資源簡介

教學設計
教學目標
1.能在恒力情況下進行理論推導，得出動量定理及其表達式。
2.知道沖量概念，知道動量定理及其表達式的物理意義。
3.知道動量定理適用于變力情況．領會求解變力沖量時的極限思想。
4.能夠利用動量定理解釋有關現象和解決實際問題。
教學重難點
動量定理的推導和對動量定理的理解。
教學過程 學生活動 用時
新 課 引 入 播放視頻：小鳥撞飛機，飛機頭部被撞出一個大洞。 提出問題： 第一個問題：大家認為小鳥有沒有事呢？ （引導學生用牛頓第三定律解決問題，為后面實驗中測定沖擊力做鋪墊） 由牛頓三定律，小鳥受到的沖擊力和飛機受到的沖擊力是相互作用力，等大反向，所以小鳥肯定死了！ 觀看視頻 學生回答 1
新 課 教 學 猜想 第二個問題：為什么小鳥能對飛機產生如此大的沖擊力呢？通過學習《動量和動量定理》一節，來解決這個問題。 【板書：動量和動量定理】 猜想：碰撞中的沖擊力的大小可能和哪些因素有關？ 可能和物體的質量、速度、相對速度…….都有關？ （情況一：學生沒有猜到沖擊力大小與時間有關，通過實驗提示） 提出問題：除了與物體的質量和速度改變有關外，碰撞中的沖擊力大小還可能與什么因素有關呢？ 學生猜想 學生討論 回答問題 1.5
實驗探究 實驗探究：兩個雞蛋差不多大小，一不小心將一個雞蛋掉落碗中，雞蛋破碎了！請同學們想想辦法，如何利用講臺上的物品讓另一個雞蛋從同樣的高度掉落碗中卻不破碎？ 學生操作：請一位同學到講臺上，利用準備好的材料（海綿，塑料袋，木板，鐵板）解決問題。 學生將海綿墊入碗中，雞蛋沒有破碎。 學生實驗 解決問題 2
分析總結 師生分析： 師：同學們說一下，為什么墊了海綿雞蛋掉在碗中就沒有破呢？（引導學生說出海綿起到了“緩沖”作用） 師：這個“緩”字，指的就是延長、減緩的意思，這里延長了什么物理量，影響著沖擊力呢？ 生：“時間” （情況二：學生猜想到沖擊力可能與時間有關，雞蛋實驗留到最后的“生活應用”中） 猜想總結： 沖擊力可能與物體的質量，速度，作用時間有關。那么它們之間的定量的關系是什么呢？我們建立這樣的一個物理模型，進行理論探究。 根據引導 回答問題 1
舉例計算 【師：投影展示例題】 例題：假定質量為m 的物體在碰撞時受到另一物體對它的沖擊力為恒力，不考慮其它外力的影響，物體在這個沖擊力的作用下速度由變速到，設碰撞的時間為t，試分析這個過程中物體受到的恒定沖擊力為多大？ 學生演板 2
對比動能定理 分析總結 生：演板展示計算結果 師：1.過程分析：碰撞過程物體做勻變速運動 2.受力分析：F=F合，聯立求解可得： 推導出來的結果和我們剛才的猜想是一致的。但是需要注意的是：1.中的F是合外力，在這個模型中，沖擊力是物體所受的合外力2.模型中所求的沖擊力是與速度的改變有關，不是速度。 師：將學生的表達式整理成的形式。引導學生發現其結構與動能定理類似。 師：對比表達式和動能定理：動能定理的表述是：物體在一個過程中，合外力做得功等于末動能和初動能的差。這個表達式也可以有類似的表述。物體在一段過程中，末狀態的mv與初狀態的mv的差，等于其所受的合外力和作用時間的乘積。 師：上一節課的實驗探究，mv是碰撞的守恒量，看來它是一個非常重要的物理量，物理學中將物體質量與速度的乘積定義為物體的動量。力與時間的乘積叫做力的沖量，表達式就是動量定理。 【板書：（一）動量，（二）沖量】 學生根據引導回答問題 學生分析得出結論 3
動量 （一）動量 【板書1.定義：物體質量和速度的乘積，叫做物體的動量p，】 師：根據動量的表達式，大家說一下動量的單位？ 生：千克.米每秒（kg.m/s） 【板書：2.單位：千克.米每秒（kg.m/s）】 師：那同學們覺得，動量這個物理量，是矢量還是標量？ 生：矢量 師：那方向如何呢？ 生：與速度的方向相同 【板書：3.動量是矢量，方向與速度的方向相同。】 根據引導 回答問題 2
動量概念建立過程 師：動量這個概念首先是由法國科學家笛卡爾提出的，他繼承了伽利略的說法，把物體的質量與速率的乘積叫做動量，但是他忽視了動量的方向性。盡管如此，他的工作還是給后人的繼續探索打下了很好的基礎。 師：牛頓站在笛卡爾的肩膀上，將定義做了修改，明確地用質量和速度的乘積定義為動量，指明了動量的矢量性，就可以更清楚地表述碰撞前后的動量的關系了。 1
練習計算動量改變 練習：小鳥裝上飛機的過程中，動量改變了多少？ 【師：投影展示例題】 例題：假設與國航波音737相撞的這只小鳥的質量為1kg，以20m/s的速度水平迎面撞上速度為720km/h的波音737飛機并粘在飛機上，而飛機并沒有因為與鳥相撞而改變速度。試求：這只鳥撞上飛機前后的動量和動量的變化？ 解：取小鳥的運動方向為正方向 碰撞前： 碰撞后： 方向與小鳥的飛行方向相反。 生：演板 師：分析強調：在處理動量的問題時一定要注意它的矢量性，規定正方向，動量的改變是矢量差。 學生演板 2
沖量 （二）沖量 師：剛才我們已經知道，沖量的概念 【板書：1.定義：作用在物體上的力和作用時間的乘積 ，叫做該力對該物體的沖量。】 師：那同學們根據沖量的概念，告訴我沖量的單位是什么？ 生：牛.秒（N.s） 【板書：2.單位：牛.秒（N.s）】 師：那同學們覺得，動量這個物理量，是矢量還是標量？ 生：矢量 師：那方向如何呢？ 生：與力的方向相同 【板書：3.沖量是矢量，方向與恒力的方向一致】 師：如果是恒力，可以用公式計算出恒力的沖量，但是如果是變化的力，又如何獲得其沖量呢？ 根據引導 回答問題
變力沖量 師：對力傳感器施加變化的力，屏幕上呈現F-t圖像，能不能求出該變力的沖量呢？ 生：面積 師：對的，這里面用到的其實是以前我們熟悉的“微元法”的思想，可以將時間分成無窮多份，在每一份無限短的時間內，可以認為力是不變的，最后求和，可以得到F-t圖像的面積表示變力的沖量。 【板書：4. F-t圖像圍城圖形的面積表示沖量】 師：可見，沖量反映了力對時間積累的效果，沖量是一過程量。推導出來的表達式“”就反映出物體所受的合力對時間的積累效應應是改變了物體的動量。 根據引導 回答問題
動量定理 （三）動量定理 師：即物體在一個過程始末的動量變化量等于它在這個過程中所受力的沖量，這就是動量定理。 【板書：1.內容：物體在一個過程始末的動量改變等于她在這個過程中所受的合外力的沖量】 【2.表達式：或】 師：這個動量定理的表達式，是建立在理想物理模型理論推導的結果上的，那么實際的碰撞中，它是否成立呢？
實驗驗證 師：請同學們利用老師給的實驗儀器，設計實驗，完成碰撞過程的動量定理的驗證。 師：投影展示儀器：天平、光電門、力傳感器，安有擋光片的小車，打點計時器，彈簧秤 學生設計實驗 1.實驗中，需要測定哪些物理量，又分別用什么儀器測量？ 需要測定物體的質量、碰撞前后的速度、碰撞過程中的受力以及時間。 （如果碰撞過程中速度的方向發生了變化，打點計時器就無法測定，彈簧秤無法測定變力） 2.按照同學們的分析，準備儀器，展示儀器，并介紹其功能特征。力傳感器可以測定拉力或者壓力，實時采集力隨時間的變化情況，并用F-t圖像顯示出來。 小車上安裝由當光片（寬度d=0.02m）以及彈片，通過光電門測定當光片通過的時間，由，可以算出小車的瞬時速度。 3.輔導學生組裝儀器，調試儀器，進行實驗 4.運用設計好的程序，計算出小車碰撞過程中動量的改變。可以看到，實際碰撞過程中，沖擊力并不是一個恒力。 5.用程序計算出圖像的面積。 6.同學們的實驗數據都說明一個共同的結果，在誤差允許的范圍內，小車動量的改變等于沖擊力的沖量。 學生設計實驗 學生代表展示
提出問題 師：動量定理中，動量的改變等于什么力的沖量？ 生：合力的沖量 師：實驗中，小車受到的合力就是沖擊力嗎？ 生：不是，小車除了沖擊力之外，還受到摩擦力的作用，軌道沒有嚴格的平衡摩擦力。 根據引導 回答問題
總結 師：準確的說，小車所受的合外力并不完全等于沖擊力，還有摩擦力和其他外力的作用。但是我們在實驗的過程中，這個沖擊力遠大于外力，研究問題時，我們往往要去除掉次要因素的影響，只把握問題的關鍵。所以在這次實驗的過程中，小車所受的合外力近似認為就是沖擊力。 師：其實，我們僅僅通過這么一種類型的碰撞實驗得到動量定理的規律是遠遠不夠的，由于課堂時間和條件的限制，我們就不能進一步研究其他的情況了，但是，科學家們卻是研究了各種不用情況的碰撞，分析了大量的數據并總結出了動量定理。 師：這個實驗不僅驗證了動量定理，還向我們顯示出，實際的碰撞中，沖擊力并不是一個恒力而是一個變力，這說明，對于變力，動量定理也是適用的。這樣公式中的力F可以理解為變力的平均值，而變力的沖量的方向和物體動量改變的方向是一致的。
應用舉例 （四）動量定理的應用 師：解決課堂開始時提出的問題 師：若小鳥撞飛機的作用時間是0.01s，試求出，碰撞過程中，飛機受到的平均沖擊力是多大？ 生：解答： 由牛頓第三定律可知：飛機收到的沖擊力也是 F的方向就是動量改變的方向。 師：原來因為動量改變大，作用時間短，一只1kg 的小鳥產生的沖擊力相當于咱們班所有同學用一只腳的面積作用在飛機上，怪不得飛機會被撞出一個大洞。 師：換個角度，動量定理還給我們這樣的啟示：在物體動量改變一定的情況下，可以通過改變作用時間改變沖擊力的大小。那么生活中有沒有這方面的用用呢？大家討論一下 生：學生舉例：“緩沖裝置” 引導學生回答：在動量改變相同的情況下，可以通過改變作用時間來改變沖擊力的大小。 師：這節課我們學習了兩個新的物理量：動量和沖量；一個規律：動量定理。請同學們注意觀察生活中的動量定理的應用。
結束課程 學生活動 感謝每位同學的配合，最后我們用一個小小的活動結束本節課程。請全體同學起立。 僵尸，身體僵硬，膝蓋關節不能彎曲，大家模仿一下僵尸跳。 教師示范，學生體驗僵尸跳，腳部所受的沖擊力。 正常人是這樣跳的，關節彎曲。 這是什么原因呢？請同學們刻下思考？

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