动量定理的课堂教学设计方案.doc

动量定理的课堂教学设计方案【教材分析】（1）全章教材综合分析这章讲述动量的概念，以及动量定理和动量守恒定律及应用。这一章是牛顿力学的进一步展开，通过动量守恒定律为解决力学问题开辟了新的途径，是力学部分的重点章节。第一节讲了冲量和动量，为讲述动量定理作铺垫，而动量守恒定律又是由动量定理推导出来的，所以动量定理在本章中起到承上启下的至关重要的地位。全章内容环环相扣，脉络清晰，结构严谨。（2）本节教材分析本节内容是上一节“冲量和动量”的内容的继续，通过演示实验和定量的公式推导，得出合外力的冲量与物体的动量变化之间的关系，虽然动量定理是在恒力情况下推导得到的，但应使学生明白，动量定理也适用于变力。动量定理的研究对象是单个物体(或系统)，应用定理解题时需对研究对象进行受力分析，以确定其在研究过程中各个力的冲量值，要区分初、末状态的动量值。 对于动量定理必须明确以下几点：1、理论推导要强调“合外力”、“恒力”。推导过程的主要步骤要有板书。对变力的问题，我们同样可以应用动量定理。这个说明是很重要的，因为应用动量定理时，大量情况下物体受的合外力是变力。2、Ft表示合力的冲量，如果合外力F是恒力，合外力的冲量方向与合外力方向一致，如果物体所受合外力是变力时，合外力的冲量方向不一定与合外力的方向相同（如匀速圆周运动、弹簧振子等），它的冲量不能写成Ft，而只能用I表示。变力的冲量I=P，只能通过求动量的增量来求解。3、P表示动量的增量，不要理解成动量，P的方向可能与动量方向相同，也可能相反，甚至可能跟动量方向成某一角度，但P一定跟合外力的冲量方向相同。4、动量定理I=P是一个矢量式，应用时一定要注意各个矢量的方向关系。在一维的情况下，要规定一个正方向，再根据各已知量的方向确定它们的正负，代入公式运算。5、动量定理给出了过程量I和状态量P之间的关系：力的时间积累效果是改变物体的动量，冲量是物体动量变化的量度。 6、动量定理和牛顿第二定律的关系。它们从不同侧面反映的力和运动的关系。牛顿第二定律反映的是力与运动的瞬时关系；动量定理反映的是力的时间积累与动量变化的关系。 7、若物体做直线运动，在这一直线上物体受到的力F1、F2作用，这些力的作用时间分别为t1、t2，则有F1t1+F2t2=mv2-mv1，表明各力冲量的代数和等于物体的动量的增量。8、动量定理的研究对象可以是一个物体，也可以是质点组，而且质点组内各物体的运动状态可以是不同的。因为质点组内物体间相互作用的内力的总冲量必然为零，不改变质点组的总动量，所以对质点组来说，仍然有：合外力的冲量等于动量的变化。【教材目标】一、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、理解动量定理的确切含义和表达式，知道动量定理适用于变力；3、会用动量定理解释现象和处理有关的问题。 二、能力目标1、能用牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理的表达式；2、学会用动量定理解释现象和处理有关的问题。三、德育目标1、通过动量定理的推导和应用，使学生掌握物理学的研究方法；2、通过用动量定理解释现象和处理有关的问题，培养学生的推理能力、用辩证的观点分析问题和理论联系实际、用理论分析实际问题的能力。【重点和难点】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，并能掌握一维情况下的计算问题。教学难点理解动量定理的确切含义和表达式，动量、冲量的方向问题，是使用动量定理的难点。如何正确理解合外力的冲量等于物体动量的变化；如何正确应用动量定理分析打击和冲撞一类短时间作用的力学问题。【学情分析】学生在学习这一章时，对动量、冲量两个概念以及两个物体量的定义、计算式、单位和矢量性等都没有真正地理解，要真正理解冲量的效果是使物体获得动量，必须要经过感性认识到理性认识的过程，教学的起始要求不能太高，要循序渐进，从生活中众多实例出发，通过分析、感受真正体验动量定理的内涵。【教法分析】1、变演示实验为课前学生自主探究实验，培养学生的创新能力。 课堂演示实验一般以教师为主体，学生仅仅是旁观者，没有直接参与，不利于其创新能力的培养。教材上“鸡蛋落地不破”为课堂演示实验，在教学中将其改为探索性实验，让学生在课前设计各种不同的方法举行“鸡蛋落地不破，看谁举得高”设计比赛，在课堂上演示。将演示实验改为探索性实验，让学生充分的动脑、动手、动口，发挥学生的主体作用，从而有利于学生创造性思维的激发。2、设计探索性实验，培养学生探索知识、发现问题的能力。传统的教学设计中在讲完“动量定理”时，让学生动手做这样一个小实验，如课本上提到的“缓冲装置的模拟”，以加深对动量定理的理解。在教学过程中就同学两人一组做实验“瓶口取钱”：“在课桌上瓶口对瓶口叠放两只一样的啤酒瓶，再在两瓶口间放一新百元纸币，请同学做一个实验，把纸币从瓶口中抽出，但不能把啤酒瓶拉倒。边做边思考，怎样做才能完成个实验，谈一谈自己的感受。”通过实践，充分体验纸币对瓶口的摩擦力的作用时间对其运动状态的改变的影响。3、通过对例题的分析和讲解，得到动量定理解题的方法和步骤。4、从学生的生活实际出发，感受和体验动量定理在生活实际中的应用。充分体现新课程标准中提出的“从生活走向物理，从物理走向社会”要求。【课前准备】1、课前思考题：什么是动量定理？动量定理是怎样推导出来的？它的物体意义是什么？除了书本上例子外，你还能举出3至5个例子吗？你能很好地解释吗？2、课前动手思考题：一个质量为60g的鸡蛋，从高处落到水泥地面上后完整无损，要求高度越高越好。请你设计可行的方案，并能演示。其理论依据是什么？能否根据你所学过的知识加以论证呢？【教学用具】鸡蛋、沙、瓦片、橡胶锤、铁锤、细线、橡皮筋、小铁球、铁架台、两只一样的啤酒瓶、投影片和多媒体等【教学过程设计】（一）创设问题情境，引入新课题以12m/s的速度运动的足（铅）球，能不能用头去顶？ 足球，就能去顶（头球攻门）；铅球，则不能。 质量2g的塑料子弹飞过来，能不能用手去接？ 速度小，就能去接。速度大，就不能。师：为什么呢？生：与质量、速度有关动量。动量决定于物体质量m与速度v的乘积。板书：Pmv有人说动量大不能接，动量小的能接。还有人说如果是质量不太大，速度又不太快的物体就敢接了。那么如果是50g的鸡蛋以5m/s的速度向你飞来，你敢用头接吗？（用头接鸡蛋时要用力，作用力大时，头对鸡蛋有作用冲量作用，鸡蛋会破的。）师：请同学们举例（类似例子）课前准备的例子。生：篮球的抛接、铁锤钉钉子板书：IFt对于这个问题可以通过我们今天的学习，讨论冲量与动量的关系。进一步探索其答案！（二）探究物理规律课前准备一个质量为60g的鸡蛋，从高处落到水泥地面上后完整无损，要求高度越高越好。请你设计可行的方案，并能演示。其理论依据是什么？能否根据你所学过的知识加以论证呢？课前学生讨论并提出方案：方案一：在地上放一层厚的海棉方案二：用棉布把鸡蛋包住方案三：做一个小降落伞带着鸡蛋往下放方案四：在地上放沙（或一盆水）方案五：把鸡蛋煮熟，然后师：我们请提出方案四的同学上讲台把实验做给同学们看一看。（学生上讲台站在凳上做这个实验）让鸡蛋从某一高度（3m处）自由下落在沙地上。师：同学们能不能讲一讲这样做的理由吗？请讨论一下。生：（自由讨论得出）减少地面对鸡蛋的作用力、缓冲了一下师：能不能从理论上加以论证呢？由学生自己推导，老师提示、总结（抽象出模型）。下面以一个物体在恒定的合外力作用下进行动量定理 p=mv p=mv的理论推导. F板书：一、理论推导推导的依据：牛顿第二定律和运动学的有关公式.如上图板书：设一质量为m的物体，初速度为V，在恒力F作用下在时间t内，速度变化到V。由于物体作匀加速运动，则有a（VV）/t再根据牛顿第二定律，有Fma可得Ft=mat=mVmVF（mVmV）/t由上式可知在从同高度落下的情况下，（mVmV）是一个定值，要使F减少，只要增加力的作用时间。所以上述所有的方案中都是为了增加作用时间t。（学生恍然大悟，而且十分兴奋。）师：大家再来讨论表达式：FtmVmV式子左侧是物体受到所有外力合力的冲量，用I表示。mV和mV是冲量作用前、作用后的动量。分别用P和P表示。PP是物体动量的改变，又叫动量的增量。师：该式的左边Ft是什么量?右边 PP是什么意义?该式就是动量定理的数学表达式。等式的物理意义是：物体动量的改变等于物体所受外力冲量的总和。这就是动量定理。用公式表示：板书：IPP即物体所受合外力的冲量等于物体动量的变化，这个结论叫做动量定理。Fpp或Fvv师：用多媒体逐步展示对于动量定理及其表达式的理解应注意的几点： 动量定理中的Ft指的是合外力的冲量（不是某一个力的冲量）师：合外力的冲量应如何求解？生：在所研究的物理现象中，如果作用在物体上的各个外力的作用时间相同，求合外力的冲量可先求所有力的合外力，再乘以时间，也可以求出各个力的冲量再按矢量运算法则求所有力的合冲量。师（总结）：如果作用在被研究对象上的各个外力的作用时间不同，就只能先求每个外力在相应时间内的冲量，然后再求出所受外力冲量的矢量和。公式中p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p一定跟合外力冲量I合方向相同；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。动量定理Ft=pp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，可规定某一方向为正，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。动量定理公式中的pp或mvmv是研究对象的动量的改变量，公式中的“”号是运算符号，与正方向的选取无关动量定理说明合外力的冲量与研究对象的动量增量的数值相同，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）。动量定理既适用于恒力，也适用于变力对于变力的情况，动量定理中的F应理解为变力在作用时间内的平均值。F=,即物体所受的合外力等于物体动量的变化率。物体动量变化的快慢决定于物体所受的合外力，合外力大的物体，动量变化的快；合外力小的物体，动量变化的慢。师：我们再来分析同学们设计的方案。生：在相互作用过程中鸡蛋的动量变化量相同，与石头碰时作用时间短，与沙相碰时作用时间较长，鸡蛋与石头相碰时作用大，会被打破，与沙相碰时作用力较小，不会被打破。师：讲得非常好！（总结一下）鸡蛋从某一高度下落，分别与石头和沙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（必须强调）。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，与沙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，与沙相碰时作用力较小，因而不会被打破。（三）、解题步骤用多媒体出示例题：一个质量为0.18kg的垒球，以25 m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小为45 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s，求球棒对垒球的平均作用力有多大？【出示分析思考题】：你准备选哪个物体作为研究对象？在题述过程中研究对象受到哪些力的作用？合力的作用时间多长？物体初动量和末动量各是多大？选定哪个方向为正方向？本题中的力是恒力还是变力？能用动量定理求解吗？待添加的隐藏文字内容3学生回答完上述问题后，安排一定的时间阅读课本的分析和解题过程。学生总结运用动量定理解题的步骤：确定研究对象；对研究对象进行受力分析，确定全部外力及作用时间；先选定正方向，对物体进行状态分析，写出初、末状态的动量，并求出研究过程中的动量的变化量。应用动量定理列式求解师：学习了动量定理后，对上面同学的实验方案就能理解，并希望能自觉地运用。下面请每一个同学自己亲自来感受一下动量定理的应用。（四）、用动量定理解释现象跳远时跳落在沙坑里钉钉子用铁锤，而不用橡皮锤轮船码头上装有橡皮轮胎打篮球接球时有缓冲动作工厂里，工人用冲床冲压钢板；由由学生分析解决。总结解释用铁锤钉钉子、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。学生举例：蹦极在搬运易碎物品时，在箱子里放一些碎纸、泡沫等杂技节目：胸口碎大石，瓶口取钱缓冲装置【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。做一做，课本上的缓冲装置摸拟的实验，请两个同学到讲台上操作，在老师指导下完成。1、讨论：在动量变化量p一定的情况下，F和t之间有什么关系？学：F和t成反比（p=Ft）师：据上述关系，我们得到：在p一定时，要增大力F，可缩短作用时间；要减小力F，可以使力的作用时间延长。2、解释导语中的现象鸡蛋掉到泡沫塑料垫上，延长了作用时间故作用力减小，所以鸡蛋没被击破3、演示课本绪言中的“瓦碎蛋全”.装置：在桌面上放一块软垫（要均匀且无破损之处），取一本硬封面的书，用四颗鸡蛋放在靠近书本的四角处，把书支起来，在书本中部整齐地放三块砖，注意不要倾斜，在砖上放一块瓦片，用铁锤迅速地用力一击，并及时地将锤提起，观察现象。学生描述看到的现象：瓦被击碎，而鸡蛋完好无损学生从p=Ft的角度进行解释。4、由学生演示“瓶口取钱”。请几组学生来做！先请同学们分析，然后老师再作综合分析。分析：纸币从瓶口抽出，受到瓶口对它的滑动摩擦力mg作用，方向沿纸币抽出方向的反向。不论纸币是快速抽出，还是缓缓抽出，瓶口在水平方向受到的摩擦力的大小不变。在纸币抽出过程中，瓶口受到摩擦力的作用时间用t表示，瓶口受到摩擦力的冲量为mgt，瓶子原来静止，初动量为零，未动量用mv表示。根据动量定理有mgt=mv，如果缓慢抽出纸币，纸币对瓶口的作用时间比较长，瓶口受到纸币对它摩擦力的冲量就比较大，瓶子动量的改变也比较大，瓶口就获得了一定的速度。由于惯性，瓶子下端还没有来得及运动，瓶子就倒了。如果在极短的时间内把纸币抽出，纸币对瓶子的摩擦力冲量极小，瓶子的动量几乎不变，瓶子也不会倒下。练习：有一种杂技表演，一个人躺在地上，上面压一个质量较大的石板。另一个人手持大锤狠狠地打到石板上。问躺着的人是否会有危险？为什么？请同学们判断结果，说明原因，老师最后再总结。由于铁锤打击石板的时间极短，铁锤对石板的冲量极小、石板的动量几乎不变，躺着的人不会受到伤害。【多媒体】：阅读材料：飞机为何“怕”小鸟？1996年9月22日，美国空军一架E3A预警机以230海里小时的速度滑跑，在抬起前轮的一刹那，撞上了30多只加拿大鹅。瞬间两台发动机火光冲天。飞机坠毁在机场附近的洼地里。24名空勤人员全部遇难。1988年埃塞俄比亚的一架波音737飞机在起飞爬升到3800米时，遭遇鸟击，结果造成机上85人死亡，21人受伤。据有关资料显示，世界上第一起造成人员死亡的鸟撞飞机事件发生在1912年，地点在美国。到1974年，世界范围内公开报道的因鸟击而坠毁的军用飞机65架、民用飞机9架，共死亡130人。20多年来，世界各国鸟击事件大幅度增加。有专家估算，世界上每年因机鸟相撞付出的代价高达100多亿美元！ 练习题：一架飞机在空中以300m/S的速度匀速飞行，一只质量为1Kg的小鸟以10m/S的速度相向飞来，此时鸟相对于飞机的动量为310Kgm/s。机鸟相撞后这些动量完全转化成小鸟对飞机的冲量。相撞时间为3×10-3秒。那么机鸟相撞而作用于飞机上的冲击力为多少？（取三位有效数字） 请同学们解答。（大小为1.03×105N）