2019-2020年高一物理动量定理二 人教版.doc

2019-2020年高一物理动量定理二 人教版一、教学目的：1、理解动量定理的含义和表达式，知道动量定理适用于变力。2、能推导出动量定理表达式。3、会用动量定理解释有关现象，并能掌握一维情况下的计算问题。二、教学重点：理解动量定理的确切含义和表达式三、教学难点：会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题四、教学用具：生鸡蛋、铺有较厚的海绵垫的白铁桶、细线、金属小球、橡皮筋、铁架台等五、教学过程（一）引入新课：足球场上红队5号队员一个弧线型角球，早就埋伏在白队球门框旁的红队8号队员迅速插上，一个漂亮的“狮子摇头”把球顶进了白队的球门，场上一片欢呼。但是，如果飞来的是一块石块，那怕石块的质量比足球要小，人们敢去顶吗？显然不会。为什么呢？师：同学们能否讲出一些道理来？生甲：因为石块质量比足球质量大，生乙：因为石块速度比足球速度大，生丙：因为石块要比足球坚硬，相比较丙生的回答是涉及到了“正确”的表象。下面我们再看一个实验：演示实验1：鸡蛋落地：事先在一个白铁桶的底部垫上一层海绵(不让学生知道)，让一个鸡蛋从一米多高的地方下落到白铁桶里，事先让学生推测一下鸡蛋的“命运”，然后做这个实验。结果发现并没有象学生想象的那样严重：发现鸡蛋不会被打破！演示实验2：缓冲装置的模拟：用细线悬挂一重物，把重物拿到一定高度，释放后重物下落可把细线拉断，如果在细线上端拴一段皮筋，再从同高度释放，就不会断了。在日常生活中，有不少这样的事例：跳远时要跳在沙坑里；跳高时在下落处要放海绵垫子；从高处往下跳，落地后双腿往往要弯曲；轮船边缘及轮渡的码头上都装有橡皮轮胎等，这样做的目的是为了什么呢？而在某些情况下，我们又不希望这样，比如用铁锤钉钉子。这些现象中的原因是什么呢？通过我们今天的学习来探究其中的奥秘。p=mv p=mv F F （二） 进行新课：下面以一个物体在恒定的合外力作用下进行动量定理的理论推导。 【板书】一、理论推导1、推导的依据：牛顿第二定律和运动学的有关公式。 2、推导过程：如图，物体的初动量p=mv、末动量p=mv，经历的时间为t ，由加速度的定义式由牛顿第二定律F=ma=，可得Ft=mvmv，即Ft=pp 问：该式的左边Ft是什么量?右边p一p是什么意义?【板书】二、动量定理1、物理意义：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化2、公式：Ft=p一p 其中F是物体所受合外力，p是初动量，p是末动量，t是物体从初动量p变化到末动量p所需时间，也是合外力F作用的时间。3、单位：F的单位是N，t的单位是s，p和P的单位是kgm/s（kgms-1）。 前面我们通过理论推导得到了动量定理的数学表达式，下面对动量定理作进一步的理解。 【板书】三、对动量定理的进一步认识 1、动量定理中的方向性 例如：匀加速运动合外力冲量的方向与初动量方向相同，匀减速运动合外力冲量方向与初动量方向相反，甚至可以跟初动量方向成任何角度。在中学阶段，我们仅限于初、末动量的方向、合外力的方向在同一直线上的情况，此时公式中各矢量的方向可以用正、负号表示，首先要选定一个正方向，与正方向相同的矢量取正值，与正方向相反的矢量取负值。vV 如图所示，质量为m的球以速度v向右运动，与墙壁碰撞后反弹的速度为v，碰撞过程中，小球所受墙壁的作用力F的方向向左。若取向左为正方向，则小球所受墙壁的作用力为正值，初动量取负值，末动量取正值，因而根据动量定理可表示为Ft=p一p=mv一(一mv)=mv十mv。此公式中F、v、v均指该物理量的大小。pF大F小 0t小结：公式Ft= p一P=p是矢量式，合外力的冲量的方向与物体动量变化的方向相同。合外力冲量的方向可以跟初动量方向相同，也可以相反。演示实验3：小钢球碰到坚硬大理石后返回2、动量的变化率：动量的变化跟发生这一变化所用的时间的比值。由动量定理Ft=p得F=P/t，可见，动量的变化率等于物体所受的合外力。当动量变化较快时，物体所受合外力较大，反之则小；当动量均匀变化时，物体所受合外力为恒力，可由图所示的图线来描述，图线斜率即为物体所受合外力F，斜率大，则F也大。 【板书】三、动量定理的适用范围FF0tot尽管动量定理是根据牛顿第二定律和运动学的有关公式在恒定合外力的情况下推导出来的。可以证明： 动量定理不但适用于恒力，也适用于随时间变化的变力。对于变力情况，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值。实际中我们常遇到变力作用的情况，如用铁锤钉钉子，球拍击乒乓球等，钉子和乒乓球所受的作用力都不是恒力，这时变力的作用效果可以等效为某一个恒力的作用，则该恒力就叫变力的平均值，如图是变力与平均力的F-t图像，其图线与横轴所围的面积即为冲量的大小，当两图线面积相等时，即变力与平均力在t0时间内等效。利用动量定理不仅可以解决匀变速直线运动的问题，还可以解决曲线运动中的有关问题，将较难计算的问题转化为较易计算的问题，这点将在以后的学习中逐步了解到。总之，动量定理有着广泛的应用。下面，我们应用动量定理来解释鸡蛋下落是否会被打破等有关问题。【板书】四、应用举例鸡蛋从某一高度下落，分别与石头和海绵垫接触前的速度是相同的，也即初动量相同，碰撞后速度均变为零，即末动量均为零，因而在相互作用过程中鸡蛋的动量变化量相同。而两种情况下的相互作用时间不同，与石头碰时作用时间短，与海绵垫相碰时作用时间较长，由Ft=p知，鸡蛋与石头相碰时作用大，会被打破，与海绵垫相碰时作用力较小，因而不会被打破。接着再解释用铁锤钉钉子、跳远时要落入沙坑中等现象。在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力而被人们所利用，有的需要延长作用时间(即缓冲)减少力的作用。请同学们再举些有关实际应用的例子。加强对周围事物的观察能力，勤于思考，一定会有收获。接着再解释缓冲装置。在实际应用中，有的需要作用时间短，得到很大的作用力，而被人们所利用；有的要延长作用时间而减少力的作用，请同学们再举出一些有关实际应用的例子，加强对周围事物的观察，勤于思考，一定会有收获。【板书】用动量定理解释现象可分为下列三种情况： (l)p一定，t短则F大，t长则F小； (2) F一定，t短则p小，t长则p大；(3)t一定，F大则p大，F小则p小。三、巩固练习l、一个人慢行和跑步时，不小心与迎面的一棵树相撞，其感觉有什么不同?请解释。2、一辆满载货物的卡车和一辆小轿车都从静止开始，哪辆车起动更快?为什么?3、人下扶梯时往往一级一级往下走，而不是直接往下跳跃七、八级，这是为什么?四、作业 把练习二的第 (2)、(3) 、(4)题做在练习本上 说明l、本节课的重点是动量定理的物理意义。动量定理是由牛顿第二定律导出的，学生对于这个推导过程是没有什么困难的。但是，有两点学生不容易理解：第一，动量定理与牛顿第二定律的区别何在?第二，有了牛顿第二定律为什么还要动量定理了应该使学生明确，牛顿第二定律表示的是力的瞬时作用效果，而由它所导出的动量定理是力的持续作用的效果，在推导过程中出现的F和t融为一体，这就是冲量。恒力作用有冲量，变力作用也有冲量。只要物体受到的冲量相同，而无论力大还是力小，其动量变化就一定相同。这样，即使在作用力比较复杂的情况下，牛顿第二定律难以应用时，动量定理却完全可以应用。2、动量定理和现实生活的联系比较紧密，在教学中应多举一些学生熟悉的例子，让学生应用动量定理做出定性的解释。3、对教学过程中的几点建议：本教案用了课本上用演示鸡蛋下落的实验引入新课的方法，以激发学生的兴趣。此实验之后，也可以演示让鸡蛋落入盘中，使之打破的实验，以证实鸡蛋碰石头会被打破的结论。也可以由上一节的冲量、动量及动量的变化的概念复习引入新课。(2)对课本上的缓冲装置摸拟，本教案采用在课堂完成。若课堂上时间较紧(这要视学生的层次高低而定)，则应指导学生在课后完成。(3)对于缓冲问题中的作用时间较长，非缓冲问题中的作用时间较短的结论，学生往往会问：你怎么知道时间的长和短？ 比如1s与001s尽管相差近百倍，但在实际问题中要靠人直接感受出来是很困难的。在有条件的学校，建议制作多媒体谭件，对作用时间进行放大予以比较，或者用摄像机将缓冲与非缓冲的实验拍摄下来，通过放慢镜头来放大作用时间的不同，使学生能够从中感受到由于作用时间的不同导致作用力不同。动量定理习题课一、教学目的：1、进一步理解动量定理表达式的确切含义2、应用动量定理处理相关问题二、教学重点：1、物理过程的分析和相关规律的选用2、理解动量定理的确切含义和表达式三、教学难点：会用动量定理解释有关物理现象，并能掌握一维情况下的计算问题四、教学过程一、复习引入：1、什么是动量、冲量？如何理解动量、冲量两个概念的？2、如何计算动量的变化量？它的方向性如何体现出来？3、动量定理的表述是怎样的？它的适用范围有哪些？问题一：对动量定理相关内容的辨析例1：从同高度自由下落的玻璃杯，掉在水泥地上易碎，掉在软泥地上不易碎，这是因为：A、 掉在水泥地上，玻璃杯的动量大 B、掉在水泥地上，玻璃杯的动量变化大C、掉在水泥地上，受到的冲量大，且与地的作用时间短，因而受到地的作用力大D、掉在水泥地上，受到的冲量和掉在软泥地上一样大，但与水泥地的作用时间短，因而受到水泥地的作用力大茶杯纸条分析：玻璃杯是否会摔破，不是取决于动量变化的大小，而是取决于动量的变化率，即动量变化与所经历时间的比值，变化率越大，则作用力越大。（可举实例一二）例2：桌面上的一张纸条上压有一只茶杯，若缓慢拉动纸条，则茶杯会随纸条运动，若迅速拉动纸条，则纸条会从茶杯底下抽出来，请做一做，并用动量定理解释这个现象。例3：一个质点受到合外力F作用，若作用前后的动量分别为p和p，动量的变化为p，速度的变化为v，则 A、p=p是不可能的 B、p垂直于p是可能的 C、P垂直于v是可能的 D、P=O是不可能的。通过此题，一是加深学生对动量定理的理解，二是培养学生解答选择题的技巧。问题二：直接应用动量定理计算相关问题Nmg正方向例4：质量为65kg的人从高处跳下，以7m/s的速度着地，与地面接触后经0.01s停下，地面对他的作用力多大?为了安全，人跳下与地面接触后，双腿弯曲使人下蹲。若经1s停下，地面对他的作用力是多大?这个值会小于人的重力吗?并根据你的计算回答：在什么情况下要考虑自身的重力?什么情况下可以不考虑自身的重力?（g=10m/s2）分析：首先引导学生分析物理情景，确定人着地前后瞬间速度方向和大小，确定初末态的动量，然后应用动量定律计算，求出人所受的平均作用力。从而进行比较，得出结论。解：取下落方向为正方向，人的初动量为p=mv= 435 kgm/s人的末动量为p=0 设人所受平均作用力为F，则由动量定理：（mg-F）t= p-p 得人所受平均作用力为F=mg-当t=0.01s时，F=44150N 当t= 1s时，F=1085N说明：动量定理和现实生活的联系比较紧密，在教学中应多举一些学生熟悉的例子，让学生应用动量定理做出定性的解释。在运用动量定理解决竖直方向的冲击力问题时，若接触时间很短，则自重可不予考虑，反之，自重就不可忽略，如例4。当接触时间为ls时，可能有的学生会得出地面对人的平均作用力小于自重的结论。所以，对于自重是否考虑，一般是需要经过计算才能确定的。问题三：F-t图象问题tPPPPoooottt甲乙丙丁例5：竖直上抛一物体，不计阻力，取向上为正方向，则物体在空中运动的过程中，动量变化P随时间t的变化图线是下图中的哪一个？分析：从分析运动情景和物体受力分析入手，由动量定理Ft=p得P正比于时间t，由此不难得出答案。通过此题主要是让学生明白利用动量定理处理图象问题的思路和方法。问题四：整体法应用动量定理例6：体重是60kg的建筑工人，不慎从高空跌下，由于弹性安全带的保护，使他悬挂起来，已知弹性安全带缓冲时间是1.2s，安全带长5m，则安全带所受的平均冲力多大？(g=10m/s2)Tmg正方向解答：根据题意画出示意图，下面用两种方法求解：方法一：分段列式。人从高空落下到安全带伸直（未张紧）的过程中，作自由落体运动，所以安全带伸直时人的即时速度V0=安全带开始张紧对人产生拉力，直至最后静止，人的初状态：速度为V0，方向向下，末状态：速度V=0，这个过程经过的时间为1.2s，在此过程中人的受力情况中如图所示，取竖直向下为正方向，根据动量定理得：（mg -F）t=mV-mV0 得，方向向上。方法二：对全程列式。取向下为正，mg(t1+t2)-Tt2=0,其中自由落体时间t1=,安全带缓冲时间t2=1.2s，所以F=1100N说明：可见，在用动量定理解题时，一定要分清物体运动过程，若一个过程可分不同性质的过程，选用“对全程列式”可使问题简化。五、作业：预习动量守恒定律