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《动量定理》教学设计
发布日期:2017-03-13 浏览次数: 字体:[ ]

   武穴中学物理组  陈卓群 

【教学任务分析】 

“动量定理”一节是学生在学习了动量、冲量、牛顿第二定律,以及运动学公式基础之上,以日常生活现象为依托,运用由特殊到一般的科学抽象法,得出动量定理的实质。它也是进一步学习“动量守恒定律”的基础,所以这节课的教学任务是动量定理的导出,以及动量定理的应用。 

【学生学习心理特点分析】 

     学生原有的认识结构是学习新知识的基础,在学习新知识前,教师必须了解学生原有的认识结构,这将有利于学生实现新旧知识的联系。学习“动量定理”这一节具备的基础知识是:掌握动量,冲量基本概念,会运用牛顿第二定律和运动学公式等。高中生思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡,因此在教学中需要以一些感性认识为依托,加强直观性和形象性,以便学生理解。为此,在教学中可以为学生呈现出生动直观的实验现象,列举学生熟悉的生活实例,通过多媒体展示有关现象,以便更好的帮助学生理解所学知识。 

【设计理念】  

本节内容是上一节“冲量和动量”的延伸,是本章的重点内容,应用动量定理可以把物体的受力和运动联系起来,为解决力学问题提供新的途径。并且在解决打击、碰撞这类问题比牛顿第二定律要简单、方便。对以后某些物理问题的解决带来许多方便。

总体设计思想是:第一步是让学生运用以前所学知识推导出动量定理表达式,培养他们运用已有知识推出新结论的能力。第二步是通过师生互动,对日常生活中的物理现象进行分析,培养学生理论联系实际的能力。第三步是通过例题教学,使学生初步掌握运用动量定理解题的一般思路,

【设计内容】 

一、教学目标

知识目标

1、能从牛顿运动定律和运动学公式,推导出动量定理的表达式。 

2、理解动量定理表达式的含义,知道动量定理适用于变力。

3、会用动量定理解释有关现象。

4、会用动量定理分析、计算简单问题。 

能力目标

1、培养学生的推理能力和说明说理能力。

2、学会用动量定理解释现象和处理问题。

德育目标

1、通过动量定理的推导和运用,使学生了解物理学的研究方法。

2、培养学生具体问题具体分析、理论联系实际的能力。

二、教学重点

1、动量定理的推导。

2、利用动量定理解释有关现象。 

三、教学难点

1、理解动量定理的确切含义。

2、如何利用动量定理分析并计算打击、碰撞类力学问题。

四、教学资源

1、教材:普通高中课程标准实验教科书《物理》选修3-5(人教版)

2、教学硬件:电脑、投影仪、显示幕布

3、教学软件:PowerPoint

4、实验仪器:鸡蛋,绳子,铁架台,海绵垫,铁球,橡皮筋

五、教学过程

 

1、实验引入,激发兴趣

实验一:让鸡蛋从一米多高的地方落到地板上肯定会被打破。现在,在地板上放一块海绵垫(一定厚度的软纸)。尽可能把鸡蛋举得高高的,然后放开手,让鸡蛋落到海绵上(纸上)看看鸡蛋会不会被打破。

实验二:用细线悬挂一个重球,把重物拿到一定高度,释放后重球下落可以把细线拉断,如果在细线上端拴一段橡皮筋,再从同样的高度释放,细线就不会断。

 

2、创设情景,导出定理

一个质量为m的物体在光滑水平面上,初速度为v,受水平恒定外力F的作用,经过一段时间t时速度为V′,求这段时间内物体动量的变化量?



若物体与地面的动摩擦因数为μ,则经过时间t,求这段时间内物体动量的变化量?

学生运用牛顿运动定律和运动学公式推导,教师总结归纳得出动量定理:

① 内容:物体所受合外力的冲量等于物体的动量的变化量。

② 公式:I合=Δp =  p′- p 或    F合t = mv′- mv

 

3、分析定理,突破难点

① 动量定理中的Ft指的是合外力的冲量   I合(IG) F合(G)

② 公式中Δp指的是动量的变化,不能理解为动量,它的方向与动量方向可以相同,也可以相反,甚至可以和动量方向成任意角度,但Δp一定跟合外力冲量方向相同;

③ 动量定理描述的是一个过程,它表明物体所受合外力的冲量是物体动量变化的原因,物体动量的变化是由它受到的外力经过一段时间积累的结果;

④ 动量定理 Ft = p′-p是一个矢量式,运算应遵循平行四边形定则。若公式中各量均在一条直线上,可规定正方向,根据已知各量的方向确定它们的正负,从而把矢量运算简化为代数运算;

⑤ 动量定理说明合外力的冲量与研究对象的动量变化量的数值相同,方向一致,单位等效,不能互用。单位:冲量的单位N·s,动量的单位是kg·m/s(kg·ms-1);

⑥ 动量定理既适用于恒力,也适用于变力。无论直线还是曲线,无论单个物体还是系统,动量定理均适用。对于变力的情况,动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值;

⑦ 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。

 

4、根据定理,解释现象

生活中关于动量定理的应用很广泛,常见有两种情况:

① 增大作用力:当△p一定时,可缩短作用时间。

② 减小作用力:当△p一定时,可延长作用时间。

讲解   教师先通过电脑里的图片及动画进行详解,后播放相关的视频

发言  学生解释课前演示实验一和演示实验二,

讨论  学生发散思维联系生活实际举例解释(师生互动)

 

5、运用定理,进行计算

运用动量定理解题的步骤:

①确定研究对象和研究过程;

②对研究对象进行受力分析,确定全部外力及相应的作用时间;

③先选定正方向,对物体进行状态分析,写出初、末状态的动量;

④应用动量定理列方程求解.

 

[例题]  质量为50kg的杂技演员,在距弹簧网3.2m高处自由下落,着网后被弹向网上1.8m高处,已知演员与网的接触时间为2s,则演员对网的平均冲击力的大小为多少?(g取10m/s2)

解析:杂技演员的运动可分为三个阶段:(1)杂技演员先做自由落体运动;(2)和网刚接触到被网弹离的过程;(3)以弹离时速度做竖直上抛运动,上升至最高处,速度为零.我们可以分段处理,只在与网作用过程运用动量定理,也可整体处理,即将这三个子阶段看着一个整体过程运用动量定理.

 

图3—4

解答:方法一  选演员为研究对象,设其刚触网时的速率为v,即自由下落末速率为

设弹离网时的速率为v′,

在演员与网相互作用过程中,受竖直向下重力mg、网对人竖直向上的平均作用力F,如图3-4所示,取向上为正方向,据动量定理有:

方向竖直向上.又根据牛顿第三定律可知,演员对网的作用力为850N,方向竖直向下.

方法二  设自由落下时间为t1,与网作用时间为t2,弹起上抛阶段时间为t3,据题意可知,t2=2s,

对从开始下落至弹起到最高整个运动过程,由动量定理,规定竖直向上为正方向,初动量P=0,末动量P′=0,整个过程演员一直受重力作用,而网对演员的弹力仅作用了t2时间,设其平均值为F,据动量定理有

Ft2-G(t1+t2+t3)=P′-P=0.

方向竖直向上,

又据牛顿第三定律可知,演员对网作用力为850N,方向竖直向下.

[练习]质量为60kg的建筑工人,不慎从高空跌下,由于弹性安全带保护,使他被悬挂起来,已知弹性安全带缓冲时间是1.2s,安全带长5m,求安全带的平均冲力。(g= 10m/s2)

[答案]: F=1100(N)

 

六、板书设计

                      §2  动量定理      

一、动量定理的导出                                          

由牛顿第二定律得    F=ma            (1)                      

由运动学公式         a=(vt - v0)/△t   (2)   

将(2)代入(1)得    F△t=mVt-mV0

物理意义:物体所受合力的冲量等于物体的动量变化

注意:(1)公式F△t=mVt-mV0是矢量式。

                 (2)F可以是恒力,可以是变力。

二、动量定理的应用

1.当△p一定时,要增大作用力可缩短作用时间。

2.当△p一定时,要减小作用力可延长作用时间。


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