动量守恒定律的应用·教案
专题《动量守恒定律的应用》教案旧人教

一、教学目标1. 让学生理解动量守恒定律的概念和条件。
2. 培养学生运用动量守恒定律解决实际问题的能力。
3. 引导学生掌握动量守恒定律在碰撞和爆炸现象中的应用。
二、教学内容1. 动量守恒定律的定义及表达式2. 动量守恒定律的条件3. 动量守恒定律在碰撞中的应用4. 动量守恒定律在爆炸现象中的应用5. 动量守恒定律的实际应用案例分析三、教学重点与难点1. 教学重点:动量守恒定律的定义、条件及应用。
2. 教学难点:动量守恒定律在复杂情境中的应用。
四、教学方法1. 采用问题驱动法,引导学生主动探究动量守恒定律的内涵和应用。
2. 利用多媒体动画和实例,直观展示动量守恒定律的实际应用。
3. 组织学生进行小组讨论和实验探究,提高学生的动手能力和团队协作能力。
五、教学过程1. 导入:通过一个简单的碰撞现象,引发学生对动量守恒定律的思考。
2. 理论讲解:介绍动量守恒定律的定义、条件和表达式。
3. 实例分析:分析碰撞和爆炸现象中动量守恒定律的应用。
4. 案例讨论:让学生分组讨论实际应用案例,并提出解题思路。
5. 练习与拓展:布置一些有关动量守恒定律的练习题,巩固所学知识。
6. 总结:对本节课的主要内容进行总结,强调动量守恒定律在实际问题中的应用。
六、教学评价1. 评价目标:检查学生对动量守恒定律的理解和应用能力。
2. 评价方法:课堂练习、小组讨论、实验报告、课后作业。
3. 评价内容:动量守恒定律的定义、条件、应用及实际问题解决。
七、教学资源1. 多媒体课件:动量守恒定律的讲解、实例分析、动画演示。
2. 实验器材:小球、轨道、碰撞器等,用于演示和实验探究。
3. 教学案例:碰撞、爆炸等实际应用案例。
八、教学进度安排1. 第1-2课时:动量守恒定律的定义、条件和表达式。
2. 第3-4课时:动量守恒定律在碰撞中的应用。
3. 第5-6课时:动量守恒定律在爆炸现象中的应用。
4. 第7-8课时:动量守恒定律的实际应用案例分析。
动量守恒定律及其应用公开课教案

动量守恒定律及其应用公开课教案一、教学目标1. 让学生了解动量的概念,理解动量守恒定律的定义及适用范围。
2. 培养学生运用动量守恒定律解决实际问题的能力。
3. 引导学生运用科学思维方法,分析动量守恒定律在自然界中的广泛应用。
二、教学内容1. 动量的定义及计算公式。
2. 动量守恒定律的表述及适用条件。
3. 动量守恒定律在实际问题中的应用案例。
三、教学过程1. 导入:通过介绍动量守恒定律在自然界中的重要性,激发学生的学习兴趣。
2. 讲解动量的定义及计算公式,让学生理解动量的概念。
3. 讲解动量守恒定律的表述及适用条件,让学生掌握动量守恒定律的基本内容。
4. 分析动量守恒定律在实际问题中的应用案例,培养学生运用动量守恒定律解决实际问题的能力。
5. 课堂练习:让学生运用动量守恒定律解决一些简单的实际问题。
四、教学方法1. 采用讲授法,讲解动量守恒定律的基本概念和适用条件。
2. 采用案例分析法,分析动量守恒定律在实际问题中的应用。
3. 采用练习法,让学生巩固所学知识,提高运用动量守恒定律解决实际问题的能力。
五、教学评价1. 课堂问答:检查学生对动量守恒定律的基本概念和适用条件的掌握情况。
2. 课堂练习:评估学生运用动量守恒定律解决实际问题的能力。
3. 课后作业:巩固学生对动量守恒定律的理解,提高其运用能力。
六、教学资源1. 教学课件:动量守恒定律的相关图片和动画,以直观展示概念和原理。
2. 案例视频:选择一些涉及动量守恒定律的实际案例视频,用于课堂分析。
3. 练习题库:准备一系列动量守恒定律的应用题,用于课堂练习和课后作业。
七、教学活动1. 互动讨论:组织学生进行小组讨论,分享对动量守恒定律的理解和应用案例。
2. 实验演示:如果条件允许,可以进行一些简单的实验来展示动量守恒定律,如碰撞实验。
3. 问题解答:鼓励学生提出问题,并尝试解答其他同学的问题,增强互动性。
八、教学反思1. 课后收集学生的课堂反馈,了解他们对动量守恒定律的理解程度。
动量守恒定律教案

动量守恒定律教案动量动量守恒定律教案篇一碰撞中的动量守恒1、实验目的、原理(1)实验目的运用平抛运动的知识分析、研究碰撞过程中相互作用的物体系动量守恒(2)实验原理(a)因小球从斜槽上滚下后做平抛运动,由平抛运动知识可知,只要小球下落的高度相同,在落地前运动的时间就相同,若用飞行时间作时间单位,小球的水平速度在数值上就等于小球飞出的水平距离。
(b)设入射球、被碰球的质量分别为m1、m2,则入射球碰撞前动量为(被碰球静止)p1=m1v1①设碰撞后m1,m2的速度分别为v’1、v’2,则碰撞后系统总动量为p2=mlV’1+m2v’2②只要测出小球的质量及两球碰撞前后飞出的水平距离,代入①、②两式就可研究动量守恒。
2、买验器材斜槽,两个大小相同而质量不等的小钢球,天平,刻度尺,重锤线,白纸,复写纸,三角板,圆规。
3、实验步骤及安装调试(1)用天平测出两个小球的质量ml、m2.(2)按图5—29所示安装、调节好实验装置,使斜槽末端切线水平,将被碰小球放在斜槽末端前小支柱上,入射球放在斜槽末端,调节支柱,使两小球相碰时处于同一水平高度,且在碰撞瞬间入射球与被碰球的球心连线与斜槽末端的切线平行,以确保正碰后两小球均作平抛运动。
(3)在水平地面上依次铺放白纸和复写纸。
(4)在白纸上记下重锤线所指的位置O,它表示入射球m1碰撞前的位置,如图5—30所示。
(5)移去被碰球m2,让入射球从斜槽上同一高度滚下,重复10次左右,用圆规画尽可能小的圆将所有的小球落点圈在里面,其圆心即为人射球不发生碰撞情况下的落点的平均位置P,如图5—31所示。
(6)将被碰小球放在小支柱上,让入射球从同一高度滚下,使它们发生正碰,重复10次左右,同理求出入射小球落点的平均位置M和被碰小球落点的平均位置N.(7)过O、N作一直线,取O0’=2r(r为小球的半径,可用刻度尺和三角板测量小球直径计算厂),则O’即为被碰小球碰撞前的球心的位置(即投影位置)。
示范教案(动量守恒定律的应用)

⽰范教案(动量守恒定律的应⽤)四、动量守恒定律的应⽤从容说课本节课主要通过爆炸、碰撞两类实际问题的分析,来说明应⽤动量守恒定律的优点,进⽽培养学⽣应⽤动量守恒定律解决问题的习惯,使同学们清楚地认识到应⽤动量守恒定律解决问题会⽐⽤⽜顿运动定律更简捷、更⽅便.在授课过程中使学⽣掌握应⽤动量守恒定律的⼀般思路和解题步骤。
并能从实际问题中熟练地找出⾃⼰所需的物理过程,准确地确定出系统在过程始末状态所具有的动量,正确地书写出动量守恒定律的数学表达式,对所研究的问题做到有的放⽮.所以本节内容对学⽣对动量守恒定律的理解以及应⽤动量守恒定律解决实际问题显得尤为重要.根据本节教材的特点及重要程度.对本节课的教学⽬标定位如下:1.知道应⽤动量守恒定律去解决有关爆炸、碰撞等物理问题.2.能够在题⽬给出的物理情境⾥迅速捕捉到⾃⼰所需要的物理过程,并能准确确定初始及末了两种状态,以便确定研究对象的初始动量及末了动量,正确书写出动量守恒定律的⽅程.3.能够掌握应⽤动量守恒定律解决问题的⼀般步骤,并能准确地解决之。
本节课的教学重点是要让学⽣初步掌握应⽤动量守恒定律解决问题的⼀般思路,并能正确应⽤动量守恒定律解决⼀些简单的实际物理问题。
本节课的教学难点定位于对动量守恒定律成⽴条件的判断,及在物理情境中准确捕捉所需物理过程的能⼒培养。
针对本节课的特点,为了突破难点,突出重点,本节课采⽤学⽣分析、教师引导,学⽣为主、教师为辅的教学模式,使学⽣积极参与课堂教学。
并能较好地掌握动量守恒定律的应⽤⽅法及步骤。
本节课的教学程序如下:复习导⼈→例题出⽰→引导分析→教师总结→本节⼩结。
教学⽬标⼀、知识⽬标1.知道应⽤动量守恒定律解决问题时应注意的问题。
2.掌握应⽤动量守恒定律解决问题的⼀般步骤。
3.会应⽤动量守恒定律分析、解决碰撞、爆炸等物体相互作⽤的问题。
⼆、能⼒⽬标1.掌握应⽤动量守恒定律解题的⽅法和步骤。
2.能综合运⽤动量定理和动量守恒定律求解有关问题,培养⼤家综合归纳、逻辑推理分析的应⽤能⼒。
《动量守恒定律及其应用》 教学设计

《动量守恒定律及其应用》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标(1)理解动量守恒定律的内容和表达式。
(2)能运用动量守恒定律分析和解决简单的相互作用问题。
2、过程与方法目标(1)通过实验探究和理论推导,培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力。
(2)经历动量守恒定律的应用过程,提高学生分析问题和解决问题的能力。
3、情感态度与价值观目标(1)通过对动量守恒定律的学习,使学生感受物理规律的简洁美和普遍适用性。
(2)培养学生的合作精神和实事求是的科学态度。
二、教学重难点1、教学重点(1)动量守恒定律的内容和表达式。
(2)动量守恒定律的适用条件。
2、教学难点(1)动量守恒定律的推导过程。
(2)动量守恒定律在多物体、多过程问题中的应用。
三、教学方法1、讲授法:讲解动量守恒定律的基本概念和原理。
2、实验法:通过实验演示,让学生直观地感受动量守恒的现象。
3、讨论法:组织学生讨论问题,培养学生的思维能力和合作精神。
4、练习法:通过练习题,让学生巩固所学知识,提高应用能力。
四、教学过程1、导入新课通过播放一段碰撞的视频,如台球的碰撞、两车相撞等,引导学生观察碰撞前后物体的运动状态变化,提出问题:在碰撞过程中,有没有什么物理量是保持不变的呢?从而引出本节课的主题——动量守恒定律。
2、新课讲授(1)动量的概念回顾上节课所学的动量的定义:物体的质量与速度的乘积叫做动量,用符号p 表示,p =mv。
强调动量是矢量,其方向与速度的方向相同。
(2)动量守恒定律的推导以两个相互作用的小球为例,假设它们在光滑水平面上做直线运动,质量分别为 m1 和 m2,速度分别为 v1 和 v2 ,碰撞后速度分别变为 v1' 和 v2' 。
根据牛顿第二定律,对于小球 1,有 F1 = m1a1 ,其中 F1 是小球 2 对小球 1 的作用力,a1 是小球 1 的加速度。
根据运动学公式,a1 =(v1' v1) / t ,其中 t 是碰撞作用的时间。
高中物理动量守恒定律教案(通用3篇)

高中物理动量守恒定律教案(通用3篇)高中物理动量守恒定律篇1一.教材的地位和作用动量守恒定律是自然界中最重要,最普遍的守恒定律之一,它既适用于宏观物体,也适用于微观粒子;既适用于低速运动物体,也适用于高速运动物体,甚至对力的作用机制尚不清楚的问题中,动量守恒定律也适用。
它是除牛顿运动定律与能量观点外,另一种更广泛的解决动力学问题的方法,而且在今后的磁学,电学中也会用到此定律。
二.知识结构1,动量守恒定律的表述:如果一个系统不受外力,或者所受外力合力为零,这个系统的总动量保持不变。
2,动量守恒的条件:系统不受外力或者所受外力合力为零。
3,实验验证:两个弹性小球的弹性碰撞。
设两个小球的质量分别为M1和M2,碰撞前的速度分别为V1和V2,碰撞后的速度分别为V1`和V2`。
由动量守恒有:M1·V1+M2·V2=M1·V`1+M2·V`24,动量守恒定律的适用范围:小到微观粒子,大到天体,无论是什么性质的相互作用力,即使对相互作用情况还了解得不大清楚,动量守恒定律都是适用的。
5,灵活运用动量守恒定律和注意事项:动量守恒定律具有普适性。
当系统受到的合外力不为零,但是在某一方向上的合外力为零,那么在该方向上可以运用动量守恒定律。
在运用动量守恒定律之前应严格检验是否符合动量守恒定律的条件。
三.教学重点和难点学习本节的主要目的是为了掌握并会应用动量守恒定律这一应用广泛的自然规律,要达到这一目的,每个学生就需要正确理解其成立的条件和使用的特点。
而动量又是矢量,因此,确定本节的教学重点和难点为:(1)掌握动量守恒定律及其成立的条件。
(2)动量守恒定律的矢量性。
四.教学目标1,知识与技能(1)理解动量守恒定律的确切含义和表达式;(2)能用动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律;(3)知道动量守恒定律的适用条件和适用范围;2,过程与方法(1)会用动量守恒定律解释现象;(2)会应用动量守恒定律分析求解运动问题。
动量守恒定律物理教案优秀5篇

动量守恒定律物理教案优秀5篇1、理解动量守恒定律的确切含义.2、知道动量守恒定律的适用条件和适用范围.二、能力目标1、运用动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律.2、能运用动量守恒定律解释现象.3、会应用动量守恒定律分析、计算有关问题(只限于一维运动).三、情感目标1、培养实事求是的科学态度和严谨的推理方法.2、使学生知道自然科学规律发现的重大现实意义以及对社会发展的巨大推动作用.重点难点:重点:理解和基本掌握动量守恒定律.难点:对动量守恒定律条件的掌握.教学过程:动量定理研究了一个物体受到力的冲量作用后,动量怎样变化,那么两个或两个以上的物体相互作用时,会出现怎样的总结果?这类问题在我们的日常生活中较为常见,例如,两个紧挨着站在冰面上的同学,不论谁推一下谁,他们都会向相反的方向滑开,两个同学的动量都发生了变化,又如火车编组时车厢的对接,飞船在轨道上与另一航天器对接,这些过程中相互作用的物体的动量都有变化,但它们遵循着一条重要的规律.(-)系统为了便于对问题的讨论和分析,我们引入几个概念.1.系统:存在相互作用的几个物体所组成的整体,称为系统,系统可按解决问题的需要灵活选取.2.内力:系统内各个物体间的相互作用力称为内力.3.外力:系统外其他物体作用在系统内任何一个物体上的力,称为外力.内力和外力的区分依赖于系统的选取,只有在确定了系统后,才能确定内力和外力.(二)相互作用的两个物体动量变化之间的关系演示如图所示,气垫导轨上的A、B两滑块在P、Q两处,在A、B间压紧一被压缩的弹簧,中间用细线把A、B拴住,M和N为两个可移动的挡板,通过调节M、N的位置,使烧断细线后A、B两滑块同时撞到相应的挡板上,这样就可以用SA和SB分别表示A、B两滑块相互作用后的速度,测出两滑块的质量mA\mB和作用后的位移SA和SB比较mASA和mBSB.高二物理《动量守恒定律》教案1.实验条件:以A、B为系统,外力很小可忽略不计.2.实验结论:两物体A、B在不受外力作用的条件下,相互作用过程中动量变化大小相等,方向相反,即△pA=-△pB或△pA+△pB=0注意因为动量的变化是矢量,所以不能把实验结论理解为A、B两物体的动量变化相同.(三)动量守恒定律1.表述:一个系统不受外力或受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论叫做动量守恒定律.2.数学表达式:p=p’,对由A、B两物体组成的系统有:mAvA+mBvB=mAvA’+mBvB’ (1)mA、mB分别是A、B两物体的质量,vA、vB、分别是它们相互作用前的速度,vA’、vB’分别是它们相互作用后的速度.注意式中各速度都应相对同一参考系,一般以地面为参考系.(2)动量守恒定律的表达式是矢量式,解题时选取正方向后用正、负来表示方向,将矢量运算变为代数运算.3.成立条件在满足下列条件之一时,系统的动量守恒(1)不受外力或受外力之和为零,系统的总动量守恒.(2)系统的内力远大于外力,可忽略外力,系统的总动量守恒.(3)系统在某一方向上满足上述(1)或(2),则在该方向上系统的总动量守恒.4.适用范围动量守恒定律是自然界最重要最普遍的规律之一,大到星球的宏观系统,小到基本粒子的微观系统,无论系统内各物体之间相互作用是什么力,只要满足上述条件,动量守恒定律都是适用的.(四)由动量定理和牛顿第三定律可导出动量守恒定律设两个物体m1和m2发生相互作用,物体1对物体2的作用力是F12,物体2对物体1的作用力是F21,此外两个物体不受其他力作用,在作用时间△Vt内,分别对物体1和2用动量定理得:F21△Vt=△p1;F12△Vt=△p2,由牛顿第三定律得F21=-F12,所以△p1=-△p2,即:△p=△p1+△p2=0或m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’.例1如图所示,气球与绳梯的质量为M,气球的绳梯上站着一个质量为m的人,整个系统保持静止状态,不计空气阻力,则当人沿绳梯向上爬时,对于人和气球(包括绳梯)这一系统来说动量是否守恒?为什么?高二物理《动量守恒定律》教案解析对于这一系统来说,动量是守恒的,因为当人未沿绳梯向上爬时,系统保持静止状态,说明系统所受的重力(M+m)g跟浮力F平衡,那么系统所受的外力之和为零,当人向上爬时,气球同时会向下运动,人与梯间的相互作用力总是等值反向,系统所受的外力之和始终为零,因此系统的动量是守恒的.例2如图所示是A、B两滑块在碰撞前后的闪光照片部分示意图,图中滑块A的质量为0.14kg,滑块B的质量为0.22kg,所用标尺的最小刻度是0.5cm,闪光照相时每秒拍摄10次,试根据图示回答:高二物理《动量守恒定律》教案(1)作用前后滑块A动量的增量为多少?方向如何?(2)碰撞前后A和B的总动量是否守恒?解析从图中A、B两位置的变化可知,作用前B是静止的,作用后B向右运动,A向左运动,它们都是匀速运动.mAvA+mBvB=mAvA’+mBvB’(1)vA=SA/t=0.05/0.1=0.5(m/s);vA′=SA′/t=-0.005/0.1=-0.05(m/s)△pA=mAvA’-mAvA=0.14*(-0.05)-0.14*0.5=-0.077(kg·m/s),方向向左.(2)碰撞前总动量p=pA=mAvA=0.14__0.5=0.07(kg·m/s)碰撞后总动量p’=mAvA’+mBvB’=0.14__(-0.06)+0.22__(0.035/0.1)=0.07(kg·m/s)p=p’,碰撞前后A、B的总动量守恒.例3一质量mA=0.2kg,沿光滑水平面以速度vA=5m/s运动的物体,撞上静止于该水平面上质量mB=0.5kg的物体B,在下列两种情况下,撞后两物体的速度分别为多大?(1)撞后第1s末两物距0.6m.(2)撞后第1s末两物相距3.4m.解析以A、B两物为一个系统,相互作用中无其他外力,系统的动量守恒.设撞后A、B两物的速度分别为vA’和vB’,以vA的方向为正方向,则有:mAvA=mAvA’+mBvB’;vB’t-vA’t=s(1)当s=0.6m时,解得vA’=1m/s,vB’=1.6m/s,A、B同方向运动.(2)当s=3.4m时,解得vA’=-1m/s,vB’=2.4m/s,A、B反方向运动.例4如图所示,A、B、C三木块的质量分别为mA=0.5Kg,mB=0.3Kg,mC=0.2Kg,A和B紧靠着放在光滑的水平面上,C以v0=25m/s的水平初速度沿A的上表面滑行到B的上表面,由于摩擦最终与B木块的共同速度为8m/s,求C刚脱离A时,A的速度和C的速度.高二物理《动量守恒定律》教案解析C在A的上表面滑行时,A和B的速度相同,C在B的上表面滑行时,A和B脱离.A 做匀速运动,对A、B、C三物组成的系统,总动量守恒.动量守恒定律物理教案(精选篇2)三维教学目标1、知识与技能:掌握运用动量守恒定律的一般步骤。
动量守恒定律教案

动量守恒定律教案教案:动量守恒定律一、教学目标1.理解动量守恒定律的基本概念和原理。
2.能够应用动量守恒定律解决基本的动量问题。
3.培养学生动手能力,提高实际问题解决的能力。
4.培养学生观察、实验、探究的能力。
二、教学过程1.导入(10分钟)引入学生对动量的概念,帮助其理解运动过程中物体运动状态的变化。
问题:当我们打篮球的时候,为什么只需要轻轻一打,篮球就能飞出远处的篮筐?2.讲解(30分钟)1) 动量的概念: 动量是物体运动的量度,等于物体的质量乘以速度。
公式为:p = mv2)动量守恒定律的基本概念:在没有外力作用时,物体的总动量保持不变,即动量守恒定律。
公式为:m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'3.实验(20分钟)准备实验装置,展示动量守恒定律在实际中的应用。
实验一:采用弹性碰撞实验,让学生观察和记录实验结果。
实验二:采用不同质量物体的非弹性碰撞实验,让学生观察和记录实验结果。
4.分析和讨论(20分钟)分析实验结果,让学生了解动量守恒定律在实际运动中的应用。
5.练习(20分钟)通过小组合作完成练习题,巩固学生对动量守恒定律的理解和应用。
6.展示和评价(10分钟)学生展示他们的实验结果和解决问题的方法,老师评价学生的学习情况。
三、教学资源和评价方法教学资源:实验装置评价方法:学生的小组合作练习和实验结果观察、记录的准确性以及对动量守恒定律的理解程度可以作为评价的依据。
四、教学延伸1.在同理心的前提下,让学生进行更多的探究和实践,拓展自己的知识面。
2.引导学生通过观察和实验发现身边事物中动量守恒的现象,加深对动量守恒定律的理解。
3.进一步提高学生动手实践的能力,让学生设计和进行更复杂的实验,以探究不同条件下动量守恒定律的适用性。
五、教学反思动量守恒定律是物理学习中非常重要的基本概念之一,本课通过引导学生进行实验和讨论,帮助学生理解和应用动量守恒定律。
实验的设计要让学生亲自操作,观察和记录实验结果,增强学生的实践能力,培养学生的探究精神和动手能力。
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功和能·动量守恒定律的应用·教案
一、教学目标
1.学会分析动量守恒的条件。
2.学会选择正方向,化一维矢量运算为代数运算。
3.会应用动量守恒定律解决碰撞、反冲等物体相互作用的问题(仅限于一维情况),知道应用动量守恒定律解决实际问题的基本思路和方法。
二、重点、难点分析
1.应用动量守恒定律解决实际问题的基本思路和方法是本节重点。
2.难点是矢量性问题与参照系的选择对初学者感到不适应。
三、教具
1.碰撞球系统(两球和多球);
2.反冲小车。
四、教学过程
本节是继动量守恒定律理论课之后的习题课。
1.讨论动量守恒的基本条件
例1.在光滑水平面上有一个弹簧振子系统,如图所示,两振子的质量分别为m1和m2。
讨论此系统在振动时动量是否守恒?
分析:由于水平面上无摩擦,故振动系统不受外力(竖直方向重力与支持力平衡),所以此系统振动时动量守恒,即向左的动量与向右的动量大小相等。
例2.承上题,但水平地面不光滑,与两振子的动摩擦因数μ相同,讨论m1=m2和m1≠m2两种情况下振动系统的动量是否守恒。
分析:m1和m2所受摩擦力分别为f1=μm1g和f2=μm2g。
由于振动时两振子的运动方向总是相反的,所以f1和f2的方向总是相反的。
板书画图:
对m1和m2振动系统来说合外力∑F外=f1+f2,但注意是矢量合。
实际运算时为
板书:∑F外=μm1g-μm2g
显然,若m1=m2,则∑F外=0,则动量守恒;
若m1≠m2,则∑F外≠0,则动量不守恒。
向学生提出问题:
(1)m1=m2时动量守恒,那么动量是多少?
(2)m1≠m2时动量不守恒,那么振动情况可能是怎样的?
与学生共同分析:
(1)m1=m2时动量守恒,系统的总动量为零。
开始时(释放振子时)p=0,此后振动时,当p1和p2均不为零时,它们的大小是相等的,但方向是相反的,所以总动量仍为零。
数学表达式可写成
m1v1=m2v2
(2)m1≠m2时∑F外=μ(m1-m2)g。
其方向取决于m1和m2的大小以及运动方向。
比如m1>m2,一开始m1向右(m2向左)运动,结果系统所受合外力∑F外方向向左(f1向左,f2向右,而且f1>f2)。
结果是在前半个周期里整个系统一边振动一边向左移动。
进一步提出问题:
在m1=m2的情况下,振动系统的动量守恒,其机械能是否守恒?
分析:振动是动能和弹性势能间的能量转化。
但由于有摩擦存在,在动能和弹性势能往复转化的过程中势必有一部分能量变为热损耗,直至把全部原有的机械能都转化为热,振动停止。
所以虽然动量守恒(p=0),但机械能不守恒。
(从振动到不振动)
2.学习设置正方向,变一维矢量运算为代数运算
例3.抛出的手雷在最高点时水平速度为10m/s,这时突然炸成两块,其中大块质量300g仍按原方向飞行,其速度测得为50m/s,另一小块质量为200g,求它的速度的大小和方向。
分析:手雷在空中爆炸时所受合外力应是它受到的重力G=(m1+m2)g,可见系统的动量并不守恒。
但在水平方向上可以认为系统不受外力,所以在水平方向上动量是守恒的。
强调:正是由于动量是矢量,所以动量守恒定律可在某个方向上应用。
那么手雷在以10m/s飞行时空气阻力(水平方向)是不是应该考虑呢?
(上述问题学生可能会提出,若学生不提出,教师应向学生提出此问题。
)
一般说当v=10m/s时空气阻力是应考虑,但爆炸力(内力)比这一阻力大的多,所以这一瞬间空气阻力可以不计。
即当内力远大于外力时,外力可以不计,系统的动量近似守恒。
板书:
F内>>F外时p′≈p。
解题过程:
设手雷原飞行方向为正方向,则v0=10m/s,m1的速度v1=50m/s,m2的速度方向不清,暂设为正方向。
板书:
设原飞行方向为正方向,则v0=10m/s,v1=50m/s;m1=0.3kg,m2=0.2kg。
系统动量守恒:
(m1+m2)v0=m1v1+m2v2
此结果表明,质量为200克的部分以50m/s的速度向反方向运动,其中负号表示与所设正方向相反。
例4.机关枪重8kg,射出的子弹质量为20克,若子弹的出口速度是1 000m/s,则机枪的后退速度是多少?
分析:在水平方向火药的爆炸力远大于此瞬间机枪受的外力(枪手的依托力),故可认为在水平方向动量守恒。
即子弹向前的动量等于机枪向后的动量,总动量维持“零”值不变。
板书:
设子弹速度v,质量m;机枪后退速度V,质量M。
则由动量守恒有
MV=mv
小结:上述两例都属于“反冲”和“爆炸”一类的问题,其特点是F内>>F外,系统近似动量守恒。
演示实验:反冲小车实验
点燃酒精,将水烧成蒸汽,气压增大后将试管塞弹出,与此同时,小车后退。
与爆炸和反冲一类问题相似的还有碰撞类问题。
演示小球碰撞(两个)实验。
说明在碰撞时水平方向外力为零(竖直方向有向心力),因此水平方向动量守恒。
结论:碰撞时两球交换动量(m A=m B),系统的总动量保持不变。
例5.讨论质量为m A的球以速度v0去碰撞静止的质量为m B的球后,两球的速度各是多少?设碰撞过程中没有能量损失,水平面光滑。
设A球的初速度v0的方向为正方向。
由动量守恒和能量守恒可列出下述方程:
m A v0=m A v A+m B v B①
解方程①和②可以得到
引导学生讨论:
(1)由v B表达式可知v B恒大于零,即B球肯定是向前运动的,这与生活中观察到的各种现象是吻合的。
(2)由v A表达式可知当m A>m B时,v A>0,即碰后A球依然向前
即碰后A球反弹,且一般情况下速度也小于v0了。
当m A=m B时,v A=0,v B=v0,这就是刚才看到的实验,即A、B两球互换动量的情形。
(3)讨论极端情形:若m B→∞时,v A=-v0,即原速反弹;而v B→0,即几乎不动。
这就好像是生活中的小皮球撞墙的情形。
在热学部分中气体分子与器壁碰撞的模型就属于这种情形。
(4)由于v A总是小于v0的,所以通过碰撞可以使一个物体减速,在核反应堆中利用中子与碳原子(石墨或重水)的碰撞将快中子变为慢中子。
3.动量守恒定律是对同一个惯性参照系成立的。
例6 质量为M的平板车静止在水平路面上,车与路面间的摩擦不计。
质量为m的人从车的左端走到右端,已知车长为L,求在此期间车行的距离?
分析:由动量守恒定律可知人向右的动量应等于车向左的动量,即
mv=MV
用位移与时间的比表示速度应有
动量守恒定律中的各个速度必须是对同一个惯性参照系而言的速
的速度,以致发生上述错误。
4.小结:应用动量守恒定律时必须注意:
(1)所研究的系统是否动量守恒。
(2)所研究的系统是否在某一方向上动量守恒。
(3)所研究的系统是否满足F内>>F外的条件,从而可以近似地认为动量守恒。
(4)列出动量守恒式时注意所有的速度都是对同一个惯性参照系的。
(5)一般情形下应先规定一个正方向,以此来确定各个速度的方向(即以代数计算代替一维矢量计算)。