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(选必1)第1章第1节实验:探究碰撞中的不变量—动量(教案2)

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人教版高中物理选择性必修1第1章第1节实验:探究碰撞中的不变量动量教学设计
课题
实验:探究碰撞中的不变量——动量
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
本节教材以寻求碰撞中的不变量为线索,通过演示两个完全相同钢球的对心碰撞,让学生对碰撞中的不变量提出猜想。为了判断猜想是否正确,改变实验条件,再进行两个质量不同、大小相同的钢球的对心碰撞。当猜想被否定之后,再设计新的实验方案进行研究。通过从特殊到一般,从定性到定量的多轮问题——猜想——实验方案设计——证据收集一数据分析——得出结论的科学探究过程,逐步达到对不变量的正确认识。教材的这一编写 思想体现了科学探究的基本方法与严谨求真的科学态度。教学时要引导学生充分经历和体验这一探究过程。
教材的主要意图在于体现寻求守恒量是科学研究的一条路径, 沿着这一路径, 定义动量概念就是水到渠成的。学生在学习初中和高中物理时,已经了解了动能、速度、质量等相关概念和质量守恒、电荷守恒、机械能守恒等相关规律,这为学生寻求碰撞中的不变量提供了扎实的基础。
教学目标与核心素养
物理观念:通过学习动量和动量变化量的概念及其矢量性,会计算一维情况下的动量变化量。
科学探究:通过实验用不同的方法探究碰撞中的不变量。
科学思维:通过实例掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法。
科学态度与价值观:通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式,培养实事求是的探究精神。
重点
动量和动量变化量的概念及其矢量性,会计算一维情况下的动量变化量。
难点
通过实例掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
用两根长度相同的线绳,分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置。
拉起A球,然后放开,该球与静止的B球发生碰撞。可以看到,碰撞后A球停止运动而静止,B球开始运动,最终摆到和A球拉起时同样的高度。为什么会发生这样的现象呢?

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观看汽车碰撞实验视频。

通过观察视频,让学生对碰撞产生感性认识。
讲授新课
一、寻求实验中的不变量
思考:碰撞有什么特点呢?
碰撞的特点:
1、相互作用时间极短;
2、相互作用力极大,即内力远大于外力;
3、速度都发生变化.
思考讨论:
(1)用两根长度相同的线绳,分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置,拉起A球,然后放开,球与静止的B球发生碰撞。可以看到,碰撞后A球停止运动而静止, B球开始运动,最终摆到和A球拉起时同样的高度。
(2)将上面的A球换成大小相同的C球,使C球的质量大于B球,拉起C球至某一高度后释放, 撞击静止的B球。可以看到,碰撞后B球获得较大的速度,摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。为什么会发生这样的现象呢?

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实验如图,两辆小车都放在滑轨上,用一辆运动的小车碰撞一辆静 止的小车,碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的光电计时器测量。下表中的数据是某次实验时采集的。其中, m1是运动小车的质量, m2是静止小车的质量; v是运动小车碰撞前的速度,v' 是碰撞后两辆小车的共同速度。

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思考讨论:
①计算比较碰撞前后两辆小车动能之后是否变化;
②计算比较碰撞前后两辆小阵质量与速度的乘积之和是否变化。
结论:
<Object: word/embeddings/oleObject1.bin>
在碰撞前后系统各部分的“mv”(矢量,要考虑方向)的总和是一个定值,我们给“mv”一个名称叫动量P。
二、动量
1. 定义:在物理学中,把物体的质量 m 和速度 ʋ的乘积叫做物体的动量 p,用公式表示为p = mʋ
2. 单位:
在国际单位制中,动量的单位是千克•米每秒,符号是 kg•m/s
3. 对动量的理解
(1) 矢量性:方向由速度方向决定,与该时刻的速度方向相同
(2) 瞬时性:是状态量,与某一时刻相对应。速度取瞬时速度。
(3) 相对性:与参考系的选择有关,一般以地球为参考系。速度v为物体的对地速度
4.  动量的变化( Δ p)
(1)定义:在某个过程中,物体的末动量与初动量的矢量差叫做物体动量的变化。
(2)表达式: Δ p = p2 - p1 = mʋ2 - mʋ1 = mΔʋ
①动量的变化等于末状态动量减初状态的动量,其方向与Δʋ的方向相同:(在同一直线上,采用代数运算)
②动量的变化也叫动量的增量或动量的改变量。
不在同一直线上的动量变化的运算,遵循平行四边形定则:

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5.试讨论以下几种运动的动量变化情况
(1)物体做匀速直线运动
(2)物体做自由落体运动
(3)物体做平抛运动
(4)物体做匀速圆周运动
课堂练习:
例题1:一个质量是0.1kg的钢球,以6m/s的速度水平向右运动,碰到一块坚硬的障碍物后被弹回,沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动,碰撞前后钢球的动量有没有变化?变化了多少?方向如何?

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解:取水平向右的方向为正方向,碰撞前钢球的速度v1=6m/s, 碰撞前钢球的动量为
p1 = mv1 =0.1×6kg·m/s =0.6kg·m/s.
碰撞后钢球的速度为v2= - 6m/s,碰撞后钢球的动量为: p2= mv2 =-0.1×6kg·m/s=- 0.6kg·m/s
p = p2- p =-0.6kg·m/s- 0.6kg·m/s=-1.2kg·m/s, 且动量变化的方向向左。
对比动量和动能

4983993a2d3e13e86a36fcdd76629117.png        动量发生变化时,动能不一定发生变化,动能发生变化时,动量一定发生变化。
课堂练习1、如图所示,利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量,已知遮光片的宽度为L,两滑块质量分别为mA和mB,开始时滑块A和B相向运动,经过光电门的时间各自为ΔtA和Δ tB,碰撞后,滑块B和A先后以Δ tB′和Δ tA′ 经过右侧光电门,如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变,则可用题中条件写出所满足的关系式是_____________________________

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课堂练习2、某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量,则下列说法正确的是(                )
A.悬挂两球的细绳长度要适当,且等长。
B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度。
C.两小球必须都是钢性球,且质量相同。
D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动。

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答案:ABD
思考总结碰撞的特点。
结合实验现象,总结实验规律,提出实验猜想。
结合思考问题,梳理实验方法和步骤。
回顾梳理学习过的测量速度的方法。
完成实验,记录并处理数据。
学习动量的含义及性质。思考几种常见的运动形式的动量的变化情况。
对比动能和动量。
完成课堂练习。
提高学生思考观察的能力。
采用问题的方式,增加学生对实验的思考深度。
总结测速方法,提高学生的知识归纳总结能力。
学生动手实验,提高学生的实验操作能力。
通过实验,总结出碰撞过程中的不变量,让学生更好的理解动量的含义。
通过对不同形式动量的思考,更好的掌握动量的含义。
对比易混淆的物理量,让学生更好的区分动能和动量。
拓展提高
1、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验:在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速运动.然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速运动,他设计的具体装置如图所示.在小车A后连着纸带,电磁打点计时器电源频率为50Hz,测得小车A的质量(包括橡皮泥)为310g,小车B的质量为205g,计算可知,两小车相互作用前质量与速度的乘积之和为_______kg·m/s;两小车相互作用以后质量与速度的乘积之和为_______ kg·m/s(保留三位有效数字)。两结果不完全相等的主要原因是______________________________________________

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解析:小车的A速度<Object: word/embeddings/oleObject2.bin>
mAv1=0.310×2 kg·m/s =0.620 kg·m/s
AB相碰并粘合成一体速度<Object: word/embeddings/oleObject3.bin>
(mA+mB)v2=(0.310+0.205)×1.2 kg·m/s=0.618 kg·m/s
做一做:让一位同学把一个充气到直径1.5m 。左右的大乳胶气球,以某一速度水平投向你,请你接住。把气放掉后气球变得很小,再把气球以相同的速度投向你。两种情况下,你的体验有什么不同?这是为什么呢?

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完成拓展提高练习题和做一做。
通过拓展提高和做一做,巩固基础知识。
课堂小结
一、物体速度的测量方法
1、光电门测速2、单摆测速
3、打点计时器测速4、频闪照片测速
5、平抛运动测速
二、动量
1、定义
2、动量变化量
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识,形成知识框架。
板书

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