1.3 动量守恒定律 教材分析课件 -2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

第三节 动量守恒定律 一 、教材分析 “动量守恒定律”是人教版普通高中物理新教材选择性必修第一册第一章第三节的内容，在这一章当中有着承前启后的作用，既是对前面两节“动量”、“动量定理”的进一步深化，又是后三节“实验：验证动量守恒定律”、“弹性碰撞和非弹性碰撞”和“反 冲现象、火箭”的基础，并且在整个高中物理课程的学习中占有重要地位，是自然界最普遍的规律之一。 课标要求：通过理论推导和实验，理解动量守恒定律，能够用其解释生产生活中的有关现象。知道动量守恒定律的普适性。 大概念 “动量守恒”。 二、学情分析 学生原有的知识有：什么是动量、对动量的基本认识、具备了一定的实验能力和推理假设能力，这是进行模型建构的部分基础条件，以及能应用动量定理解决一定的实际问题，但并不明确在碰撞时系统动量守恒这一思想。 三、教学目标 物理观念：（1）通过理论推导发现物体相互作用过程中存在的守恒量，进一步强化相互作用观念； （2）通过获得动量守恒的过程，进一步强化守恒观念，理解在不受外力或所受外力矢量和为零的系统中，总动量保持恒定的本质。 科学思维：（1）经历动量守恒定律的理论推导过程，体会利用已有知识获得新知识的过程； （2）利用动量定理和牛顿第三定律推导动量守恒定律，掌握逻辑推理的物理方法。 科学探究：通过理论推导发现物体相互作用中存在的守恒量，经历动量守恒定律的理论探究发现过程； 科学态度与责任：学生体会物理规律反映出的自然世界的秩序，培养学生的科 学态度与责任 。 四、教学重难点 教学重点： 让学生掌握动量守恒定律并与实际生活相联系 ，将其运用到特定的运动场景之中，解决实际问题。 教学难点： 让学生通过猜想、推导、验证的方式理解并掌握动量守恒定律 。 五、教学过程 环节一：温故知新——问题引入 问题 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，得出碰撞前后两辆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吗？怎样证明这一结论呢？这是一个普遍的规律吗？ 环节二：理论探究——模型构建 在光滑的水平面上，有两个质量分别为m1、m2的小球Ａ、Ｂ正在做匀速运动，如图１所示，它们的速度分别为v1、v2，且v2＞v1，请猜想某一时刻后这两个小球的运动状态 。 情境1：小球Ａ与小球Ｂ仍以其原速度v1、v2继续做匀速运动。 情境2：小球Ｂ与小球Ａ碰撞后分别以不同的速度做匀速运动。 教师：肯定学生提出的两种可能情境，都是合理的，因为时间的不确定会出现这样的情况。肯定之后，就要进一步引发学生深入思考——设某一时刻小球Ａ与小球Ｂ碰撞了，碰撞小球的速度是否一定会发生变化？在这个系统中有什么物理量是一直保持不变的？ 猜想 设计意图：通过一个简单物理模型的创建让学生对运动过程中物理量的变化进行猜想，有利于培养学生的探究性思维。让学生对整个运动系统中可能因碰撞发生变化的物理量有全方位的掌握，便于后面对动量守恒定律进行验证与总结。 猜想1 碰撞之后小球的速度没有发生变化，在这个系统中两个小球的质量、各自的速度都保持不变。 猜想2 碰撞之后小球的速度一定发生了变化，在这个系统中只有两个小球的质量保持不变。 猜想3 碰撞之后小球的速度一定发生了变化，在这个系统中除了两个小球的质量保持不变，两个小球的速度之和也保持不变，即v1+v2=v1’+v2’。 猜想4 碰撞之后小球的速度一定发生了变化，在这个系统中两个小球速度与各自质量的乘积之和保持不变，即m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’ 环节三：理论验证——总结规律 动量定理 （定正方向） 牛顿第三运动定律 m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’ = =-() 深度思考 碰撞前后满足动量之和不变的两个物体的受力情况如何？ F1 F2 mg mg N1 N1 ①系统：在物理学中所研究的对象，称为系统。 （m1，m2） ②内力：属于同一个系统内，它们之间的力。 （F1，F2） ③外力：系统以外的物体施加的力。 （重力与支持力） 如果一个系统不受外力或受外力的矢量和为零，这个系统的总动量保持不变。 系统初动量=系统末动量 ①不受外力或受外力矢量和为零。 (理想条件) ②系统的内力远大于外力，可忽略外力，系统的总动量守恒。 (近似条件） m1v1+m2v2= m1v'1+m2v'2 总结规律 课本例题 例1：在列车编组站，一辆质量为1.8×104kg的货车在平直轨道上以2m/s的速度运动，碰上一辆质量为2.2×104kg的静止的货车，他们碰撞后结合在一起继续运动。求货车碰撞后运动的速度？ 解： 以两车厢为研究对象，取碰撞前火车运动的方向为正方向。 初动量 = 末动量 物块1 物块2 物块1 物块2 m1v1 0 （m1+m2）v （m1+m2）v=m1v1 系统动量守恒： 解得： =0.9m/s 课本例题 例2：一枚在空中飞行的火箭，质量为m，在某时刻的速度为v，方向水平，燃料即将耗尽。此时，火箭突然炸裂成两块，其中质量为m1一块沿着与v相反的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。 解：以火箭为研究对象，取爆炸前火箭运动的方向为正方向。 m-m1 初动量 = 末动量 物块1 物块2 物块1 物块2 mv m1v1 （m-m1）v2 m1v1+（m-m1）v2=mv 系统动量守恒： 解得： 拓展、动量守恒定律的普适性 高速领域 微观领域 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。适用范围非常广泛。 环节四、巩固练习 1、质量为和的两个物体在光滑水平面上正碰，其位置坐标随时间变化的图像如图所示．下列说法正确的是（） A．碰撞前的速率大于的速率 B．碰撞后的速率大于的速率 C．碰撞后的动量大于的动量 D．碰撞后的动能小于的动能 【答案】C 【解析】A、图像的斜率为物体的速度，由图可知，碰前静止，速度为，故A错误； B、根据斜率可知，碰撞后的速率为，的速率为，负号说明反向弹回，二者速度大小相等，故B错误； C、碰撞后反向弹回，以开始时的方向为正方向，由动量守恒定律可知，，代入数据解得，，由速度大小相等，得到碰撞后的动量大于的动量，故C正确； D、由动能的定义可知，的动能，的动能，因为，，所以碰撞后的动能大于的动能，故D错误 故选：C 2、如图所示，水平地面上固定着光滑斜槽，斜槽的末端和粗糙地面平滑连接，设物块通过连接处时速率不发生改变。质量m1=0.4kg的物块A从斜槽上端距水平地面高度h=0.8m处由静止下滑，并与静止在斜槽末端的质量m2=0.8kg的物块B相碰，相碰后物块A立即停止运动，物块B滑行一段距离后停止运动。取重力加速度g=10m/s2，两物块均可视为质点。求： （1）物块A与物块B碰撞前瞬间的速度大小。 （2）物块A与物块B碰撞过程中A、B系统损失的机械能。 （3）滑动摩擦力对物块B做的功。 【答案】（1）4m/s；（2）1.6J；（3）-1.6J 【解析】（1）物块A与物块B碰撞前，根据动能定理有，解得m/s （2）物块A与物块B碰撞过程中，根据动量守恒定律有 根据能量守恒定律有，解得J （3）B运动到停止的过程中，根据动能定理有，解得J 3、如图所示，小物块、的质量均为，静止在轨道水平段的末端。以水平速度与碰撞，碰后两物块粘在一起水平抛出。抛出点距离水平地面的竖直高度为，两物块落地点距离轨道末端的水平距离为，取重力加速度。求： （1）两物块在空中运动的时间 （2）两物块碰前的速度的大小 （3）两物块碰撞过程中损失的机械能△。 【答案】（1）（2）（3） 【解析】（1）竖直方向为自由落体运动，由，代入数据解得 （2）设、碰后速度为，水平方向为匀速运动，由，代入数据解得 根据动量守恒定律，规定向右为正方向，由，得 （3）两物体碰撞过程中损失的机械能△，代入数据解得△ 六、教学反思与建议 1、教学中注重从动量定理和牛顿第三运动定律角度让学生完成基本关系式的推导，完成动量守恒定律的理论论证。 2、要引导学生充分认识动量守恒定律的成立条件。通过对比动量守恒定律和机械能守恒定律成立条件的不同，树立条件意识。 3、要注重关系式成立前提认识和理解，避免机械的背公式、套公式。 4、要引导学生充分认识动量守恒定律普适性的意义。 谢 谢 聆 听！ $$