、公平性，不出現(xiàn)難題,三個模塊難度力求相當(dāng)。對比分析：變化較大，往年復(fù)雜過程的動量與能量綜合的壓軸計算題不可能出現(xiàn)，微觀粒子碰撞、核反應(yīng)模塊內(nèi)綜合小題可能性較大，跨必修1、2選修3-1、2模塊綜合題即使出現(xiàn)也不會難。,（07寧夏卷）在光滑的水平面上，質(zhì)量為m1的小球A以速率v0向右運(yùn)動。在小球的前方O點(diǎn)處有一質(zhì)量為m2的小球B處

7、于靜止?fàn)顟B(tài)，如圖所示。小球A與小球B發(fā)生正碰后小球A、B均向右運(yùn)動。小球B被在Q點(diǎn)處的墻壁彈回后與小球A在P點(diǎn)相遇，PQ＝1.5PO。假設(shè)小球間的碰撞及小球與墻壁之間的碰撞都是彈性的，求兩小球質(zhì)量之比m1/m2。,（07山東卷）在可控核反應(yīng)堆中需要給快中子減速，輕水、重水和石墨等常用作減速劑。中子在重水中可與12H核碰撞減速，在石墨中與612C核碰撞減速。上述碰撞可簡化為彈性碰撞模型。某反應(yīng)堆中快中子與靜止的靶核發(fā)生對心正碰，通過計算說

8、明，僅從一次碰撞考慮，用重水和石墨作減速劑，哪種減速效果更好？,（南京一模，本題共12分）（1）判斷以下說法的正誤。---------（2）氣墊導(dǎo)軌是常用的一種實驗儀器．它是利用氣泵使帶孔的導(dǎo)軌與滑塊之間形成氣墊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌上，滑塊在導(dǎo)軌上的運(yùn)動可視為沒有摩擦．我們可以用帶豎直擋板C和D的氣墊導(dǎo)軌以及滑塊A和B來驗證動量守恒定律，實驗裝置如圖所示（彈簧的長度忽略不計），采用的實驗步驟如下： （3）①寫出該熱核反應(yīng)方程；②一

9、次這樣的熱核反應(yīng)過程中釋放出多少M(fèi)eV的能量?（結(jié)果保留四位有效數(shù)字）,（南通、揚(yáng)州、泰州二研 ） (1)科學(xué)研究表明：太陽和許多恒星發(fā)光是內(nèi)部核聚變的結(jié)果．太陽內(nèi)部的聚變絕大多數(shù)是質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)反應(yīng)鏈，反應(yīng)方程為：  其中為正電子，νe為中微子．在上述太陽內(nèi)部的質(zhì)子一質(zhì)子循環(huán)反應(yīng)中，粒子X是________，核反應(yīng)中產(chǎn)生的正電子()是原子核內(nèi)______轉(zhuǎn)變?yōu)開_____時釋放的． (2)鋁的逸出功Wo=6．72&#

10、215;10-19J，現(xiàn)將波長λ=200nm的光照射鋁的表面．求： ①光電子的最大初動能 ②若射出的具有最大初動能的光電子與一靜止的電子發(fā)生正碰，則碰撞中兩電子電勢能增加的最大值是多少?,(淮安、連云港、宿遷、徐州 調(diào)研) ⑴有以下說法：A．原子核放出β粒子后，轉(zhuǎn)變成的新核所對應(yīng)的元素是原來的同位素----------其中正確的說法是__ _▲____⑵靜止在勻強(qiáng)磁場中的，放出α粒子，衰變成，衰變后的速度方向與磁場方

11、向垂直。①寫出衰變方程；②計算衰變后的軌道半徑與α粒子的軌道半徑之比。,四、課時分配建議第1單元 1 實驗：探究碰撞中的不變量--------2學(xué)時2 動量守恒定律（一）-----------------2學(xué)時3 動量守恒定律（二）-----------------1學(xué)時第2單元4 碰撞--------------------------------------2學(xué)時5 反沖運(yùn)動 火箭----------------

12、---------1學(xué)時第3單元6 用動量概念表示牛頓第二定律-----1學(xué)時,五、教學(xué)建議16.1 實驗:探究碰撞中的動量守恒三維目標(biāo)1、明確探究碰撞中的不變量的基本思路．學(xué)會設(shè)計實驗，完成規(guī)律探究的方法。2、掌握同一條直線上運(yùn)動的兩個物體碰撞前后的速度的測量方法．3、學(xué)習(xí)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行猜測、探究、發(fā)現(xiàn)規(guī)律的探究方法。4、通過對實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度，提高學(xué)生合作探究能力。,1．探究的基本思

13、路（一維碰撞） 與物體運(yùn)動有關(guān)的物理量可能有哪些？碰撞前后哪個物理量可能是不變的？2．需要考慮的問題 碰撞必須包括各種情況的碰撞；物體質(zhì)量的測量（天平）；碰撞前后物體速度的測量（利用光電門或打點(diǎn)計時器、DIS等）。,16.2 動量守恒定律(一)三維目標(biāo)1.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2.在理解動量守恒定律的確切含義的基礎(chǔ)上正確區(qū)分內(nèi)力和外力3. 會應(yīng)用動量守恒定律分析

14、計算有關(guān)問題,1．動量（momentum）及其變化（1）動量的定義：物體的質(zhì)量與速度的乘積，稱為(物體的)動量。記為p=mv. 單位：kg·m/s讀作“千克米每秒”。理解要點(diǎn)：①狀態(tài)量 ②矢量性（2）動量的變化量：定義：若運(yùn)動物體在某一過程的始、末動量分別為p和p′，則稱：△p= p′－p為物體在該過程中的動量變化。強(qiáng)調(diào)指出：動量變化△p是矢量。方向與速度變化量△v相同。,2．系統(tǒng) 內(nèi)力和外力學(xué)生閱讀討論，什么

15、是系統(tǒng)？什么是內(nèi)力和外力？（1）系統(tǒng)：相互作用的物體組成系統(tǒng)。（2）內(nèi)力：系統(tǒng)內(nèi)物體相互間的作用力（3）外力：外物對系統(tǒng)內(nèi)物體的作用力,3．動量守恒定律（law of conservation of momentum）（1）內(nèi)容：一個系統(tǒng)不受外力或者所受外力的和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。這個結(jié)論叫做動量守恒定律。公式：m1υ1+ m2υ2= m1υ1′+ m2υ2′（2）注意點(diǎn)：① 研究對象：幾個相互作用的物體組成的系

16、統(tǒng)② 矢量性：一維條件下列式前應(yīng)先規(guī)定正方向；③ 同一性（即所用速度都是相對同一參考系、同一時刻而言的）④ 條件：系統(tǒng)不受外力或受合外力為0。要正確區(qū)分內(nèi)力和外力；當(dāng)F內(nèi)＞＞F外時，系統(tǒng)動量可視為守恒,如圖示，木塊A、B用輕彈簧連接，力F的作用壓縮彈簧，當(dāng)撤去F后，若地面光滑，則( BC ) A.A尚未離開墻前，A、彈簧、B組成的系統(tǒng)動量守恒 B.A尚未離開墻前，A、彈簧、B組成的系統(tǒng)動量不守恒 C.A離開墻

17、后，A、彈簧、B組成的系統(tǒng)動量守恒 D.A離開墻后，A、彈簧、B組成的系統(tǒng)動量不守恒,16.3動量守恒定律（二）1.掌握運(yùn)用動量守恒定律的一般步驟 2.知道運(yùn)用動量守恒定律解決問題應(yīng)注意的問題，并知道運(yùn)用動量守恒定律解決有關(guān)問題的優(yōu)點(diǎn)。3.學(xué)會用動量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，培養(yǎng)思維能力。,1．動量守恒定律與牛頓運(yùn)動定律學(xué)生：用牛頓定律自己推導(dǎo)出動量守恒定律的表達(dá)式。推導(dǎo)過程：略讓學(xué)生感受從力的角度去

18、研究動量守恒定律的方法.,2．應(yīng)用動量守恒定律解決問題的基本思路和一般方法（1）分析題意，明確研究對象。在分析相互作用的物體總動量是否守恒時，通常把這些被研究的物體總稱為系統(tǒng).對于比較復(fù)雜的物理過程，要采用程序法對全過程進(jìn)行分段分析，要明確在哪些階段中，哪些物體發(fā)生相互作用，從而確定所研究的系統(tǒng)是由哪些物體組成的。（2）要對各階段所選系統(tǒng)內(nèi)的物體進(jìn)行受力分析，弄清哪些是系統(tǒng)內(nèi)部物體之間相互作用的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外物體對系統(tǒng)內(nèi)物體作用

19、的外力。在受力分析的基礎(chǔ)上根據(jù)動量守恒定律條件，判斷能否應(yīng)用動量守恒。,（3）明確所研究的相互作用過程，確定過程的始、末狀態(tài)，即系統(tǒng)內(nèi)各個物體的初動量和末動量的量值或表達(dá)式。注意：在研究地面上物體間相互作用的過程時，各物體運(yùn)動的速度均應(yīng)取地球為參考系。（4）確定好正方向建立動量守恒方程求解。,例．甲、乙兩個小孩各乘一輛冰車在水平冰面上游戲。甲和他的冰車的質(zhì)量共為M=30kg，乙和它的冰車總質(zhì)量也是30kg，游戲時，甲推著一個質(zhì)量為m

20、=15kg的箱子，和他一起以大小為v0=3m/s的速度滑行，乙以同樣大小的速度迎面滑來。為了避免相撞，甲突然將箱子沿冰面推給乙，箱子滑到乙處時乙迅速把它抓住。若不計冰面的摩擦力。求甲至少要以多大的速度（相對于地面）將箱子推出，才能避免與乙相撞。(5.2m/s),16．4 碰 撞 1.認(rèn)識彈性碰撞與非彈性碰撞，并能解決實際問題。  2.認(rèn)識對心碰撞與非對心碰撞。 3．了解微觀粒子的散

21、射。 4.感受不同碰撞的區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、關(guān)愛自然的精神。,問：碰撞過程中動量、機(jī)械能遵守什么樣的規(guī)律？問：在光滑的水平面上，質(zhì)量為m的小球A以速度v0運(yùn)動，質(zhì)量為3m的B球靜止，發(fā)生一維碰撞后，A球碰撞后的速度大小為，求碰后B球的速度？比較碰撞前后系統(tǒng)動能的大??？拓展：若碰后結(jié)合在一起，兩球的速度多大？比較碰撞前后系統(tǒng)動能的大小？ 問：發(fā)生彈性碰撞的物體碰后的速度與什么有關(guān)呢？（1）學(xué)生猜想后演示實驗

22、（2）問：在一光滑水平面上有兩個質(zhì)量分別為、的剛性小球A和B，A以初速度運(yùn)動，B靜止。若它們能發(fā)生碰撞（為一維彈性碰撞），碰撞后它們的速度分別為多少?,拓展：對結(jié)果進(jìn)行討論① m1=m2 ② m1＞＞m2 ③ m1＜＜m2（3）從動力學(xué)角度探究分析上述結(jié)果 例：如圖所示，質(zhì)量為M的重錘自h高處由靜止開始下落，砸到質(zhì)量為m的木楔上沒有彈起，二者一起向下運(yùn)動．設(shè)地層給它們的平均阻力為F，則木楔可進(jìn)入的深度L是多少？

23、問：從運(yùn)動的角度看碰撞有哪些類型？問：非對心碰撞如何應(yīng)用動量守恒定律？,16．5 反沖運(yùn)動 火箭三維目標(biāo)1．進(jìn)一步鞏固動量守恒定律2．知道反沖運(yùn)動和火箭的工作原理，了解反沖運(yùn)動的應(yīng)用3.了解航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 4.培養(yǎng)學(xué)生學(xué)生探索新知識的能力。,（一）引入新課用實驗方法引入新課：實驗1:吹一個氣球，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向?qū)W生飛去，人為制造一點(diǎn)“驚險氣氛”，活躍課堂氛圍。實驗2:小火箭 實驗3

24、:把彎管裝在可以旋轉(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。提問：實驗1、2中，氣球、細(xì)管為什么會向后退呢？實驗3中，細(xì)管為什么會旋轉(zhuǎn)起,問:細(xì)管為什么會向后退？引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)書本，展開討論，得出結(jié)論： 問:反擊式水輪機(jī)的工作原理是什么?引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)書本，展開討論，得出結(jié)論：問:火箭的基本構(gòu)造和工作原理指導(dǎo)學(xué)生看書，對照書上“三級火箭”圖，介紹火箭的基本構(gòu)造和工作原理。播放課前準(zhǔn)備的有關(guān)衛(wèi)星發(fā)射等電視錄像，使學(xué)

25、生了解航天技術(shù)的發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。,16．6 用動量概念表示牛頓第二定律三維目標(biāo)1．理解動量定理的確切含義和表達(dá)式，知道動量定理適用于變力。2．會用動量定理解釋有關(guān)物理現(xiàn)象，并能掌握一維情況下的計算問題。3.運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)出動量定理表達(dá)式。,演示實驗1：雞蛋落地演示實驗2：緩沖裝置的模擬 用細(xì)線懸掛一個重物，把重物拿到一定高度，釋放后重物下落可以把細(xì)線拉斷，如果在細(xì)線上端拴一段皮筋，再從同

26、樣的高度釋放，就不會斷了。問:用動量概念表示牛頓第二定律F=Δp/ Δt2．動量定理 學(xué)生討論上式變形后的物理意義,得到:物體動量的變化量等于物體所受合外力的沖量，這個結(jié)論叫做動量定理 .,引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，理解動量定理討論總結(jié)： 1.動量定理的研究對象可以為單個質(zhì)點(diǎn)，也可以為若干質(zhì)點(diǎn)組成的系統(tǒng) 2.動量定理不但適用于恒力，也適用于隨時間變化的變力。 3.矢量性  4.對于變力情況，動量定理中的