動量守恒定律
三維教學(xué)目標(biāo)
1、與技能：掌握運(yùn)用動量守恒定律的一般步驟。
2、過程與：知道運(yùn)用動量守恒定律解決問題應(yīng)注意的問題，并知道運(yùn)用動量守恒定律解決有關(guān)問題的優(yōu)點(diǎn)。
3、情感、態(tài)度與價值觀：學(xué)會用動量守恒定律分析解決碰撞、爆炸等物體相互作用的問題，培養(yǎng)。
教學(xué)重點(diǎn)：運(yùn)用動量守恒定律的一般步驟。
教學(xué)難點(diǎn)：動量守恒定律的應(yīng)用。
教學(xué)方法：啟發(fā)、引導(dǎo)，討論、交流。
教學(xué)用具：投影片、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備。
(一)引入新課
動量守恒定律的內(nèi)容是什么?分析動量守恒定律成立條件有哪些?(①F合=0(嚴(yán)格條件)②F內(nèi) 遠(yuǎn)大于F外(近似條件，③某方向上合力為0，在這個方向上成立。)
(二)進(jìn)行新課
1、動量守恒定律與牛頓運(yùn)動定律
用牛頓定律自己推導(dǎo)出動量守恒定律的表達(dá)式。
(1)推導(dǎo)過程：
根據(jù)牛頓第二定律，碰撞過程中1、2兩球的加速度分別是：
，
根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)1、F2等大反響，即 F1= - F2 所以：
碰撞時兩球間的作用時間極短，用 表示，則有：
，
代入 并整理得
這就是動量守恒定律的表達(dá)式。
(2)動量守恒定律的重要意義
從現(xiàn)代物理學(xué)的理論高度來認(rèn)識，動量守恒定律是物理學(xué)中最基本的普適原理之一。(另一個最基本的普適原理就是能量守恒定律。)從科學(xué)實(shí)踐的角度來看，迄今為止，人們尚未發(fā)現(xiàn)動量守恒定律有任何例外。相反，每當(dāng)在實(shí)驗(yàn)中觀察到似乎是違反動量守恒定律的現(xiàn)象時，物理學(xué)家們就會提出新的假設(shè)來補(bǔ)救，最后總是以有新的發(fā)現(xiàn)而勝利告終。例如靜止的原子核發(fā)生β衰變放出電子時，按動量守恒，反沖核應(yīng)該沿電子的反方向運(yùn)動。但云室照片顯示，兩者徑跡不在一條直線上。為解釋這一反常現(xiàn)象，1930年泡利提出了中微子假說。由于中微子既不帶電又幾乎無質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)中極難測量，直到1956年人們才首次證明了中微子的存在。(2000年綜合題23 ②就是根據(jù)這一事實(shí)設(shè)計的)。又如人們發(fā)現(xiàn)，兩個運(yùn)動著的帶電粒子在電磁相互作用下動量似乎也是不守恒的。這時物理學(xué)家把動量的概念推廣到了電磁場，把電磁場的動量也考慮進(jìn)去，總動量就又守恒了。
2、應(yīng)用動量守恒定律解決問題的基本思路和一般方法
(1)分析題意，明確研究對象
在分析相互作用的物體總動量是否守恒時，通常把這些被研究的物體總稱為系統(tǒng).對于比較復(fù)雜的物理過程，要采用程序法對全過程進(jìn)行分段分析，要明確在哪些階段中，哪些物體發(fā)生相互作用，從而確定所研究的系統(tǒng)是由哪些物體組成的。
(2)要對各階段所選系統(tǒng)內(nèi)的物體進(jìn)行受力分析
弄清哪些是系統(tǒng)內(nèi)部物體之間相互作用的內(nèi)力，哪些是系統(tǒng)外物體對系統(tǒng)內(nèi)物體作用的外力。在受力分析的基礎(chǔ)上根據(jù)動量守恒定律條件，判斷能否應(yīng)用動量守恒。
(3)明確所研究的相互作用過程，確定過程的始、末狀態(tài)
即系統(tǒng)內(nèi)各個物體的初動量和末動量的量值或表達(dá)式。
注意：在研究地面上物體間相互作用的過程時，各物體運(yùn)動的速度均應(yīng)取地球?yàn)閰⒖枷怠?br />
(4)確定好正方向建立動量守恒方程求解。
3、動量守恒定律的應(yīng)用舉例
例2：如圖所示，在光滑水平面上有A、B兩輛小車，水平面的左側(cè)有一豎直墻，在小車B上坐著一個小孩，小孩與B車的總質(zhì)量是A車質(zhì)量的10倍。兩車開始都處于靜止?fàn)顟B(tài)，小孩把A車以相對于地面的速度v推出，A車與墻壁碰后仍以原速率返回，小孩接到A車后，又把它以相對于地面的速度v推出。每次推出，A車相對于地面的速度都是v，方向向左。則小孩把A車推出幾次后，A車返回時小孩不能再接到A車?
分析：此題過程比較復(fù)雜，情景難以接受，所以在講解之前，教師應(yīng)多帶領(lǐng)學(xué)生分析物理過程，創(chuàng)設(shè)情景，降低理解難度。
解：取水平向右為正方向 高一，小孩第一次
推出A車時：mBv1-mAv=0
即： v1=
第n次推出A車時：mAv +mBvn-1=-mAv+mBvn
則： vn-vn-1= ，
所以： vn=v1+(n-1)
當(dāng)vn≥v時，再也接不到小車，由以上各式得n≥5.5 取n=6
點(diǎn)評：關(guān)于n的取值也是應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析的問題，告誡學(xué)生不能盲目地對結(jié)果進(jìn)行“四舍五入”，一定要注意結(jié)論的物理意義。
課后補(bǔ)充練習(xí)
(1)(2002年全國春季高題)在高速公路上發(fā)生一起交通事故，一輛質(zhì)量為15000 kg向南行駛的長途客車迎面撞上了一輛質(zhì)量為3000 kg向北行駛的卡車，碰后兩車接在一起，并向南滑行了一段距離后停止.根據(jù)測速儀的測定，長途客車碰前以20 m/s的速度行駛，由此可判斷卡車碰前的行駛速率為?( )
A.小于10 m/s? B.大于10 m/s小于20 m/s?
C.大于20 m/s小于30 m/s? D.大于30 m/s小于40 m/s
(2)如圖所示，A、B兩物體的質(zhì)量比mA∶mB=3∶2，它們原來靜止在平板車C上，A、B間有一根被壓縮了的彈簧，A、B與平板車上表面間動摩擦因數(shù)相同，地面光滑.當(dāng)彈簧突然釋放后，則有 ( )?
A.A、B系統(tǒng)動量守恒 B.A、B、C系統(tǒng)動量守恒?
C.小車向左運(yùn)動 D.小車向右運(yùn)動?
(3)把一支槍水平固定在小車上，小車放在光滑的水平面上，槍發(fā)射出一顆子彈時，關(guān)于槍、彈、車，下列說法正確的是?
A.槍和彈組成的系統(tǒng)，動量守恒?
B.槍和車組成的系統(tǒng)，動量守恒?
C.三者組成的系統(tǒng)，因?yàn)闃審椇蜆屚仓g的摩擦力很小，使系統(tǒng)的動量變化很小，可以忽略不計，故系統(tǒng)動量近似守恒?
D.三者組成的系統(tǒng)，動量守恒，因?yàn)橄到y(tǒng)只受重力和地面支持力這兩個外力作用，這兩個外力的合力為零?
(4)甲乙兩船自身質(zhì)量為120 kg，都靜止在靜水中，當(dāng)一個質(zhì)量為30 kg的小孩以相對于地面6 m/s的水平速度從甲船跳上乙船時，不計阻力，甲、乙兩船速度大小之比：v甲∶v乙=_______.
(5)(2001年高考)質(zhì)量為M的小船以速度v0行駛，船上有兩個質(zhì)量皆為m的小孩a和b，分別靜止站在船頭和船尾.現(xiàn)在小孩a沿水平方向以速率v(相對于靜止水面)向前躍入水中，然后小孩b沿水平方向以同一速率v(相對于靜止水面)向后躍入水中.求小孩b躍出后小船的速度.?
(6)如圖所示，甲車的質(zhì)量是2 kg，靜止在光滑水平面上，上表面光滑，右端放一個質(zhì)量為1 kg的小物體.乙車質(zhì)量為4 kg，以5 m/s的速度向左運(yùn)動，與甲車碰撞以后甲車獲得8 m/s的速度，物體滑到乙車上.若乙車足夠長，上表面與物體的動摩擦因數(shù)為0.2，則物體在乙車上表面滑行多長時間相對乙車靜止?(g取10 m/s2)?
4、反沖運(yùn)動與火箭
演示實(shí)驗(yàn)1：當(dāng)眾吹一個氣球，然后，讓氣球開口向自己放手，看到氣球直向?qū)W生飛去，人為制造一點(diǎn)“驚險氣氛”，活躍氛圍。
演示實(shí)驗(yàn)2：用薄鋁箔卷成一個細(xì)管，一端封閉，另一端留一個很細(xì)的口，內(nèi)裝由火柴頭上刮下的藥粉，把細(xì)管放在支架上，用火柴或其他辦法給細(xì)管加熱，當(dāng)管內(nèi)藥粉點(diǎn)燃時，生成的燃?xì)鈴募?xì)口迅速噴出，細(xì)管便向相反的方向飛去。
演示實(shí)驗(yàn)3：把彎管裝在可以旋轉(zhuǎn)的盛水容器的下部，當(dāng)水從彎管流出時，容器就旋轉(zhuǎn)起來。
提問：實(shí)驗(yàn)1、2中，氣球、細(xì)管為什么會向后退呢?實(shí)驗(yàn)3中，細(xì)管為什么會旋轉(zhuǎn)起來呢?
看起來很小的幾個實(shí)驗(yàn)，其中包含了很多現(xiàn)代科技的基本原理：如火箭的發(fā)射，人造衛(wèi)星的上天，大炮發(fā)射等。應(yīng)該如何去解釋這些現(xiàn)象呢?這節(jié)課我們就有關(guān)此類的問題。
(1)反沖運(yùn)動
A、分析：細(xì)管為什么會向后退?(當(dāng)氣體從管內(nèi)噴出時，它具有動量，由動量守恒定律可知，細(xì)管會向相反方向運(yùn)動。)
B、分析：反擊式水輪機(jī)的原理：當(dāng)水從彎管的噴嘴噴出時，彎管因反沖而旋轉(zhuǎn)，這是利用反沖來造福人類，象這樣的情況還很多。
為了使學(xué)生對反沖運(yùn)動有更深刻的印象，此時再做一個發(fā)射禮花炮的實(shí)驗(yàn)。分析，禮花為什么會上天?
(2)火箭
對照書上“三級火箭”圖，介紹火箭的基本構(gòu)造和工作原理。
播放課前準(zhǔn)備的有關(guān)衛(wèi)星發(fā)射、“和平號”空間站、“探路者”號火星探測器以及我國“神舟號”飛船等電視錄像，使學(xué)生不僅了解航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行的知識，而且要學(xué)生知道，我國的航天技術(shù)已經(jīng)跨入了世界先進(jìn)行列，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。閱讀課后閱讀材料——《航天技術(shù)的發(fā)展和宇宙航行》。
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