黃代洪 2023年2月20
選修3-5教案
第一章動量守恆研究
新課標要求
（1）**物體彈性碰撞的一些特點，知道彈性碰撞和非彈性碰撞；
（2）通過實驗，理解動量和動量守恆定律，能用動量守恆定律定量分析一維碰撞問題，知道動量守恆定律的普遍意義；
例1： 火箭的發射利用了反衝現象。
例2： 收集資料，了解中子是怎樣發現的。討論動量守恆定律在其中的作用。
（3）通過物理學中的守恆定律，體會自然界的和諧與統一。
第一節動量定理
三維教學目標
1、知識與技能：知道動量定理的適用條件和適用範圍；
2、過程與方法：在理解動量定理的確切含義的基礎上正確區分動量改變量與衝量；
3、情感、態度與價值觀：培養邏輯思維能力，會應用動量定理分析計算有關問題。
教學重點：動量、衝量的概念和動量定理。
教學難點：動量的變化。
教學方法：教師啟發、引導，學生討論、交流。
教學用具：投影片，多**輔助教學裝置。
1、動量及其變化
（1）動量的定義：
物體的質量與速度的乘積，稱為(物體的)動量。記為p=mv 單位：kg·m/s讀作「千克公尺每秒」。
理解要點：
①狀態量：動量包含了「參與運動的物質」與「運動速度」兩方面的資訊，反映了由這兩方面共同決定的物體的運動狀態，具有瞬時性。
大家知道，速度也是個狀態量，但它是個運動學概念，只反映運動的快慢和方向，而運動，歸根結底是物質的運動，沒有了物質便沒有運動.顯然地，動量包含了「參與運動的物質」和「運動速度」兩方面的資訊，更能從本質上揭示物體的運動狀態，是乙個動力學概念。
②向量性：動量的方向與速度方向一致。
綜上所述：我們用動量來描述運動物體所能產生的機械效果強弱以及這個效果發生的方向，動量的大小等於質量和速度的乘積，動量的方向與速度方向一致。
（2）動量的變化量：
1、定義：若運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。
2、指出：動量變化△p是向量。方向與速度變化量△v相同。一維情況下：δp=mδυ= mυ2- mδυ1 向量差
例1：乙個質量是0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運動，碰到乙個堅硬的障礙物後被彈回，沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運動，碰撞前後鋼球的動量有沒有變化？
變化了多少？
2、動量定理
（1）內容：物體所受合外力的衝量等於物體的動量變化
（2）公式：ft ＝ m－mv ＝－
讓學生來分析此公式中各量的意義：
其中f是物體所受合外力，mv是初動量，m是末動量，t是物體從初動量變化到末動量所需時間，也是合外力f作用的時間。
（3）單位：f的單位是n，t的單位是s，p和的單位是kg·m/s（kg·ms-1）。
（4）動量定理不僅適用恒力作用，也適用變力作用的情況（此時的力應為平均作用力）
（5）動量定理不僅適用於巨集觀低速物體，對微觀現象和高速運動仍然適用．
前面我們通過理論推導得到了動量定理的數學表示式，下面對動量定理作進一步的理解。
（6）動量定理中的方向性
例2：質量為m的小球在光滑水平面上以速度大小v向右運動與牆壁發生碰撞後以大小v/2反向彈回，與牆壁相互作用時間為t，求小球對牆壁的平均作用力。
小結：公式ft ＝ m－mv是向量式，計算時應先確定正方向。合外力的衝量的方向與物體動量變化的方向相同。合外力衝量的方向可以跟初動量方向相同，也可以相反。
例3：質量為0.40kg的小球從高3.
20m處自由下落，碰到地面後豎直向上彈起到1.80m高處，碰撞時間為0.040s，g取10m/s2,求碰撞過程中地面對球的平均衝力。
小結：式中的f必須是合外力，因此解題時一定要對研究物件進行受力分析，避免少力的情況。同時培養學生養成分析多過程物理問題的一般方法，分階段法。
學生練習：有乙個物體質量為1kg，以10m/s的初速度水平丟擲，問經過2s時物體的動量的變化量為多大？此時物體還沒落地
小結：利用動量定理不僅可以解決勻變速直線運動的問題，還可以解決曲線運動中的有關問題，將較難計算的問題轉化為較易計算的問題，
總結：1、應用動量定理解題的基本步驟
2、應用動量定理解答時要注意幾個問題，一是向量性，二是f表示合外力。同時動量定理既適用恒力，也適用於變力；既適用直線運動，也適用於曲線運動，
3、動量定理的應用
演示實驗：雞蛋落地
【演示】先讓乙個雞蛋從一公尺多高的地方下落到細沙堆中，讓學生推測一下雞蛋的「命運」，然後做這個實驗，結果發現並沒有象學生想象的那樣嚴重：發現雞蛋不會被打破；然後讓雞蛋從一公尺多高的地方下落到講台上，讓學生推測一下雞蛋的「命運」，然後做這個實驗，結果雞蛋被打破。請學生分析雞蛋的運動過程並說明雞蛋打破的原因。
雞蛋從某一高度下落，分別與硬板和細沙堆接觸前的速度是相同的，也即初動量相同，碰撞後速度均變為零，即末動量均為零，因而在相互作用過程中雞蛋的動量變化量相同。而兩種情況下的相互作用時間不同，與硬板碰時作用時間短，與細沙堆相碰時作用時間較長，由ft=△p知，雞蛋與硬板相碰時作用力大，會被打破，與細沙堆相碰時作用力較小，因而不會被打破。
在實際應用中，有的需要作用時間短，得到很大的作用力而被人們所利用，有的需要延長作用時間(即緩衝)減少力的作用。請同學們再舉些有關實際應用的例子。加強對周圍事物的觀察能力，勤於思考，一定會有收穫。
在實際應用中，有的需要作用時間短，得到很大的作用力，而被人們所利用；有的要延長作用時間而減少力的作用，請同學們再舉出一些有關實際應用的例子，並進行分析。（用鐵鎚釘釘子、跳遠時要落入沙坑中等現象）。
（加強對周圍事物的觀察，勤於思考，一定會有收穫。）
用動量定理解釋現象可分為下列三種情況：
(l)△p一定，t短則f大，t長則f小；
(2) f一定，t短則△p小，t長則△p大；
(3)t一定，f大則△p大，f小則△p小。
例如以下現象並請學生分析。
l、乙個人慢行和跑步時，不小心與迎面的一棵樹相撞，其感覺有什麼不同?請解釋。
2、一輛滿載貨物的卡車和一輛小轎車在同樣的牽引力作用下都從靜止開始獲得相同的速度，哪輛車起動更快?為什麼?
3、人下扶梯時往往一級一級往下走，而不是直接往下跳躍
七、八級，這是為什麼?
第二節動量守恆定律（1）
三維教學目標
1、知識與技能：理解動量守恆定律的確切含義和表示式，知道定律的適用條件和適用範圍；
2、過程與方法：在理解動量守恆定律的確切含義的基礎上正確區分內力和外力；
3、情感、態度與價值觀：培養邏輯思維能力，會應用動量守恆定律分析計算有關問題。
教學重點：動量守恆定律。
教學難點：動量守恆的條件。
教學方法：教師啟發、引導，學生討論、交流。
教學用具：投影片，多**輔助教學裝置。
（一）引入
演示：（1）撞球由於兩球碰撞而改變運動狀態。
（2）微觀粒子之間由於相互碰撞而改變狀態，甚至使得一種粒子轉化為其他粒子。
碰撞是日常生活、生產活動中常見的一種現象，兩個物體發生碰撞後，速度都發生變化。兩個物體的質量比例不同時，它們的速度變化也不一樣。物理學中研究運動過程中的守恆量具有特別重要的意義，本節通過實驗**碰撞過程中的什麼物理量保持不變（守恆）。
（二）進行新課
1、實驗**的基本思路
（1） 一維碰撞
我們只研究最簡單的情況——兩個物體碰撞前沿同一直線運動，碰撞後仍沿同一直線運動。這種碰撞叫做一維碰撞。
演示：如圖所示，a、b是懸掛起來的鋼球，把小球a拉起使其懸線與豎直線夾一角度a，放開後a球運動到最低點與b球發生碰撞，碰後b球擺幅為β角，如兩球的質量ma=mb，碰後a球靜止，b球擺角β=α，這說明a、b兩球碰後交換了速度；
如果ma>mb，碰後a、b兩球一起向右擺動；
如果ma 以上現象可以說明什麼問題？
結論：以上現象說明a、b兩球碰撞後，速度發生了變化，當a、b兩球的質量關係發生變化時，速度變化的情況也不同。
（2）追尋不變數
在一維碰撞的情況下與物體運動有關的量只有物體的質量和物體的速度。設兩個物體的質量分別為m1、m2，碰撞前它們速度分別為v1、v2，碰撞後的速度分別為、，規定某一速度方向為正。碰撞前後速度的變化和物體的質量m的關係，我們可以做如下猜測：
分析： ①碰撞前後物體質量不變，但質量並不描述物體的運動狀態，不是我們追尋的「不變數」。
②必須在各種碰撞的情況下都不改變的量，才是我們追尋的不變數。
2、實驗條件的保證、實驗資料的測量
（1）實驗必須保證碰撞是一維的，即兩個物體在碰撞之前沿同一直線運動，碰撞之後還沿同一直線運動；
（2）用天平測量物體的質量；
（3）測量兩個物體在碰撞前後的速度。
測量物體的速度可以有哪些方法？
總結： 速度的測量：可以充分利用所學的運動學知識，如利用勻速運動、平拋運動，並借助於斜槽、氣墊導軌、打點計時器和紙帶等來達到實驗目的和控制實驗條件。
如圖所示，圖中滑塊上紅色部分為擋光板，擋光板有一定的寬度，設為l，氣墊導軌上黃色框架上安裝有光控開關，並與計時裝置相連，構成光電計時裝置。
當擋光板穿入時，將光擋住開始計時，穿過後不再擋光則停止計時，設記錄的時間為t，則滑塊相當於在l的位移上運動了時間t，所以滑塊勻速運動的速度v=l/t。
3、實驗方案
（1）用氣墊導軌作碰撞實驗（如圖所示）
實驗記錄及分析（a-1）
實驗記錄及分析（a-2）
實驗記錄及分析（a-3）
實驗記錄及分析（b）
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