1.3 动量守恒定律 教学设计 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

课 题 1.3 动量守恒定律 教 学 目 标 1. 理解系统、内力和外力的含义，理解动量守恒的条件。 2. 理解动量守恒定律的普适性及优越性。 3. 会用牛顿运动定律推导动量守恒的表达式。 4. 能熟练运用动量守恒定律解决实际问题。 重 点 能熟练运用动量守恒定律解决实际问题。 难 点 会用牛顿运动定律推导动量守恒的表达式。 教 学 过 程 一、情境引入 实验：探究碰撞中的不变量视频。 思考1：实验过程中，为什么要把滑块放到气垫导轨上？ 答：为了减小摩擦。 思考2：实验过程中，为什么要调节调平螺丝使开始时的滑块静止？ 答：要保证滑块的合力为0。 观看冰壶比赛视频。 思考3：为什么要用冰壶刷不断的摩擦冰面？是否与气垫导轨有类似的作用？ 答：不断刷冰面是为了减小冰壶与冰面的摩擦。 思考4：对于冰壶的这种碰撞是否也有与两个滑块碰撞时类似的结论？我们应该怎样证明以上结论呢？ 教 学 过 程 二、新课教学 1. 用动量定理推导碰撞前后的总动量关系（两物体匀速，且v2>v1） 思考1：该关系式对碰撞过程中的任何两个时刻都适用吗？ 答：是的！ 思考2：我们是否利用牛顿运动定律的知识也能推导出以上结论呢？ 2. 用牛顿运动定律推导碰撞前后的总动量关系（两物体匀速，且v2>v1） 问：什么情况下碰撞前后动量之和不变呢？ 思考1：我们研究的对象是几个物体，它们各自的受力情况又是怎样的？ 教 学 过 程 答：把两个物体看成一个系统，F1、F2是系统的内力，各自受到的重力和支持力是外力，但是抵消了。 思考2：结合着我们对第一节课的实验演示、冰壶比赛提出的问题和刚才我们推导的情景，你是否可以找到两个物体碰撞前后总动量保持不变的条件？ 答：系统受到的外力为0或矢量和为0。 师：这就是动量守恒定律，公式可以写成①m1v1 + m2v2 = m1v1' + m2v2' ②m1∆v1 = -m2∆v2 例1. 如图所示，静止的两辆小车用细线相连，中间有一个压缩了的轻弹簧。 （1）烧断细绳后，由于弹力的作用，两辆小车分别向左、右运动，它们获得了动量，它们的总动量是否增加了？ 实验：探究两辆小车向不同方向运动的总动量关系 答：通过实验我们发现，虽然两辆小车都获得了动量，但是方向相反，所以总动量还是为0。 （2）烧断细绳后，按住左边的小车，由于弹力的作用，右边小车向右运动，右边小车获得了动量，那么它们的总动量是否守恒？ 答：不守恒了，因为原来两辆小车的总动量为0，烧断细线后右边的小车获得了动量，所以总动量不再为0。 （3）烧断细绳后，按住左边的小车，由于弹力的作用，右边小车向右运动，当弹簧恢复原长时，松开左边小车，哪个过程它们的总动量不守恒，哪个过程它们的总动量守恒？ 答：松手前动量不守恒，因为手给系统的力属于外力；松手后动量守恒，因为系统受到的外力为0。 教 学 过 程 例2. 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=2m/s的速度运动，碰上一辆m2=2.2×104kg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。 问：系统是什么？ 答：两辆碰撞的车。 问：内力？外力？是否符合动量守恒的条件？ 答：内力就是碰撞时的弹力，外力是各自受到的重力、支持力和摩擦力，但是重力与支持力相互抵消，而摩擦力远小于碰撞时的弹力，所以可以忽略，动量守恒。 例3. 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。 实验：研究小车和摆球组成的系统动量关系 问：为什么小车和摆球组成的系统只在水平方向上动量守恒？ 答：小球摆到最高点后，在竖直方向上先加速后减速，先失重后超重，也就是说拉力的竖直分力刚开始小于重力，后来大于重力，小球在竖直方向有加速度，所以对于小球与小车组成的系统来说竖直方向有加速度，合力不为0，即竖直方向上动量不守恒。水平方向上小车与地面的摩擦力远小于水平方向上的内力，所以水平方向上动量守恒。 师：所以动量守恒的条件第四条：系统在某一方向上符合以上三条中的某一 教 学 过 程 条动量也守恒。 师：动量守恒定律涉及到的领域非常大，生活中比如速滑接力比赛、台球比赛、冰壶比赛等；高速微观领域有正负电子对撞实验、宇宙大爆炸、原子核裂变反应等。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，而牛顿运动定律要涉及整个过程。动量守恒定律不仅适用于宏观、低速问题，还适用于高速、微观问题，而牛笋运动定律不适用。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。 三、课堂小结 ①找：找研究对象(系统包括哪几个物体)和研究过程 ②析：受力分析，判断系统动量是否守恒(或在某一方向是否守恒) ③定：规定正方向，确定初末状态动量正负号，画好分析图 ④列：列动量守恒方程 ⑤算：合理运算，得出结果，并对结果进行分析 教 后 反 思 本节课非常重要，要让学生多做题巩固，注重细节才能真正掌握。 学科网（北京）股份有限公司 $