第四节 动量守恒定律的应用（表格式教学设计）物理粤教版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦动量守恒定律的应用，通过坦克发射炮弹动态图片导入设问，以冰壶运动案例衔接动量守恒定律，搭建“理论-案例-建模”学习支架，深化运动与相互作用及能量观念。 特色在于实验驱动与素养融合，反冲小车模拟火箭发射（科学探究），典例分析爆炸问题（科学思维），结合我国航天技术发展（科学态度），形成“情境-探究-应用”教学链，助力学生提升模型建构与推理能力，为教师提供丰富实例与实验设计，提升教学效率。

第四节　动量守恒定律的应用 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第四节　动量守恒定律的应用 教学 目标 物理观念 通过实验认识反冲运动，知道反冲物体间的运动、能量等关系;能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释，深化相互作用与运动观和能量观。 科学思维 通过分析反冲运动的特点建构相应的物理模型，并能用动量守恒定律解决有关反冲运动的问题，掌握从多种现象中建立模型、得出规律的科学思维方法。 科学探究 通过物理模型，知道火箭的飞行原理和主要用途，感受物理的使用价值;通过对实例的分析，进一步提高运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力，体会物理就在身边。 科学态度 与责任 了解航天技术的发展和应用，了解我国火箭技术的发展情况，增强民族自豪感和社会责任心。 教学 重难点 1.了解反冲现象及反冲现象在生活中的应用(难点)。 2.理解火箭的飞行原理，能够应用动量守恒定律分析火箭飞行的问题(重点)。 3.能运用动量守恒定律解决“爆炸问题”(重点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：在坦克发射炮弹时，车身会向后运动一下。（展示动态图片） 思考：坦克后座为什么要加固，发射炮弹时，车身为啥会向后移动？学完这节课的内容，大家就清楚了。 学生讨论，思考问题。 新课讲授 一、动量守恒定律的应用 教师：展示案例： 情景：冰壶运动是在冰上进行的一种投掷性竞赛项目，为冬奥会比赛项目。掷壶队员手持冰壶从本垒圆心向前的速度v0=1m/s，至前卫线冰壶出手瞬间，冰壶在水平方向上相对于手的速度v1=2 m/s，设掷壶队员的质量为M=60kg，冰壶的质量m=20kg。冰面的摩擦力可以忽略不计。 提问：（1）掷壶队员与冰壶组成的系统的动量守恒吗？ （2）冰壶出手后，掷壶队员的速度是如何变化的？ 学生：（1）掷壶队员与冰壶组成的系统动量守恒； （2）冰壶出手后，掷壶队员会继续向前运动。 教师：能通过计算具体说明一下吗？ 学生：掷壶队员与冰壶组成的系统在水平方向上动量守恒，根据动量守恒定律： 得： 代入数据得： 方向不变。 教师：冰壶运动除了上述掷壶过程遵守动量守恒定律，还有哪些过程也遵守动量守恒定律？请和同学一起深入研究，建立相应的物理模型进行定量分析，并与其他同学分享。 学生：冰壶碰撞过程中，两个冰壶组成的系统动量守恒。因为冰壶与冰面间的动摩擦因素很小，摩擦力很小；且冰壶碰撞时间极短，内力远远大于外力，故摩擦力可以忽略不计，可认为系统所受合外力为零。 物理建模：两个小球的相互碰撞。如图： 教师：试归纳一下动量守恒定律应用的一般解题步骤。 学生：（1）找：研究对象（系统包括那几个物体）+研究过程； （2）析：分离分析，判断系统动量是否守恒（或在某一方向上是否守恒）； （3）定：规定正方向，确定初末状态动量的正负，画好分析图； （4）列：根据动量守恒定律列方程； （5）算：合力运算求结果，并对结果进行分析。 教师：应用动量守恒定律时应注意些什么？ 学生：（1）动量是矢量，相互作用的物体组成的系统的总动量是指组成系统的所有物体的动量的矢量和，而不是代数和。在具体计算时，经常采用正交分解法。 （2）在合外力为零时，系统的总量保持不变，系统的内力只能改变系统内物体的动量,却不能改变系统的总动量。在合外力不为零时，系统的总动量就会发生改变,但在垂直于合外力方向上，系统的动量应保持不变。 (3)在处理实际问题时，若系统受到的合外力不为零，而内力远远大于外力,仍可以把它当作合外力为零进行处理，运用动量守恒定律解决问题如遇到碰撞、爆炸等时间极短的问题时，可忽略外力，系统动量近似认为守恒。 （4）动量守恒定律对于分子原子等微观粒子也适用。因此,动量守恒定律是一条基本规律，它比牛顿运动定律的应用更为普遍。 学生结合情景，思考并回答问题。 学生合作讨论，推导得出结果。 新课讲授 二、反冲系列问题 教师：坦克发射炮弹时，动量守恒吗？ 学生：这个过程满足内力远大于外力，所以动量是守恒的。 教师：既然如此，回到我们上课前所提的问题。坦克后座为什么要加固，发射炮弹时，车身为啥会向后移动？能通过计算说说吗？ 学生：如图所示，假设坦克质量为M，当炮管水平时，发射一枚质量为m的炮弹，炮弹的速度为v1，坦克的速度变为v2， 由动量守恒定律有：0＝Mv2＋mv1 得：v2＝- 这说明，坦克的速度与炮弹的速度方向相反，即会坦克向后移动；增大M可以有效减小v2。 教师：非常好！这其实就是我们常说的反冲运动。 师生：共同归纳总结反冲有关内容： 1.定义：如果一个静止的物体在内力作用下分裂成两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这种现象叫作反冲。 2.基本原理：动量守恒定律。如果系统的一部分获得了某一方向的动量，系统的剩余部分就会在这一方向的反方向上获得同样大小的动量； 3.特点： （1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动； （2）反冲运动中物体之间相互作用力很大，且作用时间段，一般满足内力远大于外力，可用动量守恒定律来处理； （3）反冲运动中，有其他形式的能量转化为机械能，所以系统的总动能增加。 教师：航天行动中最重要的运载工具—火箭，其前进动力就是由反冲提供的，请同学们结合教材，简单说说的发射原理。 学生：火箭的飞行应用了反冲的原理，靠喷出的气流的反冲作用来获得巨大的速度。 教师：说得很好！现在我们就来模拟一下火箭发射。 模拟实验：反冲小车停在光滑的桌面上，车上固定一个用胶塞塞住封口的试管。试管内充满空气，用车上的酒精灯加热试管尾端。当试管内的空气达到一定温度时，胶塞从试管口喷出。 提问：设反冲小车总质量为M，胶塞质量为m，胶塞喷出时，胶塞相对于地面的速度为v，此时，小车相对于地面的速度v’是多少？ 由动量守恒定律： 得： 教师：结合这个结果，能得出什么结论？ 学生：火箭喷出的燃料速度越大，喷出的燃料质量与火箭质量之比越大，则火箭获得的速度越大。 教师：现代火箭喷气速度v为：2000-4000m/s，火箭发射时的质量与火箭箭体（除燃料外）之比叫做火箭的质量比。现代火箭的质量之比一般小于10。 学生自设情景，小组合作，推导结果。 新课讲授 三、典例分析 教师：下面，我们一起来分析以下典例。 【典例1】如图所示，在光滑水平面上，有质量分别为和的、两滑块，它们中间夹着一根处于压缩状态的轻质弹簧（弹簧与、不拴连），由于被一根细绳拉着而处于静止状态。当剪断细绳，在两滑块脱离弹簧之后，下述说法正确的是（　　） A．两滑块的动能之比 B．两滑块的动量大小之比 C．两滑块的速度大小之比 D．弹簧对两滑块做功之 【答案】C 【详解】开始整体处于静止状态，当两滑块刚好脱离弹簧时，根据动量守恒定律，两滑块的动量大小之比为，故B错误；由上分析，可得 ，解得， 则两滑块的速度大小之比 ，故C正确；动能的表达式，两滑块的动能之比，故A错误；根据动能定理可知，弹簧对滑块做的功等于滑块的动能变化量，则弹簧对两滑块做功之比为，故D错误。故选C。 【典例2】“爆竹声中一岁除”，爆竹送来浓浓的年味。一质量为0.06kg的爆竹以一定的速度竖直向上运动，当运动到最高点时爆炸成质量之比为的两部分，质量较小的部分速度大小为10m/s，不计空气阻力及爆炸过程中的质量损失，取重力加速度大小，爆竹爆炸后的总动能为（    ） A．2.0J B．2.5J C．1.5J D．1.0J 【答案】C 【详解】根据题意，设爆炸后的质量分别为、，则有，，解得，。设爆炸后质量较大的部分的速度为，取质量较小部分速度方向为正方向，由动量守恒定律可得 解得。由动能公式可得，爆竹爆炸后的总动能为 。故选C。 【典例3】以一定的倾角斜向上发射一质量为的炮弹，达到最高点时其速度大小为，方向水平。炮弹在最高点爆炸成两块，其中质量为的一块恰好做自由落体运动，则爆炸后质量为的另一块瞬时速度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】爆炸前总动量为，设爆炸后另一块瞬时速度大小为，取速度的方向为正方向，爆炸过程水平方向动量守恒，则有 解得，故选B。 【典例4】如图所示，自动火炮连同炮弹的总质量为M，当炮管水平，火炮车在水平路面上以的速度向右匀速行驶中，发射一枚质量为m的炮弹后，自动火炮的速度变为，仍向右行驶，则炮弹相对炮筒的发射速度为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】根据题意可知，自动火炮和炮弹组成的系统动量守恒，规定向右为正方向，由动量守恒定律有解得。故选B。 【典例5】如图所示，水火箭静止在光滑水平面上，用打气筒通过气门芯向水火箭瓶身内打气，当瓶内空气达到一定压强时，水将橡皮塞冲开并向后高速喷出，水火箭便在光滑水平面上冲出。若喷水前水火箭的总质量为M，运动过程中每秒向后喷出质量为m的水，水喷出时相对地面的速度大小均为v，忽略空气阻力的影响，则第N秒末（设上述过程中该水火箭仍在匀速喷水中）水火箭的速度大小为（　　）    A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设第N秒末水火箭的速度大小为，此时水火箭的质量为，水火箭喷水过程系统动量守恒，则有 解得。故选A。 学生完成例题解答。 课 堂 练 习 1.(多选)判断下列说法正确的是(　　) A.反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果 B.只有系统合外力为零的反冲运动才能用动量守恒定律来分析 C.反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子 D.在没有空气的宇宙空间，火箭仍可加速前行 答案　ACD 解析　反冲运动是相互作用的物体之间的作用力与反作用力产生的效果，选项A正确；系统某一方向上合外力为零的反冲运动也可以用动量守恒定律来分析，选项B错误；反冲运动的原理既适用于宏观物体，也适用于微观粒子，选项C正确；在没有空气的宇宙空间，火箭向下喷气时，由于反冲作用，火箭仍可加速前行，选项D正确。 2.运送人造地球卫星的火箭开始工作后，火箭做加速运动的原因是(　　) A.燃料燃烧推动空气，空气的反作用力推动火箭 B.火箭发动机将燃料燃烧产生的气体向后推出，气体的反作用力推动火箭 C.火箭吸入空气，然后向后推出，空气对火箭的反作用力推动火箭 D.火箭燃料燃烧发热，加热周围空气，空气膨胀推动火箭 答案　B 解析　火箭的工作原理是反冲运动，火箭燃料燃烧产生的高温高压气体从尾部迅速喷出时，气体的反作用力推动火箭，使火箭获得反冲速度，故B正确。 3.带子弹的步枪质量为5 kg，一颗子弹的质量为10 g，子弹从枪口飞出时的速度为900 m/s，则第一发子弹射出后步枪的反冲速度约为(　　) A.2 m/s B.1.8 m/s C.3 m/s D.4 m/s 答案　B 解析　设子弹和枪的总质量为M，子弹质量为m，以子弹从枪口飞出时速度的反方向为正方向，由动量守恒定律得(M－m)v1－mv2＝0，得v1＝＝ m/s≈1.8 m/s，故B正确。 4.一个不稳定的原子核质量为M，处于静止状态。放出一个质量为m的粒子后反冲，已知放出的粒子的动能为E0，则原子核反冲的动能为(　　) A.E0 B.E0 C.E0 D.E0 答案　C 解析　放出质量为m的粒子后，剩余质量为(M－m)，该过程动量守恒，有mv0＝(M－m)v，放出的粒子的动能为E0＝mv，原子核反冲的动能Ek＝(M－m)v2，联立解得Ek＝E0，故A、B、D错误，C正确。 5.一质量为M的航天器，正以速度v0在太空中飞行，某一时刻航天器接到加速的指令后，发动机瞬间向后喷出一定质量的气体，气体喷出时速度大小为v1，加速后航天器的速度大小为v2，则喷出气体的质量m为(　　) A.M B.M C.M D.M 答案　C 解析　规定航天器的速度方向为正方向，发动机喷气过程中系统动量守恒，由动量守恒定律可得Mv0＝(M－m)v2－mv1，解得m＝M，故C正确，A、B、D错误。 课 堂 小 结 本节课是本章知识的运用课，是理论与实际结合的典例，学生需学会结合动量守恒的相关知识对具体问题进行分析、解释、计算，本节课与生活和生产的关联很大。通过观察气球小车、火箭、发射子弹等现象，帮助学生顺利地了解反冲运动的含义。 板 书 设 计 第四节　动量守恒定律的应用 一、动量守恒定律的应用 1、动量守恒定律的解题步骤：（1）找（2）析（3）定（4）列（5）算 2、注意事项 二、反冲系列问题 1.定义：如果一个静止的物体在内力作用下分裂成两个部分，一部分向某个方向运动，另一部分必然向相反的方向运动，这种现象叫作反冲。 2.基本原理：动量守恒定律。 3.特点： （1）物体的不同部分在内力作用下向相反方向运动； （2）反冲运动中物体之间相互作用力很大，且作用时间段，一般满足内力远大于外力，可用动量守恒定律来处理； （3）反冲运动中，有其他形式的能量转化为机械能，所以系统的总动能增加。 三、典例分析 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节课的教学针对性强，尊重学生，从学生的实际情况出发，密切联系日常社会生活实际，使经验性常识向物理概念转变。设计多个实验形成实验串，将其融入整个教学过程，创设丰富的教学情境，让抽象的知识变得形象直观，进而突破了学生的想象障碍，让学生对反冲现象的认识更加清晰。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $