第一篇：高一物理高一全部教案(共52個)03.9.牛頓運動定律的適用范圍（本站推薦）

牛頓運動定律的適用范圍

一、教學(xué)目標(biāo)：

1、知道牛頓定律的適用范圍；

2、了解經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用；

3、知道質(zhì)量與速度的關(guān)系，知道在高速運動中必須考慮速度隨時間的變化。

二、教學(xué)重點：

牛頓運動定律的適用范圍。

三、教學(xué)難點：

高速運動的物體，速度和質(zhì)量之間的變化關(guān)系。

四、教學(xué)方法：

閱讀法、歸納法、講練法

五、教學(xué)用具：

投影儀、投影片

六、教學(xué)步驟：

導(dǎo)入新課

自從17世紀(jì)以來，以牛頓定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典地學(xué)不斷發(fā)展，取得了巨大的成就，經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中有了廣泛的應(yīng)用，從而證明了牛頓運動定律的正確性。

但是，牛頓運動定律也不是萬能的，它也有一定適用范圍，那么牛頓運動定律在什么范圍內(nèi)適用呢？

新課教學(xué)：

（一）用投影片出示本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：

1：知道牛頓運動定律的適用范圍。

2：了解經(jīng)典力學(xué)在科學(xué)研究和生產(chǎn)技術(shù)中的廣泛應(yīng)用。

3：了解質(zhì)量之間的關(guān)系。

（二）學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程：

1：牛頓運動定律的適用范圍：

（1）指導(dǎo)學(xué)生閱讀P67頁課文；

（2）用投影片出示思考題：

a：對于宏觀物體，牛頓運動定律在什么情況下適用？在什么情況下不適用？

b：牛頓運動定律對微觀粒子適用嗎？

（3）學(xué)生回答后，老師歸納總結(jié)：

a：牛頓運動定律對于處理宏觀低速運動問題是完全適用的；

b：但對于接近光速時宏觀物體的高速運動問題，牛頓運動定律已不再適用。

原因：20世紀(jì)初，物理學(xué)家愛因斯坦提出了狹義相對論，他指

出物質(zhì)的質(zhì)量要隨速度的增大而增大，而在經(jīng)典力學(xué)中，認為質(zhì)量是固定不變的。

c：相對論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，又說明了人類對自然界的認識是更加深入了，而不表示經(jīng)典力學(xué)失去意義。

d：牛頓運動定律對微觀粒子不再適用。

2：對牛頓運動定律一章進行小結(jié)：

（用復(fù)合投影片逐步展示本章的知識要點）

??0?牛頓第一定律?F合?0時，a?（慣性定律）???慣性——一物體本身固有的屬性???F合?ma?a與F合方向一致

???牛頓運動定律?牛頓第二定律?超（失）重：由豎直方向的加速度方向決定??，與運動方向無關(guān)。????等值???牛頓第三定律?作用力和反作用力的關(guān)系?反向??共線???

七：小結(jié)：

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道了：牛頓運動定律只適用于低速運動的宏觀物體，但是這并不意味著牛頓運動定律失去了它的意義。

八、板書設(shè)計：

?適于宏觀低速問題?牛頓運動定律?不能用來處理高速問題?一般不適于微觀粒子?

第二篇：高一物理《牛頓運動定律的應(yīng)用》教案

教學(xué)目標(biāo)

1、知識目標(biāo)：

(1)能結(jié)合物體的運動情況進行受力分析.(2)掌握應(yīng)用牛頓運動定律解決問題的基本思路和方法，學(xué)會用牛頓運動定律和運動學(xué)公式解決力學(xué)問題.2、能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生審題能力、分析能力、利用數(shù)學(xué)解決問題能力、表述能力.3、情感目標(biāo)：培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣.教學(xué)建議

教材分析

本節(jié)主要通過對典型例題的分析，幫助學(xué)生掌握處理動力學(xué)兩類問題的思路和方法.這兩類問題是：已知物體的受力情況，求解物體的運動情況;已知物體的運動情況，求解物體的受力.教法建議

1、總結(jié)受力分析的方法，讓學(xué)生能夠正確、快速的對研究對象進行受力分析.2、強調(diào)解決動力學(xué)問題的一般步驟是：確定研究對象;分析物體的受力情況和運動情況;列方程求解;對結(jié)果的合理性討論.要讓學(xué)生逐步習(xí)慣于對問題先作定性和半定量分析，弄清問題的物理情景后再動筆算，并養(yǎng)成畫情景圖的好習(xí)慣.3、根據(jù)學(xué)生的實際情況，對這部分內(nèi)容分層次要求，即解決兩類基本問題——→解決斜面問題——→較簡單的連接體問題，建議該節(jié)內(nèi)容用2-3節(jié)課完成.教學(xué)設(shè)計示例

教學(xué)重點：物體的受力分析;應(yīng)用牛頓運動定律解決兩類問題的方法和思路.教學(xué)難點：物體的受力分析;如何正確運用力和運動關(guān)系處理問題.示例：

一、受力分析方法小結(jié)

通過基本練習(xí)，小結(jié)受力分析方法.(讓學(xué)生說，老師必要時補充)

1、練習(xí)：請對下例四幅圖中的A、B物體進行受力分析.

答案：

2、受力分析方法小結(jié)

(1)明確研究對象，把它從周圍物體中隔離出來;

(2)按重力、彈力、摩擦力、外力順序進行受力分析;

(3)注意：分析各力的依據(jù)和方法：產(chǎn)生條件;物體所受合外力與加速度方向相同;分析靜摩擦力可用假設(shè)光滑法.不多力、不丟力的方法：繞物一周分析受力;每分析一力均有施力物體;合力、分力不要重復(fù)分析，只保留實際受到的力.二、動力學(xué)的兩類基本問題

1、已知物體的受力情況，確定物體的運動情況.2、已知物體的運動情況，確定物體的受力情況.3、應(yīng)用牛頓運動定律解題的一般步驟：

選取研究對象;(注意變換研究對象)

畫圖分析研究對象的受力和運動情況;(畫圖很重要，要養(yǎng)成習(xí)慣)

進行必要的力的合成和分解;(在使用正交分解時，通常選加速度方向為一坐標(biāo)軸方向，當(dāng)然也有例外)

根據(jù)牛頓運動定律和運動學(xué)公式列方程求解;(要選定正方向)

對解的合理性進行討論.三、處理連接體問題的基本方法

1、若連接體中各個物體產(chǎn)生的加速度相同，則可采用整體法求解該整體產(chǎn)生的加速度.2、若連接體中各個物體產(chǎn)生的加速度不同，則一般不可采用整體法.(若學(xué)生情況允許，可再提高觀點講)

3、若遇到求解連接體內(nèi)部物體間的相互作用力的問題，則必須采用隔離法.以上各問題均通過典型例題落實.探究活動

題目：根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況，編一份有關(guān)牛頓運動定律應(yīng)用的練習(xí)題.題量：4-6道.要求：給出題目詳細解答，并注明選題意圖及該題易錯之處.評價：可操作性、針對性，可調(diào)動學(xué)生積極性。

第三篇：高一物理高一全部教案(共52個)03.1.牛頓第一定律

牛頓第一定律

一、教學(xué)目標(biāo)

1．在物理知識方面學(xué)習(xí)牛頓第一定律的內(nèi)容，正確理解力跟物體運動的關(guān)系，掌握慣性的概念。

2．對客觀事物的正確認識需要人們經(jīng)過由表及里，由片面到全面長時間的認識過程。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)要讓學(xué)生建立起正確的認識論的觀點，同時體會到人們認識世界的長期性和艱巨性。

3．物理實驗是科學(xué)研究的方法，對實際問題做出合理的抽象，進行理想實驗的研究正是伽利略得到力與物體運動正確關(guān)系的基礎(chǔ)。我們要學(xué)習(xí)這種科學(xué)抽象的方法，并把它用到今后的物理研究中去。

二、重點、難點分析

1．本節(jié)的重點是正確認識物體運動跟力的關(guān)系，在物體不受力的情況下，應(yīng)保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。通過對牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，加深對慣性概念的理解。

2．生活常識使人們對力和運動的關(guān)系形成了不正確的認識，通過教學(xué)要讓學(xué)生們克服傳統(tǒng)觀念，形成正確的認識，需要下一定的功夫。

三、教具

1．說明伽利略理想實驗的裝置，自制導(dǎo)軌和小球。

2．說明物體在不受阻力下做勻速直線運動的氣墊導(dǎo)軌和滑塊。3．演示慣性的小車和木塊。

四、主要教學(xué)過程(一)引入新課

介紹本章的地位：在第一章我們學(xué)習(xí)了物體在靜止或勻速直線運動狀態(tài)下的受力問題，這時物體處于平衡狀態(tài)，所受的力為平衡力。這部分內(nèi)容在物理學(xué)中叫做靜力學(xué)。

第二章研究了物體在直線上的運動，包括勻速運動和變速運動。在變速運動中重點討論了勻變速直線運動。這部分內(nèi)容在物體學(xué)中屬于運動學(xué)。

在前邊兩章知識的基礎(chǔ)上，我們在第三章里來研究運動和力的關(guān)系。這部分知識的基礎(chǔ)是牛頓第一定律和第二定律。這部分內(nèi)容在物理中屬于動力學(xué)。學(xué)習(xí)動力學(xué)的知識后，可以在知道物體受力情況后確定物體的運動狀態(tài)；在知道物體的運動狀態(tài)的情況下，可以確定它的受力情況。動力學(xué)的知識在科學(xué)研究和生產(chǎn)實際中有著非常廣泛的應(yīng)用，如研究交通工具的速度問題，天體的運動問題等。我們從牛頓第一定律開始。

(二)教學(xué)過程設(shè)計 板書：

一、牛頓第一定律

實驗：在桌上放著一本物理書，它是靜止的，怎樣才能讓它運動起來呢？要用力去推它。從這個例子可以看出物體要運動，需要對它施加力的作用。力是使物體運動的原因嗎？

這是一個運動和力的關(guān)系問題。這個問題在2000多年前人們就對它進行了研究，下面我們來回顧一下歷史。

1．歷史的回顧

2000多年前，古希臘哲學(xué)家亞里斯多德根據(jù)當(dāng)時人們對運動和力的關(guān)系的認識提出一個觀點：必須有力作用在物體上，物體才能運動。

這種觀點的提出是很自然的。我們從周圍的事情出發(fā)，很容易就會得到這個結(jié)論。如車不推就不走，門不拉不開等。這種觀點統(tǒng)治人們的思想有兩千年。直到17世紀(jì)，意大利科學(xué)家伽利略才指出這種說法是錯誤的，他分析到：運動的車停下來是由于摩擦力的原因，運動物體減速的原因是摩擦力。伽利略提出了自己的看法，他指出：物體一旦具有某一速度，沒有加速和減速的原因，這個速度將保持不變。這里所指的減速的原因就是摩擦力。

為了證實結(jié)論的正確，他設(shè)計了一個理想實驗(thought experiment)，下面利用一個跟他的理想實驗裝置相似的實驗向大家介紹一下伽利略的實驗。

實驗：有兩個斜面，用一個小球放到左邊的斜面上，放手后小球從左邊斜面上滾下后滾到右邊的斜面上。在有摩擦力的情況下，到達右邊斜面的高度比左邊的釋放高度要低。

伽利略所設(shè)計的實驗是這樣的：實驗裝置跟現(xiàn)在的一樣，實驗時若沒有摩擦力，(當(dāng)然沒有摩擦力是不可能的，所以他的實驗是想象中的理想實驗。)我們看一下小球在這個理想實驗中會怎樣運動。

把小球放到左邊斜面的某一個高度，放手后由于有加速的原因，所以小球會從斜面上滾下，越滾越快；到右邊斜面時，由于有減速的原因，小球會越滾越慢。在沒有摩擦力的情況下，小球應(yīng)達到左邊的釋放高度。

改變右邊斜面的傾角，傾角變小，小球要達到同樣的高度，要在斜面上走更遠的距離。當(dāng)右邊傾角為零時，小球?qū)⒁恢睗L下去永遠達不到左邊的釋放高度，這個速度將保持不變。

這個實驗雖然是個理想實驗，但卻是符合科學(xué)道理的。沒有摩擦的情況是很難實現(xiàn)的，現(xiàn)代技術(shù)給我們提供了阻力很小的條件。我們來看一下氣墊實驗。它的原理是氣泵給氣墊裝置打氣，導(dǎo)軌上有許多小孔，滑塊與導(dǎo)軌間形成一層空氣薄膜，滑動時阻力很小。我們觀察一下滑塊的運動情況，可以看到滑塊的速度基本不變。

法國科學(xué)家笛卡爾補充和完善了伽利略的論點，提出了慣性定律：如果沒有其它原因，運動的物體將繼續(xù)以同一速度沿著一條直線運動，既不會停下來，也不會偏離原來的方向。

伽利略和笛卡爾對物體的運動作了準(zhǔn)確的描述，但是沒有指明原因是什么，這個原因跟運動的關(guān)系是什么。

牛頓總結(jié)了前人的經(jīng)驗，指出了加速和減速的原因是什么，并指出了這個原因跟運動的關(guān)系，這就是牛頓第一定律。

2．牛頓第一定律：一切物體總保持勻速運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止。

從牛頓第一定律可以看出：

(1)物體在不受力時，總保持勻速運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)。

(2)物體有保持勻速直線運動狀態(tài)的性質(zhì)，叫做慣性。在初中已經(jīng)學(xué)過慣性的概念，下面通過實驗再來看一下物體具有慣性的例子。

小車起動時，車上的木板向后倒；剎車時，木塊向前倒。人在坐汽車時也有同樣的感受。

(3)物體運動狀態(tài)的改變需要外力。

我們所遇到的實際問題中，物體不受力的情況是沒有的。物體受平衡力時，或者說合力為零時的情況跟不受力的情況是相同的。

3．小結(jié)

毛主席在《實踐論》中對感性認識和理性認識的關(guān)系作出如下的論述：“感性材料固然是客觀外界某些真實性的反映，但它們僅是片面的和表面的東西，這種反映是不完全的，是沒有反映事物本質(zhì)的。要完全地反映整個的事物，反映事物的本質(zhì)，反映事物的內(nèi)部規(guī)律性，就必須經(jīng)過思考作用，將豐富的感覺材料加以去粗取精，去偽存真，由此及彼，由表及里的改造制作工夫，造成概念和理論的系統(tǒng)。就必須從感性認識躍進到理性認識。”

人們對運動和力的關(guān)系的認識經(jīng)過了從感性認識到理性認識的躍進。這個過程經(jīng)歷了兩千年的時間，在此過程中伽利略作出了主要貢獻。由此可以看出伽利略的偉大和工作的卓越。就是這樣一個偉大的科學(xué)家，因為他的科學(xué)思想不符合教會的統(tǒng)治思想，受到教會的禁錮。直到最近，梵帝岡教庭才給他公開平反。科學(xué)思想得來不易，科學(xué)的真理總是要戰(zhàn)勝不科學(xué)的東西。

4．討論布置作業(yè)

五、說明

1．牛頓第一定律在初中階段學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過，在高中階段再次學(xué)習(xí)這個內(nèi)容時，要讓學(xué)生的認識有進一步的提高。教師在授課時應(yīng)注意到這一點。2．幾個科學(xué)家在研究力與物體運動的關(guān)系中做出了貢獻，在講課時可以把他們的畫像用投影幻燈打出來，增加課堂的活躍氣氛，加深學(xué)生的記憶。3．說明伽利略理想實驗的裝置可以自制，用兩根粗鐵絲按下圖制作，末端彎成小環(huán)，兩根軌道用螺絲燈連起來，可以改變兩軌的傾角，選用鋼球，注意小球在最低點時要能圓滑地通過軌道。

第四篇：高一物理高一全部教案(共52個)08.4.動量守恒定律

動量守恒定律

一、教學(xué)目標(biāo)

1．知道動量守恒定律的內(nèi)容，掌握動量守恒定律成立的條件，并在具體問題中判斷動量是否守恒。

2．學(xué)會沿同一直線相互作用的兩個物體的動量守恒定律的推導(dǎo)。3．知道動量守恒定律是自然界普遍適用的基本規(guī)律之一。

二、重點、難點分析

1．重點是動量守恒定律及其守恒條件的判定。2．難點是動量守恒定律的矢量性。

三、教具

1．氣墊導(dǎo)軌、光門和光電計時器，已稱量好質(zhì)量的兩個滑塊(附有彈簧圈和尼龍拉扣)。

2．計算機(程序已輸入)。

四、教學(xué)過程(一)引入新課

前面已經(jīng)學(xué)習(xí)了動量定理，下面再來研究兩個發(fā)生相互作用的物體所組成的物體系統(tǒng)，在不受外力的情況下，二者發(fā)生相互作用前后各自的動量發(fā)生什么變化，整個物體系統(tǒng)的動量又將如何？

(二)教學(xué)過程設(shè)計

1．以兩球發(fā)生碰撞為例討論“引入”中提出的問題，進行理論推導(dǎo)。畫圖：

設(shè)想水平桌面上有兩個勻速運動的球，它們的質(zhì)量分別是m1和m2，速度分別是v1和v2，而且v1＞v2。則它們的總動量(動量的矢量和)P＝p1+p2＝m1v1+m2v2。經(jīng)過一定時間m1追上m2，并與之發(fā)生碰撞，設(shè)碰后二者的速度分別為v′1和v′2，此時它們的動量的矢量和，即總動量p′＝p′1+p′2＝m1v′1+m2v′2。

板書：p＝p1+p2＝m1v1+m2v2 p′＝p′1+p′2＝m1v′1+m2v′2

下面從動量定理和牛頓第三定律出發(fā)討論p和p′有什么關(guān)系。

設(shè)碰撞過程中兩球相互作用力分別是F1和F2，力的作用時間是t。根據(jù)動量定理，m1球受到的沖量是F1t＝m1v′1-m1v1；m2球受到的沖量是F2t＝m2v′2-m2v2。

根據(jù)牛頓第三定律，F(xiàn)1和F2大小相等，方向相反，即F1t＝-F2t。板書：F1t＝m1v′1-m1v1 ① F2t＝m2v′2-m2v2 ② F1t＝-F2t ③ 將①、②兩式代入③式應(yīng)有 板書：m1v′1-m1v1＝-(m2v′2-m2v2)整理后可得

板書：m1v′1+m2v′2＝m1v1+m2v2 或?qū)懗?p′1+P′2＝p1+p2 就是 p′＝p 這表明兩球碰撞前后系統(tǒng)的總動量是相等的。分析得到上述結(jié)論的條件：

兩球碰撞時除了它們相互間的作用力(這是系統(tǒng)的內(nèi)力)外，還受到各自的重力和支持力的作用，但它們彼此平衡。桌面與兩球間的滾動摩擦可以不計，所以說m1和m2系統(tǒng)不受外力，或說它們所受的合外力為零。

2．結(jié)論：相互作用的物體所組成的系統(tǒng)，如果不受外力作用，或它們所受外力之和為零，則系統(tǒng)的總動量保持不變。這個結(jié)論叫做動量守恒定律。

做此結(jié)論時引導(dǎo)學(xué)生閱讀“選修本(第三冊)”第110頁。并板書：

∑F外＝0時 p′＝p 3．利用氣墊導(dǎo)軌上兩滑塊相撞過程演示動量守恒的規(guī)律。(1)兩滑塊彈性對撞(將彈簧圈卡在一個滑塊上對撞)

光電門測定滑塊m1和m2第一次(碰撞前)通過A、B光門的時間t1和t2以及第二次(碰撞后)通過光門的時間t′1和t′2。光電計時器記錄下這四個時間。將t1、t2和t′

1、t′2輸入計算機，由編好的程序計算出v1、v2和v′

1、v′2。將已測出的滑塊質(zhì)量m1和m2輸入計算機，進一步計算出碰撞前后的動量p1、p2和p′

1、p′2以及前后的總動量p和p′。

由此演示出動量守恒。

注意：在此演示過程中必須向?qū)W生說明動量和動量守恒的矢量性問題。因為v1和v2以及v′1和v′2方向均相反，所以p1+p2實際上是｜p1｜-｜p2｜，同理p′1+p′2實際上是｜p′1｜-｜p′2｜。

(2)兩滑動完全非彈性碰撞(就彈簧圈取下，兩滑塊相對面各安裝尼龍子母扣)為簡單明了起見，可讓滑塊m2靜止在兩光電門之間不動(p2＝0)，滑塊m1通過光門A后與滑塊m2相撞，二者粘合在一起后通過光門B。

光門A測出碰前m1通過A時的時間t，光門B測出碰后m1+m2通過B時的時間t′。將t和t′輸出計算機，計算出p1和p′1+p′2以及碰前的總動量p(＝p1)和碰后的總動量p′。由此驗證在完全非彈性碰撞中動量守恒。

(3)兩滑塊反彈(將尼龍拉扣換下，兩滑塊間擠壓一彈簧片)將兩滑塊置于兩光電門中間，二者間擠壓一彎成∩形的彈簧片(銅片)。同時松開兩手，鋼簧片將兩滑塊彈開分別通過光電門A和B，測定出時間t1和t2。

將t1和t2輸入計算機，計算出v1和v2以及p1和p2。

引導(dǎo)學(xué)生認識到彈開前系統(tǒng)的總動量p0＝0，彈開后系統(tǒng)的總動量pt＝｜p1｜-｜p2｜＝0?？倓恿渴睾悖鋽?shù)值為零。

4．例題 甲、乙兩物體沿同一直線相向運動，甲的速度是3m/s，乙物體的速度是1m/s。碰撞后甲、乙兩物體都沿各自原方向的反方向運動，速度的大小都是2m/s。求甲、乙兩物體的質(zhì)量之比是多少？

引導(dǎo)學(xué)生分析：對甲、乙兩物體組成的系統(tǒng)來說，由于其不受外力，所以系統(tǒng)的動量守恒，即碰撞前后的總動量大小、方向均一樣。

由于動量是矢量，具有方向性，在討論動量守恒時必須注意到其方向性。為此首先規(guī)定一個正方向，然后在此基礎(chǔ)上進行研究。

板書解題過程，并邊講邊寫。

講解：規(guī)定甲物體初速度方向為正方向。則v1＝+3m/s，v2＝-1m/s。碰后v′1＝-2m/s，v′2＝2m/s。

根據(jù)動量守恒定律應(yīng)有

移項整理后可得m1比m2為 代入數(shù)值后可得m1/m2＝3/5 即甲、乙兩物體的質(zhì)量比為3∶5。

5．練習(xí)題 質(zhì)量為30kg的小孩以8m/s的水平速度跳上一輛靜止在水平軌道上的平板車，已知平板車的質(zhì)量是80kg，求小孩跳上車后他們共同的速度。分析：對于小孩和平板車系統(tǒng)，由于車輪和軌道間的滾動摩擦很小，可以不予考慮，所以可以認為系統(tǒng)不受外力，即對人、車系統(tǒng)動量守恒。

板書解題過程：

跳上車前系統(tǒng)的總動量p＝mv 跳上車后系統(tǒng)的總動量p′＝(m+M)V 由動量守恒定律有mv＝(m+M)V 解得

五、小結(jié)

(1)動量守恒的條件：系統(tǒng)不受外力或合外力為零時系統(tǒng)的動量守恒。

(2)動量守恒定律適用的范圍：適用于兩個或兩個以上物體組成的系統(tǒng)。動量守恒定律是自然界普遍適用的基本規(guī)律，對高速或低速運動的物體系統(tǒng)，對宏觀或微觀系統(tǒng)它都是適用的。

第五篇：高一物理高一全部教案(共52個)08.5.動量守恒定律的應(yīng)用

動量守恒定律的應(yīng)用

一、教學(xué)目標(biāo)

1．學(xué)會分析動量守恒的條件。

2．學(xué)會選擇正方向，化一維矢量運算為代數(shù)運算。

3．會應(yīng)用動量守恒定律解決碰撞、反沖等物體相互作用的問題(僅限于一維情況)，知道應(yīng)用動量守恒定律解決實際問題的基本思路和方法。

二、重點、難點分析

1．應(yīng)用動量守恒定律解決實際問題的基本思路和方法是本節(jié)重點。2．難點是矢量性問題與參照系的選擇對初學(xué)者感到不適應(yīng)。

三、教具

1．碰撞球系統(tǒng)(兩球和多球)； 2．反沖小車。

四、教學(xué)過程

本節(jié)是繼動量守恒定律理論課之后的習(xí)題課。1．討論動量守恒的基本條件

例1．在光滑水平面上有一個彈簧振子系統(tǒng)，如圖所示，兩振子的質(zhì)量分別為m1和m2。討論此系統(tǒng)在振動時動量是否守恒？

分析：由于水平面上無摩擦，故振動系統(tǒng)不受外力(豎直方向重力與支持力平衡)，所以此系統(tǒng)振動時動量守恒，即向左的動量與向右的動量大小相等。例2．承上題，但水平地面不光滑，與兩振子的動摩擦因數(shù)μ相同，討論m1＝m2和m1≠m2兩種情況下振動系統(tǒng)的動量是否守恒。

分析：m1和m2所受摩擦力分別為f1＝μm1g和f2＝μm2g。由于振動時兩振子的運動方向總是相反的，所以f1和f2的方向總是相反的。

板書畫圖：

對m1和m2振動系統(tǒng)來說合外力∑F外＝f1+f2，但注意是矢量合。實際運算時為

板書：∑F外＝μm1g-μm2g 顯然，若m1＝m2，則∑F外＝0，則動量守恒； 若m1≠m2，則∑F外≠0，則動量不守恒。向?qū)W生提出問題：

(1)m1＝m2時動量守恒，那么動量是多少？

(2)m1≠m2時動量不守恒，那么振動情況可能是怎樣的？ 與學(xué)生共同分析：

(1)m1＝m2時動量守恒，系統(tǒng)的總動量為零。開始時(釋放振子時)p＝0，此后振動時，當(dāng)p1和p2均不為零時，它們的大小是相等的，但方向是相反的，所以總動量仍為零。

數(shù)學(xué)表達式可寫成

m1v1＝m2v2

(2)m1≠m2時∑F外＝μ(m1-m2)g。其方向取決于m1和m2的大小以及運動方向。比如m1＞m2，一開始m1向右(m2向左)運動，結(jié)果系統(tǒng)所受合外力∑F外方向向左(f1向左，f2向右，而且f1＞f2)。結(jié)果是在前半個周期里整個系統(tǒng)一邊振動一邊向左移動。

進一步提出問題：

在m1＝m2的情況下，振動系統(tǒng)的動量守恒，其機械能是否守恒？

分析：振動是動能和彈性勢能間的能量轉(zhuǎn)化。但由于有摩擦存在，在動能和彈性勢能往復(fù)轉(zhuǎn)化的過程中勢必有一部分能量變?yōu)闊釗p耗，直至把全部原有的機械能都轉(zhuǎn)化為熱，振動停止。所以雖然動量守恒(p＝0)，但機械能不守恒。(從振動到不振動)2．學(xué)習(xí)設(shè)置正方向，變一維矢量運算為代數(shù)運算

例3．拋出的手雷在最高點時水平速度為10m/s，這時突然炸成兩塊，其中大塊質(zhì)量300g仍按原方向飛行，其速度測得為50m/s，另一小塊質(zhì)量為200g，求它的速度的大小和方向。

分析：手雷在空中爆炸時所受合外力應(yīng)是它受到的重力G＝(m1+m2)g，可見系統(tǒng)的動量并不守恒。但在水平方向上可以認為系統(tǒng)不受外力，所以在水平方向上動量是守恒的。

強調(diào)：正是由于動量是矢量，所以動量守恒定律可在某個方向上應(yīng)用。

那么手雷在以10m/s飛行時空氣阻力(水平方向)是不是應(yīng)該考慮呢？(上述問題學(xué)生可能會提出，若學(xué)生不提出，教師應(yīng)向?qū)W生提出此問題。)一般說當(dāng)v＝10m/s時空氣阻力是應(yīng)考慮，但爆炸力(內(nèi)力)比這一阻力大的多，所以這一瞬間空氣阻力可以不計。即當(dāng)內(nèi)力遠大于外力時，外力可以不計，系統(tǒng)的動量近似守恒。

板書：

F內(nèi)>>F外時p′≈p。

解題過程：

設(shè)手雷原飛行方向為正方向，則v0＝10m/s，m1的速度v1＝50m/s，m2的速度方向不清，暫設(shè)為正方向。

板書：

設(shè)原飛行方向為正方向，則v0＝10m/s，v1＝50m/s；m1＝0.3kg，m2＝0.2kg。系統(tǒng)動量守恒：(m1+m2)v0＝m1v1+m2v2

此結(jié)果表明，質(zhì)量為200克的部分以50m/s的速度向反方向運動，其中負號表示與所設(shè)正方向相反。

例4．機關(guān)槍重8kg，射出的子彈質(zhì)量為20克，若子彈的出口速度是1 000m/s，則機槍的后退速度是多少？

分析：在水平方向火藥的爆炸力遠大于此瞬間機槍受的外力(槍手的依托力)，故可認為在水平方向動量守恒。即子彈向前的動量等于機槍向后的動量，總動量維持“零”值不變。

板書：

設(shè)子彈速度v，質(zhì)量m；機槍后退速度V，質(zhì)量M。則由動量守恒有

MV＝mv

小結(jié)：上述兩例都屬于“反沖”和“爆炸”一類的問題，其特點是F內(nèi)>>F外，系統(tǒng)近似動量守恒。

演示實驗：反沖小車實驗

點燃酒精，將水燒成蒸汽，氣壓增大后將試管塞彈出，與此同時，小車后退。

與爆炸和反沖一類問題相似的還有碰撞類問題。演示小球碰撞(兩個)實驗。說明在碰撞時水平方向外力為零(豎直方向有向心力)，因此水平方向動量守恒。

結(jié)論：碰撞時兩球交換動量(mA＝mB)，系統(tǒng)的總動量保持不變。

例5．討論質(zhì)量為mA的球以速度v0去碰撞靜止的質(zhì)量為mB的球后，兩球的速度各是多少？設(shè)碰撞過程中沒有能量損失，水平面光滑。

設(shè)A球的初速度v0的方向為正方向。由動量守恒和能量守恒可列出下述方程：

mAv0＝mAvA+mBvB ①

解方程①和②可以得到

引導(dǎo)學(xué)生討論：

(1)由vB表達式可知vB恒大于零，即B球肯定是向前運動的，這與生活中觀察到的各種現(xiàn)象是吻合的。

(2)由vA表達式可知當(dāng)mA＞mB時，vA＞0，即碰后A球依然向前

即碰后A球反彈，且一般情況下速度也小于v0了。當(dāng)mA＝mB時，vA＝0，vB＝v0，這就是剛才看到的實驗，即A、B兩球互換動量的情形。

(3)討論極端情形：若mB→∞時，vA＝-v0，即原速反彈；而vB→0，即幾乎不動。這就好像是生活中的小皮球撞墻的情形。在熱學(xué)部分中氣體分子與器壁碰撞的模型就屬于這種情形。

(4)由于vA總是小于v0的，所以通過碰撞可以使一個物體減速，在核反應(yīng)堆中利用中子與碳原子(石墨或重水)的碰撞將快中子變?yōu)槁凶印?/p>

3．動量守恒定律是對同一個慣性參照系成立的。

例6 質(zhì)量為M的平板車靜止在水平路面上，車與路面間的摩擦不計。質(zhì)量為m的人從車的左端走到右端，已知車長為L，求在此期間車行的距離？

分析：由動量守恒定律可知人向右的動量應(yīng)等于車向左的動量，即

mv＝MV 用位移與時間的比表示速度應(yīng)有

動量守恒定律中的各個速度必須是對同一個慣性參照系而言的速 的速度，以致發(fā)生上述錯誤。

五、小結(jié)：應(yīng)用動量守恒定律時必須注意：(1)所研究的系統(tǒng)是否動量守恒。

(2)所研究的系統(tǒng)是否在某一方向上動量守恒。

(3)所研究的系統(tǒng)是否滿足F內(nèi)>>F外的條件，從而可以近似地認為動量守恒。(4)列出動量守恒式時注意所有的速度都是對同一個慣性參照系的。(5)一般情形下應(yīng)先規(guī)定一個正方向，以此來確定各個速度的方向(即以代數(shù)計算代替一維矢量計算)。