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动量守恒定律的应用-教学设计


物理习题课中的五步教学法
----《动量守恒定律的应用》教学设计 江苏省怀仁中学 张忠一 一、 教学目标: 1、知识目标: 应用动量守恒定律处理相互作用的物体的位移变化关系问题 2、能力目标: 培养学生的分析、归纳问题的能力和对知识的“迁移”能力 3、情感目标: 通过小组间的讨论竞赛,培养学生的团结协作精神和集体荣誉感,并让 学生感受由困惑到豁然开朗的愉悦。 二、 教学

方法: 1、启发:动机是指引起和维持个体的活动,并使活动朝向某一目标的内部 心理过程和内部动力。人的各种活动是在动机的指引下向着某一目标进 行的,而兴趣是人们探究某种事物或从事某种活动的心理倾向,是推动 人们认识事物、探求真理的重要动机。教师利用生动有趣的实验、生活 中的物理现象和创设物理情境等方式来设疑,从而激发学生的学习兴趣、 启发学生解释物理现象,探索物理知识的求知欲。 “启”是教学过程中最 重要的一种教学方法。 2、阅读:指学生在教师的指导下阅读物理问题,并进行独立思考。在读题 的过程中,注重思考两点:第一是物理过程,这是把握问题的整体思路, 是选择相关物理知识来处理问题的前提和依据。第二是分析各物理量, 其中包括已知的量、待求的量、不变(或相同)的量、隐含的量,这是 解决问题的基本思路,也是进一步确定所应用物理规律的方法。 3、议论:指教师组织学生针对阅读过程中出现的问题,利用已有的知识能 力所进行的小组议论(宜四人一组) 、全班讨论和师生共议。 “议”一方 面可以使学生加深理解所阅读的内容,另一方面还能启发学生的思维, 培养学生的创新意识,促进学生的主动学习,加强学生间的团结协作能 力,在讨论过程中教师尽量做到充分调动全体学生思维的积极性,鼓励 他们积极思考,主动发言,提出问题。还要求教师具有敏锐的洞察力和 良好的调控能力,准确把握讨论的信息,注意收集讨论中出现的带有普 遍性的问题。 4、讲评:指学生和教师的讲解。学生分组讨论,选出组长,由组长向全班 学生阐述讨论结果,并由其他同学进行补充、完善,这样可以促进学生 的思维,锻炼学生的口才,还可以培养学生学习的主动性。教师针对学 生在讨论过程中出现的带有普遍性的问题及关键性的问题进行讲解,讲 的目的在于启发学生积极思维,帮助学生找出解决问题的方法、规律。 5、练习:指学生在掌握了一定的知识技能的情况下进行的形成性练习,从

而进一步巩固所学的知识,练习的方式可以多样化,包括课内练习和课 外练习,练习的内容应紧扣所学内容。课堂练习应“小” “精” “活” ,有 利于启迪学生思维,有利于学生理解所学内容,有利于提高学生的综合 能力,有利于培养学生的创新意识和创新能力。课外练习应结合学生的 日常生活或结合科学技术的应用,拓展学生的视野和思维。 三、 教学内容: 1、 引入: 江南水乡, 风景秀丽, 泛舟河中, 其乐无穷。 很多学生都坐过小渔船, 但他们感到困惑的是:人在船上向前走时,为什么船却向后退?人在船上 向前走的距离与船向后的距离又有什么关系呢? 题外话:在这节课之前,利用研究性学习课时间,带领学生到学校东 面的小河边 (这里渔民很多) 去亲自体验这种情景, 并分组进行测量记录。 2、投影: 例:静止在水平面上的船长为 L,质量为 M,一个质量为 m 的站在 船头,当此人由船头走到船尾时,不计水的阻力,人移动的距离是多少? 船移动的距离是多少? 学生审题后教师提出问题: 1、人走动是匀速的还是变速的? 2、人走动时与船之间水平方向是否存在力? 3、人走动时船是否运动? 4、若船运动,与人的走动速度关系如何? 5、人移动的距离等于船长 L 吗? 6、这个问题可能利用什么知识来处理? 将学生分组进行讨论,视回答情况进行积分竞赛。 对于两个物体相互作用,运动情况也相互影响的问题,学生很容易想到 可能利用动量守恒定律来处理,但动量中涉及到的只是物体的速度,而题中 要求移动的距离。这也是此题的一个“关节”所在,此时教师引导学生考虑 速度与距离的关系,学生会想到s=vt,设人的速度为v1行走的距离为 s1;船的速度为v2,行走的距离为s2,以人的行走方向为正方向,根据动 量守恒定律: 0=mv1+M(-v2) 两边同乘以时间t,则 0=mv1t-Mv2t 即 0=ms1-Ms2 学生可能会出现上面这样一个盲目的解题结果,根本没有理解这里v1、 v2的意义。这时教师应提醒学生注意:s=vt只对匀速直线运动适用, 而人和船的运动状态是个不定量,所以v只能是平均速度。但是动量mv是 状态量,而平均速度是过程量,这里又存在矛盾,如何化解呢? 我们可以这样来想: 对于一个变速运动的过程, 它的平均速度比最大速度小, 比最小速度大,所以一定会等于此过程中某一时刻的瞬时速度的大小,假设 这一时刻人和船的速度分别为v1、v2,根据动量守恒定律: 0=mv1+M(—v2) 即 0=mv1+M(-v2) 那么 0=mv1t+M(-v2t)

所以 0=ms1-Ms2 ① 本题还有一个难点所在:人移动的距离和船移动的距离有什么关系?对 于这一点,学生经过亲身经历已有感性认识,通过讨论会解决的。借助画图 来分析:

由图易知:s1+s2=L 联立①②得 s1= s2=
M M ?m m M ?m



L L

讨论:末状态会出现如下图所示情况吗?为什么? (不可能,因为人的速度方向向右,末位置应在出发点的右侧。 )

课堂练习 1:静止在水面的船长为 L,质量为 M,一个质量为 m,长为 l 的 小车从船头由静止开向船尾时,不计水的阻力,则车移动的距离是多少?船 移动的距离是多少? 本题类似于“队伍过桥”问题,与例题的区别在于车相对于船比人相对 于船少走 l,所以 s1=
M M ?m

(L—l)

s2=

m M ?m

(L—l)

课堂练习 2:静止在水面上的船长为 b,斜边长为 a,质量为 M,一个质量 为 m 的小球从船头由静止沿斜面滚向船尾时,不计水的阻力,则球移动的 距离是多少?船移动的距离是多少? 系统水平方向上动量守恒。先考虑小球 水平方向上移动的距离 s1=
M M ?m

b,再考

虑沿斜面方向上移动的距离 s`1= s ? ( a ? b ) s2=
m M ?m



课外练习:静止在水面上的船长为 L,一人站立船头,手持一枪,船尾有一 靶,子弹不能穿透靶。已知枪中有 n 子弹,每发子弹的质量为 m,船、人、

枪和靶的总质量为 M,问:子弹发射完后,船移动的距离是多少? 每发射一颗子弹,系统的动量守恒。在发射n发子弹的过程中,系统的 动量也守恒,并可以等效地看成n发子弹一齐发射出去。

四、 教学说明:
1、动量为状态量,对应的速度应为瞬时速度。所以动量守恒定律中的“总动 量保持不变”指的应是系统的初、末两个时刻的总动量相等,或系统在整 个过程中任意两个时刻的总动量相等。 若相互作用的两个物体作用前均静 止,则相互作用的过程中系统的平均动量也守恒,利用这一点我们解决不 少涉及位移的问题。 2、动量守恒定律的公式中各速度都要相对同一惯性参照系。地球及相对地球 静止或相对地球匀速直线运动的物体即为惯性系。 所以在应用动量守恒定 律研究地面上物体的运动时,一般以地球作参照系。


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