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人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律教案设计
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这是一份人教版 (2019)选择性必修 第一册3 动量守恒定律教案设计，共9页。教案主要包含了系统 内力和外力，动量守恒定律——理论推导1，动量守恒定律等内容，欢迎下载使用。
课题
动量守恒定律
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
动量守恒定律既适用于宏观世界，也适用于微观世界;既适用于低速运动，又适用于高速运动。它是适用范围比牛顿运动定律更广的一-条普遍规律。本节根据牛顿第三定律和动量定理推导得出:不受外力(或所受合外力为0)的系统，在系统内部相互作用的过程中，系统的总动量于恒。建立在牛顿第三定律及动量定理基础上的理论推导和本章第1节的实验探究相结合，有利于帮助学生更好地理解动量守恒定律，深化对物体之间相互作用规律的理解。动量守恒定律既是本章的核心内容，也是整个高中物理的重点内容。
本节的教学重点是理解动量守恒定律的内容和适用条件，掌握运用动量守恒定律解决问题的步骤，并能应用动量守恒定律解决相关的问题。
教学目标与核心素养
教学目标：
(1)能运用动量定理和牛顿第三定律分析碰撞现象中的动量变化。
(2) 在了解系统、内力和外力的基础上，理解动量守恒定律。
(3)能够运用动量守恒定律分析生产生活中的有关现象。
(4)了解动量守恒定律的普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性。
核心素养：
物理观念：通过学习理解系统、内力、外力的概念。
科学思维：通过理论推导掌握动量守恒定律的确切含义和表达式，知道动量守恒定律的适用条件。
科学探究：通过实例分析，了解动量守恒定律的普遍适用性，会初步利用动量守恒定律解决实际问题。
科学态度与价值观：通过对动量守恒定律的推导和应用，培养学生认真探究、刻苦专研的科学精神。
重点
通过理论推导掌握动量守恒定律的确切含义和表达式，知道动量守恒定律的适用条件。
难点
通过实例分析，了解动量守恒定律的普遍适用性，会初步利用动量守恒定律解决实际问题。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第一节中我们通过分析一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，得出碰撞前后两小车的动量之和不变的结论。对于冰壶等物体的碰撞也是这样的吗?怎样证明这一结论呢?这是一个普遍的规律吗?
思考问题，讨论如何证明碰撞中的普遍规律。
提出问题，引出新课。
讲授新课
一、系统 内力和外力
1.系统：有相互作用的两个（或两个以上）物体构成一个系统
2.内力：系统中相互作用的各物体之间的相互作用力
3.外力：外部其他物体对系统的作用力
思考：
(1) 碰撞过程中两个小球受力情况如何？
(2)写出两小球速度的变化量，动量的变化量及各自的冲量；
(3)结合牛顿运动定律和动量定理，请你推导出一个最终的表达式。
二、动量守恒定律——理论推导1：牛顿运动定律
二、动量守恒定律——理论推导2：动量定理
三、动量守恒定律
1、内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。
2、表达式
3、适用条件
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件）
(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
思考
A、B 两辆小车之间连接一根被压缩了的弹簧后用细线栓住，现烧断细线。
若地面光滑，则烧断细线后，系统动量是否守恒？
注意
1.确定研究对象 (系统),区分内力和外力.从而判断所选择的系统动量是否守恒。
2.在系统总动量一定(守恒)的情况下,系统中每个物体的动量可以发生很大的变化。
应用动量守恒定律的注意点
(1)系统性：动量守恒定律是对一个系统而言的，具有系统的整体性，而对物体系统的一部分，动量守恒定律不一定适用。
(2)矢量性：选取正方向，与正方向同向的为正，与正方向反向的为负，方向未知的，设与正方向同向，结果为正时，方向即于正方向相同，否则，与正方向相反。
(3)瞬(同)时性: 动量是一个瞬时量，动量守恒是指系统任意时刻动量守恒。方程左边是作用前某一时刻各物体的动量的和，方程右边是作用后某时刻系统各物体动量的和。不是同一时刻的动量不能相加。
(4)相对性：由于动量的大小与参照系的选择有关，因此在应用动量守恒定律时，应注意各物体的速度必须是相对同一参照物的。
(5)普适性：是一个独立的实验规律,它适用于目前为止物理学研究的一切领域。
例题1：在列车编组站里，一辆 m1 = 1.8×104 kg 的货车在平直轨道上以 v1 = 2 m/s 的速度运动，碰上一辆 m2 = 2.2×104 kg 的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，求货车碰撞后的运动速度。
①本题中相互作用的系统是什么？
②分析系统受到哪几个外力的作用？是否符合动量守恒的条件？
③ 本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？
解析：沿碰撞前货车运动的方向建立坐标轴，有v1 = 2 m/s，设两车结合后的速度为v 。
两车碰撞前的总动量为：
两车碰撞后的总动量为：
由动量守恒定律可得：
所以，代入数据得v=0.9m/s。
例题2：一枚在空中飞行的火箭，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，燃料即将耗尽。火箭在该点突然炸裂成两块，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 。
火箭炸裂前的总动量为
炸裂后的总动量为
根据动量守恒定律可得：
解出。
若m=10kg,m1=4kg;v的大小为900m/s,v1的大小为300m/s，则v2的大小为多少？
代入数据解得v2=1700m/s
应用动量守恒定律解题的基本步骤和方法
⑴分析题意，确定研究对象；
⑵分析作为研究对象的系统内各物体的受力情况，分清内力与外力,确定系统动量是否守恒；
⑶在确认动量守恒的前提下，确定所研究的相互作用过程的始末状态，规定正方向，确定始、末状态的动量值的表达式；
⑷列动量守恒方程；
⑸求解，如果求得的是矢量，要注意它的正负，以确定它的方向.
课堂练习1、两个磁性很强的磁铁，分别固定在甲、乙两辆小车上，甲车的总质量为4kg，乙车的总质量为2kg。甲、乙两辆小车放在光滑的水平面上，它们相向运动，甲车的速度是5m/s，方向水平向右；乙车的速度是3m/s,方向水平向左。由于两车上同性磁极的相互排斥，某时刻乙车向右以8m/s的水平速度运动，求此时甲车的速度？
以水平向右方向为正方向
v1=5m/s, v2=-3m/s, v2´=8m/s
根据动量守恒定律：
m1v1+m2v2= m1v1´ +m2v2´
解得：v1 ´ =-0.5m/s
负号表示甲车的速度方向水平向左
课堂练习 2、一辆平板车停止在光滑水平面上，车上一人用大锤敲打车的左端，如下图所示，在锤的连续敲打下，这辆平板车将( )
A、左右来回运动
B、向左运动
C、向右运动
D、静止不动
解析：对人、铁锤和平板车组成的系统，系统外力之和为0，系统总动量守恒。
当锤头打下去时，锤头向右运动，车就向左运动；
举起锤头，锤头向左运动，车就向右运动；
连续敲击时，车就左右运动； 一旦锤头不动，车就会停下。
答案：A
动量守恒定律的普适性
1、动量守恒定律只涉及过程始末两个状态,与过程中力的细节无关。
2、动量守恒定律不仅适用于宏观、低速问题，而且适用于高速、微观的问题。
3、动量守恒定律是一个独立的实验规律,它适用于目前为止物理学研究的一切领域。
思考讨论：如图所示，一个质量是0.2kg的钢球，以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上，入射的角度是45°，碰撞后被斜着弹出，弹出的角度也是45°,速度仍为2m/s。请你用作图的方法求出钢球动量变化的大小和方向。
p'=mv‘=0.2×2=0.4kg·m/s
p=mv=0.2×2=0.4kg·m/s
通过明确碰碰撞情景，明确系统、内力、外力的概念。
思考讨论碰撞过程中的受力情况。
分别用动量定理和牛顿第二定律总结推导。
简述动量守恒定律的内容。
利用动量守恒定律思考问题。
学习掌握动量守恒的特点。
完成课本例题。
通过例题，总结利用动量守恒定律解决实际问题的方法和步骤。
完成课堂练习。
进一步思考讨论问题。
引出系统、内力和外力的概念，为下一步学习动量守恒定律的推导做铺垫。
通过提出问题，引导学生思考讨论，进而推导出动量守恒定律的表达式。
学生总结出动量守恒定律的内容，明确动量守恒定律的适用条件。
提出思考题，让学生学以致用，利用新知识解决实际问题。
通过课本例题，总结动量守恒定律的应用方法。
通过课堂练习，巩固基础知识。
通过思考与讨论，明确动量守恒定律的矢量性。
拓展提高
1、车厢长度为l，质量为m1，静止于光滑的水平面上。车厢内有一质量为m2的物体以初速度v0向右运动，与车厢来回碰撞n次后静止于车厢内，这时车厢的速度为（ ）
A.v0，水平向右
B.0
C.m2v0/(m1+m2)
D.m2v0/ (m1-m2)
答案：C
2、把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平地面上，枪发射出子弹时，关于枪、子弹和小车的下列说法中正确的是（ ）
A.枪和子弹组成的系统动量守恒
B.枪和小车组成的系统动量守恒
C.若忽略不计子弹和枪筒间的摩擦，枪、小车和子弹组成的系统动量才近似守恒
D.枪、子弹和小车组成的系统动量守恒
答案：D
3、一辆装有沙子总质量为M的车厢，正以速度v在光滑的水平轨道上前进，车厢底部中间不断地由沙子漏出，问在漏沙子过程中，车厢的速度任何变化？
解析：以漏出的沙子与车厢为相互作用的系统，设漏出的沙子质量为m，在水平方向上不受外力，漏出的沙子与车厢原来具有相同的水平速度v。
由动量守恒定律：Mv=mv+(M-m) v′.
所以：v′=v，即车厢的速度不变。
完成拓展提高练习题。
通过完成练习，巩固基础知识。
课堂小结
动量守恒定律的推导
动量守恒定律表达式
动量守恒定律的应用
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识，构建知识框架。
板书
课题
动量守恒定律
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
动量守恒定律既适用于宏观世界，也适用于微观世界;既适用于低速运动，又适用于高速运动。它是适用范围比牛顿运动定律更广的一-条普遍规律。本节根据牛顿第三定律和动量定理推导得出:不受外力(或所受合外力为0)的系统，在系统内部相互作用的过程中，系统的总动量于恒。建立在牛顿第三定律及动量定理基础上的理论推导和本章第1节的实验探究相结合，有利于帮助学生更好地理解动量守恒定律，深化对物体之间相互作用规律的理解。动量守恒定律既是本章的核心内容，也是整个高中物理的重点内容。
本节的教学重点是理解动量守恒定律的内容和适用条件，掌握运用动量守恒定律解决问题的步骤，并能应用动量守恒定律解决相关的问题。
教学目标与核心素养
教学目标：
(1)能运用动量定理和牛顿第三定律分析碰撞现象中的动量变化。
(2) 在了解系统、内力和外力的基础上，理解动量守恒定律。
(3)能够运用动量守恒定律分析生产生活中的有关现象。
(4)了解动量守恒定律的普遍适用性和牛顿运动定律适用范围的局限性。
核心素养：
物理观念：通过学习理解系统、内力、外力的概念。
科学思维：通过理论推导掌握动量守恒定律的确切含义和表达式，知道动量守恒定律的适用条件。
科学探究：通过实例分析，了解动量守恒定律的普遍适用性，会初步利用动量守恒定律解决实际问题。
科学态度与价值观：通过对动量守恒定律的推导和应用，培养学生认真探究、刻苦专研的科学精神。
重点
通过理论推导掌握动量守恒定律的确切含义和表达式，知道动量守恒定律的适用条件。
难点
通过实例分析，了解动量守恒定律的普遍适用性，会初步利用动量守恒定律解决实际问题。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
第一节中我们通过分析一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，得出碰撞前后两小车的动量之和不变的结论。对于冰壶等物体的碰撞也是这样的吗?怎样证明这一结论呢?这是一个普遍的规律吗?
思考问题，讨论如何证明碰撞中的普遍规律。
提出问题，引出新课。
讲授新课
一、系统 内力和外力
1.系统：有相互作用的两个（或两个以上）物体构成一个系统
2.内力：系统中相互作用的各物体之间的相互作用力
3.外力：外部其他物体对系统的作用力
思考：
(1) 碰撞过程中两个小球受力情况如何？
(2)写出两小球速度的变化量，动量的变化量及各自的冲量；
(3)结合牛顿运动定律和动量定理，请你推导出一个最终的表达式。
二、动量守恒定律——理论推导1：牛顿运动定律
二、动量守恒定律——理论推导2：动量定理
三、动量守恒定律
1、内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。
2、表达式
3、适用条件
(1)系统不受外力；(理想条件)
(2)系统受到外力，但外力的合力为零；(实际条件)
(3)系统所受外力合力不为零，但系统内力远大于外力，外力相对来说可以忽略不计，因而系统动量近似守恒；(近似条件）
(4)系统总的来看虽不符合以上三条中的任何一条，但在某一方向上符合以上三条中的某一条，则系统在这一方向上动量守恒.(单向条件)
思考
A、B 两辆小车之间连接一根被压缩了的弹簧后用细线栓住，现烧断细线。
若地面光滑，则烧断细线后，系统动量是否守恒？
注意
1.确定研究对象 (系统),区分内力和外力.从而判断所选择的系统动量是否守恒。
2.在系统总动量一定(守恒)的情况下,系统中每个物体的动量可以发生很大的变化。
应用动量守恒定律的注意点
(1)系统性：动量守恒定律是对一个系统而言的，具有系统的整体性，而对物体系统的一部分，动量守恒定律不一定适用。
(2)矢量性：选取正方向，与正方向同向的为正，与正方向反向的为负，方向未知的，设与正方向同向，结果为正时，方向即于正方向相同，否则，与正方向相反。
(3)瞬(同)时性: 动量是一个瞬时量，动量守恒是指系统任意时刻动量守恒。方程左边是作用前某一时刻各物体的动量的和，方程右边是作用后某时刻系统各物体动量的和。不是同一时刻的动量不能相加。
(4)相对性：由于动量的大小与参照系的选择有关，因此在应用动量守恒定律时，应注意各物体的速度必须是相对同一参照物的。
(5)普适性：是一个独立的实验规律,它适用于目前为止物理学研究的一切领域。
例题1：在列车编组站里，一辆 m1 = 1.8×104 kg 的货车在平直轨道上以 v1 = 2 m/s 的速度运动，碰上一辆 m2 = 2.2×104 kg 的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，求货车碰撞后的运动速度。
①本题中相互作用的系统是什么？
②分析系统受到哪几个外力的作用？是否符合动量守恒的条件？
③ 本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？
解析：沿碰撞前货车运动的方向建立坐标轴，有v1 = 2 m/s，设两车结合后的速度为v 。
两车碰撞前的总动量为：
两车碰撞后的总动量为：
由动量守恒定律可得：
所以，代入数据得v=0.9m/s。
例题2：一枚在空中飞行的火箭，质量为m，在某点的速度为v，方向水平，燃料即将耗尽。火箭在该点突然炸裂成两块，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 。
火箭炸裂前的总动量为
炸裂后的总动量为
根据动量守恒定律可得：
解出。
若m=10kg,m1=4kg;v的大小为900m/s,v1的大小为300m/s，则v2的大小为多少？
代入数据解得v2=1700m/s
应用动量守恒定律解题的基本步骤和方法
⑴分析题意，确定研究对象；
⑵分析作为研究对象的系统内各物体的受力情况，分清内力与外力,确定系统动量是否守恒；
⑶在确认动量守恒的前提下，确定所研究的相互作用过程的始末状态，规定正方向，确定始、末状态的动量值的表达式；
⑷列动量守恒方程；
⑸求解，如果求得的是矢量，要注意它的正负，以确定它的方向.
课堂练习1、两个磁性很强的磁铁，分别固定在甲、乙两辆小车上，甲车的总质量为4kg，乙车的总质量为2kg。甲、乙两辆小车放在光滑的水平面上，它们相向运动，甲车的速度是5m/s，方向水平向右；乙车的速度是3m/s,方向水平向左。由于两车上同性磁极的相互排斥，某时刻乙车向右以8m/s的水平速度运动，求此时甲车的速度？
以水平向右方向为正方向
v1=5m/s, v2=-3m/s, v2´=8m/s
根据动量守恒定律：
m1v1+m2v2= m1v1´ +m2v2´
解得：v1 ´ =-0.5m/s
负号表示甲车的速度方向水平向左
课堂练习 2、一辆平板车停止在光滑水平面上，车上一人用大锤敲打车的左端，如下图所示，在锤的连续敲打下，这辆平板车将( )
A、左右来回运动
B、向左运动
C、向右运动
D、静止不动
解析：对人、铁锤和平板车组成的系统，系统外力之和为0，系统总动量守恒。
当锤头打下去时，锤头向右运动，车就向左运动；
举起锤头，锤头向左运动，车就向右运动；
连续敲击时，车就左右运动； 一旦锤头不动，车就会停下。
答案：A
动量守恒定律的普适性
1、动量守恒定律只涉及过程始末两个状态,与过程中力的细节无关。
2、动量守恒定律不仅适用于宏观、低速问题，而且适用于高速、微观的问题。
3、动量守恒定律是一个独立的实验规律,它适用于目前为止物理学研究的一切领域。
思考讨论：如图所示，一个质量是0.2kg的钢球，以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上，入射的角度是45°，碰撞后被斜着弹出，弹出的角度也是45°,速度仍为2m/s。请你用作图的方法求出钢球动量变化的大小和方向。
p'=mv‘=0.2×2=0.4kg·m/s
p=mv=0.2×2=0.4kg·m/s
通过明确碰碰撞情景，明确系统、内力、外力的概念。
思考讨论碰撞过程中的受力情况。
分别用动量定理和牛顿第二定律总结推导。
简述动量守恒定律的内容。
利用动量守恒定律思考问题。
学习掌握动量守恒的特点。
完成课本例题。
通过例题，总结利用动量守恒定律解决实际问题的方法和步骤。
完成课堂练习。
进一步思考讨论问题。
引出系统、内力和外力的概念，为下一步学习动量守恒定律的推导做铺垫。
通过提出问题，引导学生思考讨论，进而推导出动量守恒定律的表达式。
学生总结出动量守恒定律的内容，明确动量守恒定律的适用条件。
提出思考题，让学生学以致用，利用新知识解决实际问题。
通过课本例题，总结动量守恒定律的应用方法。
通过课堂练习，巩固基础知识。
通过思考与讨论，明确动量守恒定律的矢量性。
拓展提高
1、车厢长度为l，质量为m1，静止于光滑的水平面上。车厢内有一质量为m2的物体以初速度v0向右运动，与车厢来回碰撞n次后静止于车厢内，这时车厢的速度为（ ）
A.v0，水平向右
B.0
C.m2v0/(m1+m2)
D.m2v0/ (m1-m2)
答案：C
2、把一支枪水平固定在小车上，小车放在光滑的水平地面上，枪发射出子弹时，关于枪、子弹和小车的下列说法中正确的是（ ）
A.枪和子弹组成的系统动量守恒
B.枪和小车组成的系统动量守恒
C.若忽略不计子弹和枪筒间的摩擦，枪、小车和子弹组成的系统动量才近似守恒
D.枪、子弹和小车组成的系统动量守恒
答案：D
3、一辆装有沙子总质量为M的车厢，正以速度v在光滑的水平轨道上前进，车厢底部中间不断地由沙子漏出，问在漏沙子过程中，车厢的速度任何变化？
解析：以漏出的沙子与车厢为相互作用的系统，设漏出的沙子质量为m，在水平方向上不受外力，漏出的沙子与车厢原来具有相同的水平速度v。
由动量守恒定律：Mv=mv+(M-m) v′.
所以：v′=v，即车厢的速度不变。
完成拓展提高练习题。
通过完成练习，巩固基础知识。
课堂小结
动量守恒定律的推导
动量守恒定律表达式
动量守恒定律的应用
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识，构建知识框架。
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