高中物理验证动量守恒定律教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

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高中物理验证动量守恒定律教学设计学情分析教材分析课后反思

实验:

验证动量守恒定律教案

济阳

【教学目标】

1.掌握动量守恒定律适用范围。

2.会用实验验证动量守恒定律。

【教学重难点】

会用实验验证动量守恒定律。

【教学过程】

一、实验思路

教师:

两个物体在发生碰撞时,作用时间很短。

根据动量定理,它们的相互作用力很大。

如果把这两个物体看作一个系统,那么,虽然物体还受到重力、支持力、摩擦力、空气阻力等外力的作用,但是有些力的矢量和为0,有些力与系统内两物体的相互作用力相比很小。

因此,在可以忽略这些外力的情况下,碰撞满足动量守恒定律的条件。

问题:

我们应该怎样设计实验,使两个碰撞的物体所组成的系统所受外力的矢量和近似为0?

学生思考,教师总结。

我们研究最简单的情况:

两个物体碰撞前沿同一直线运动,碰撞后仍沿这条直线运动。

应该尽量创造实验条件,使系统所受外力的矢量和近似为0。

二、物理量的测量

研究对象确定后,还需要明确所需测量的物理量和实验器材。

问题:

想要验证动量守恒定律,需要测量哪些物理量?

学生思考,教师总结:

根据动量的定义,很自然地想到,需要测量物体的质量,以及两个物体发生碰撞前后各自的速度。

教师:

那么物体的质量我们可以直接用天平测量,物体碰撞前后的速度呢?

学生回忆之前我们学习了哪些测量物体速度的方法。

最后教师总结可行的方法进行实验的设计。

(一)方案一:

利用斜槽上滚下的小球验证动量守恒定律

1.实验步骤:

(1)测质量:

用天平测出两小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。

(2)安装:

按照图甲所示安装实验装置,调整固定斜槽使斜槽底端水平。

(3)铺纸:

白纸在下,复写纸在上且在适当位置铺放好,记下重垂线所指的位置O。

(4)放球找点,不放被撞小球,每次让入射小球从斜槽上某固定高度处自由滚下,重复10次。

用圆规画尽量小的圆把所有的小球落点圈在里面。

圆心F就是小球落点的平均位置。

(5)碰撞找点,把被撞小球放在斜槽末端,每次让入射小球从斜槽同一高度自由滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。

用步骤4的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置和被撞小球落点的平均位置N,如图所示。

(6)验证:

连接N,测量线段OP、OM、ON的长度。

将测量数据填入表中。

最后代入m1·OP。

(7)结束:

整理好实验器材放回原处。

2.数据处理:

验证的表达式:

m1·OP=m1·OM+m2·ON

(二)方案二:

研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒

本案例中,我们利用气垫导轨来减小摩擦力,利用光电计时器测量滑块碰撞前后的速度。

实验装置如图所示,可以通过在滑块上添加已知质量的物块来改变碰撞物体的质量。

本实验可以研究以下几种情况:

①选取两个质量不同的滑块,在两个滑块相互碰撞的端面装上弹性碰撞架,滑块碰撞后随即分开。

②在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,使两个滑块连成一体运动。

如果在两个滑块的碰撞端分别贴上尼龙拉扣,碰撞时它们也会连成一体。

③原来连在一起的两个物体,由于相互之间具有排斥的力而分开,这也可视为一种碰撞。

这种情况可以通过下面的方式实现。

在两个滑块间放置轻质弹簧,挤压两个滑块使弹簧压缩,并用一根细线将两个滑块固定。

烧断细线,弹簧弹开后落下,两个滑块由静止向相反方向运动。

1.实验步骤:

(1)测质量:

用天平测出滑块的质量。

(2)安装:

正确安装好气垫导轨。

(3)实验:

接通电源,利用配套的光电计时装置测出两滑块各种情况下碰撞前后的速度(①改变滑块的质量;②改变滑块的初速度大小和方向)。

(4)验证:

一维碰撞中的动量守恒。

2.数据处理

(1)滑块速度的测量:

v=Δx/Δt,式中Δx为滑块挡光片的宽度(仪器说明书上给出,也可直接测量),Δt为数字计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门的时间。

(2)验证的表达式:

m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′

(三)方案三:

在光滑桌面上两车碰撞完成一维碰撞实验

1.实验器材

光滑长木板、打点计时器、纸带、小车(两个)、天平、撞针、橡皮泥。

2.实验步骤

(1)测质量:

用天平测出两小车的质量。

(2)安装,将打点计时器固定在光滑长木板的一端,把纸带穿过打点计时器,连在小车的后面,在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥。

(3)实验:

接通电源,让小车A运动,小车五静止,两车碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两小车连接成一体运动。

(4)测速度:

通过纸带上两计数点间的距离及时间由

算出速度。

(5)改变条件:

改变碰撞条件,重复实验。

(6)验证:

一维碰撞中的动量守恒。

3.数据处理

(1)小车速度的测量:

,式中

是纸带上两计数点间的距离,可用刻度尺测量,

为小车经过

的时间,可由打点间隔算出。

(2)验证的表达式:

m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′

4.注意事项

(1)前提条件:

碰撞的两物体应保证“水平”和“正碰”。

(2)若利用“气垫导轨”完成实验,调整气垫导轨时,注意利用水平仪确保导轨水平。

若用“斜槽”完成实验,斜槽末端的切线必须水平,入射小球每次都必须从斜槽同一高度由静止释放。

5.误差分析

(1)系统误差:

主要来源于装置本身是否符合要求,即:

①碰撞是否为一维碰撞。

②实验是否满足动量守恒的条件:

如气垫导轨是否水平,两球是否等大。

(2)偶然误差:

主要来源于质量m和速度v的测量。

(3)改进措施:

①设计方案时应保证碰撞为一维碰撞,且尽量满足动量守恒的条件。

②采取多次测量求平均值的方法减小偶然误差。

(四)方案四:

利用等长的悬线悬挂等大的小球

1.实验器材:

两个小球(大小相同,质量不同)、悬线、天平、量角器等.

 

2.实验方法:

(1)测质量:

用天平测出两小球的质量.

(2)安装:

如图所示,把两个等大的小球用等长的悬线悬挂起来.

(3)实验:

质量较小的小球静止,将质量较大的小球拉开一定角度释放,两小球相碰.

(4)测速度:

可以测量小球被拉起的角度,从而算出碰撞前对应小球的速度,测量碰撞后小球摆起的角度,算出碰撞后对应小球的速度.

(5)改变条件:

改变碰撞条件,重复实验.

(6)验证:

一维碰撞中的动量守恒.

3.数据处理

(1)摆球速度的测量:

通过测量摆线和摆角,有几何关系求出摆动的竖直高度h,用动能定理计算碰撞前后的速度。

(2)验证的表达式:

m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′

4.误差分析及注意事项

用摆球实验时,两静止小球球心应在同一水平线上,且刚好接触,摆线竖直;将小球拉起后,两条摆线在同一竖直面内.

【课堂练习】

例1:

在实验室里为了验证动量守恒定律,一般采用如图甲、乙所示的两种装置:

甲           乙

(1)若入射小球质量为m1,半径为r1;被碰小球质量为m2,半径为r2,则__________。

A.m1>m2,r1>r2 B.m1>m2,r1

C.m1>m2,r1=r2D.m1

(2)若采用图乙所示装置进行实验,以下所提供的测量工具中一定需要的是__________。

A.直尺  B.游标卡尺  C.天平

D.弹簧测力计  E.秒表

(3)设入射小球的质量为m1,被碰小球的质量为m2,则在用图甲所示装置进行实验时(P为碰前入射小球落点的平均位置),所得“验证动量守恒定律”的结论为______________________。

(用装置图中的字母表示)

[答案] 

(1)C 

(2)AC(3)m1·OP=m1·OM+m2·O′N

练习1.气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。

现用带竖直挡板C、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量,实验装置如图所示。

采用的实验步骤如下:

a.用天平分别测出A、B的质量mA、mB;

b.调整气垫导轨,使导轨处于水平;

c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;

d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1;

e.按下电钮放开卡销,同时分别记录A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B分别碰撞C、D时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。

(1)实验中还应测量的物理量及其符号是___________。

(2)作用前A、B质量与速度乘积之和为________;作用后A、B质量与速度乘积之和为__________________________。

(3)作用前、后A、B质量与速度乘积之和并不完全相等,产生误差的原因有__________________________________________________________________________________(至少答出两点)。

[答案]

(1)B的右端至D的距离L2

(2)0 mA

-mB

(3)产生误差的原因:

①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差;②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程;③滑块并不是做标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力;④气垫导轨可能不完全水平。

练习2.某同学设计了一个用电磁打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:

在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动。

他设计的装置如图(甲)所示。

小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。

(甲)

(乙)

(1)若已测得打点纸带如图(乙)所示,并测得各计数点间距(已标在图上)。

A为运动的起点,则应选________段来计算A碰前的速度。

应选________段来计算A和B碰后的共同速度。

(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已测得小车A的质量m1=0.4kg,小车B的质量为m2=0.2kg,则碰前两小车的总动量为______kg·m/s,碰后两小车的总动量为________kg·m/s。

[答案] 

(1)BC DE 

(2)0.420 0.417

学情分析

在学习本节前,学生已经学习了动量、冲量、动量定理和动量守恒定律一章,有了对动量守恒条件的基本认识,能够较熟练的运用相关知识判断动量是否守恒,理解实验验证动量守恒的原理,从物理上为学生学好动量守恒定律基本内容奠定了理论基础。

同时作为高三的学生,他们在数学知识上也应该有充足的储备,对实验数据处理上比较熟练,这为学生计算前后动量结果、判断满不满足守恒条件奠定数学基础。

另外,学生们在生活中也经常接触碰撞等动量守恒场景,对动量有一定的感性认识和生活经验,对学习这一节有一定的兴趣,这为学习本节奠定了生活经验和心理基础。

因此本节学习对学生来说从各方面都有一定的基础。

但是同一班级内不同学生的基础略有差距,必然会带来学生学习过程中接受快慢不同。

为提高学生的接受程度,在课前就让学生进入到课堂中去,综合运用动量、能量的知识解决生活中的具体问题,在课堂教学中采取小组讨论的方式进行教学,减少学生学习过程中的差异。

同时通过学生演示实验、教师多媒体展示等,多角度、多方位地展现教学内容,让学生更加乐于接受。

效果分析

课堂效果:

从学生的课堂学习过程来看,学生能够积极参与课堂教学,课前准备充分,课上分组实验参与过程积极性较高,说明学生对这部分知识的学习有浓厚的兴趣,通过例题讲解时学生的反应看,学生学习效果还不错。

检测效果:

共设计2个检测题目,7个小问题答题情况如下:

前5个小问题比较基本,百分之九十以上的同学都能做对。

后两个问题为拔高性的题目百分之六十左右的能会做,经过讲解基本都能掌握。

教材分析

内容

要求

说明

25.动量.冲量.动量定理

26.动量守恒定律

32.动量知识和机械能知识的应用(包括碰撞、反冲、火箭)

 

动量定量和动量守恒定律的应用只限于一维的情况

一、高考考纲中的要求

二、简要分析

本章的知识是《动能守恒定律》知识的具体应用,也是《动能+能量》内容的进一步扩展。

本章内容概念定理定律多,逻辑思维严密,对学生的推理能力和数学能力要求比较高,与生活实践紧密联系,在各种版本的教材中都是非常重要的部分,特别是对于动量守恒和机械能、能量守恒定律的结合,与生活实践紧密联系。

重视物理与生活、生产联系,物理与技术、社会的联系是新教材的重要特点,在本章体现的淋漓尽致。

本部分教材的编写突出了3个特点:

1、注重学生的自主学习和探究性学习;

2、注意将动量和动能特点进行比较,动量守恒和能量守恒的结合

3、重视与实际生活的联系

本章重点:

动量、冲量的定义及性质

动量定理

动量守恒的内容、公式及使用条件和具体应用

动量守恒定律和能量结合的具体应用

实验验证动量守恒定律的实验原理

本章难点:

动量守恒定律和能量结合的具体应用

实验证动量守恒定律的误差分析及减少实验误差的方法

本章方法:

判断动量守恒的基本方法画受力分析图判断守恒条件

本章课时分配如下

复习课共7课时:

动量和动量定理(1课时)

动量守恒定律和应用(2课时)

验证动量守恒定律(1课时)

习题课(1课时)

单元测试(1课时)

讲评课(1课时)

评测练习

练习1.气垫导轨是常用的一种实验仪器,它是利用气泵使带孔的导轨与滑块之间形成气垫,使滑块悬浮在导轨上,滑块在导轨上的运动可视为没有摩擦。

现用带竖直挡板C、D的气垫导轨和滑块A、B探究碰撞中的不变量,实验装置如图所示。

采用的实验步骤如下:

a.用天平分别测出A、B的质量mA、mB;

b.调整气垫导轨,使导轨处于水平;

c.在A和B间放入一个被压缩的轻弹簧,用电动卡销锁定,静止放置在气垫导轨上;

d.用刻度尺测出A的左端至挡板C的距离L1;

e.按下电钮放开卡销,同时分别记录A、B运动时间的计时器开始工作,当A、B分别碰撞C、D时计时结束,记下A、B分别到达C、D的运动时间t1和t2。

(1)实验中还应测量的物理量及其符号是___________。

(2)作用前A、B质量与速度乘积之和为________;作用后A、B质量与速度乘积之和为__________________________。

(3)作用前、后A、B质量与速度乘积之和并不完全相等,产生误差的原因有__________________________________________________________________________________(至少答出两点)。

[答案]

(1)B的右端至D的距离L2

(2)0 mA

-mB

(3)产生误差的原因:

①L1、L2、t1、t2、mA、mB的数据测量误差;②没有考虑弹簧推动滑块的加速过程;③滑块并不是做标准的匀速直线运动,滑块与导轨间有少许摩擦力;④气垫导轨可能不完全水平。

练习2.某同学设计了一个用电磁打点计时器探究碰撞中的不变量的实验:

在小车A的前端粘有橡皮泥,推动小车A使之做匀速直线运动,然后与原来静止在前方的小车B相碰并粘合成一体,继续做匀速直线运动。

他设计的装置如图(甲)所示。

小车A后连着纸带,电磁打点计时器所用电源频率为50Hz,长木板下垫着薄木片以平衡摩擦力。

(甲)

(乙)

(1)若已测得打点纸带如图(乙)所示,并测得各计数点间距(已标在图上)。

A为运动的起点,则应选________段来计算A碰前的速度。

应选________段来计算A和B碰后的共同速度。

(以上两空选填“AB”“BC”“CD”或“DE”)

(2)已测得小车A的质量m1=0.4kg,小车B的质量为m2=0.2kg,则碰前两小车的总动量为______kg·m/s,碰后两小车的总动量为________kg·m/s。

[答案] 

(1)BC DE 

(2)0.420 0.417

 

课后反思

验证动量守恒定律部分对学生来讲是知识掌握薄弱的内容,虽然在生活中经常接触碰撞场景,但了解很少,教材中是第一次出现,因此很多学生接受起来难度较大。

在授课中应该特别要注意的是动量守恒的判定,即动量守恒的条件。

这既是学习、了解动量守恒的关键,也是学习、研究新知识的重要方法。

在与已知的知识做对比中学习和掌握新知识特点的方法,是物理课学习中很有效和很常用的方法。

在学习动量之前,应帮助学生理解动能和动量的联系和区别。

其区别的关键是概念不同,性质不同等,比如:

标矢性

对学生估计不足,使课堂留有遗憾;学生课堂上出现的问题处理不够透彻,为以后留下隐患

对于学生处理例1题目的快速,预想不足,没能达到对多过程问题的整体处理的强化认识;对于变式练习中出现的研究对象的选择问题,没有对小球运动过程分析,不能列出原理表达式,这应该对以后的问题处理留有隐患。

其实,本人在设计习题课时,主导思想还是想帮助学生理解实验原理,在本质上发掘题目信息点,正确利用已知物理量列出原理表达式,但在具体操作中,也不时和学生犯同样的错误,只思考不计算,以对代会的错误,这应该还是对题目的理解不够透彻,讲解抓不住要点所致吧。

措施:

针对学生上课出现的错误,要加强变式练习的相应题目。

课标分析:

对本节内容,课标的要求是:

1.能说出系统、内力、外力的概念。

2.能用动量定理推导动量守恒定律。

3.记住动量守恒定律的内容及表达式,会利用守恒条件判断动量是否守恒。

4.理解实验验证动量守恒的原理及实验注意事项

本主题的前者属于“知道、理解”“掌握”水平,后者属于“独立操作水平”。

学生应知道探究物体碰撞时动量变化规律的思路和方法,知道系统、内力、外

力的概念,理解动量守恒定律的内容及表达式,理解其守恒的条件(重点),了解动量守恒定律的普遍意义,会用动量守恒定律解决实际问题.(重点、难点)。

《标准》中例题要求学生掌握实验原理及操作步骤和注意事项,旨在增进学生动手实践能力。

根据学校条件,可以采用多种形式给学生展现不同实验方案的不同形态。

按照课标的要求,在设计教学目标时,我们应该从三和维度来设计教学教学目标:

教学目标

(一)知识与技能

1)知道探究物体碰撞时动量变化规律的思路和方法,知道系统、内力、外

力的概念。

2)理解动量守恒定律的内容及表达式,理解其守恒的条件(重点)。

3)了解动量守恒定律的普遍意义,会用动量守恒定律解决实际问题.(重点、难点)

(二)过程与方法

1)通过对不同实验方案的理解,提高操作能力、思维能力,并领会实验原理的相同之处。

2)通过对实验的具体操作,逐步形成利用数学工具及物理规律解决实际问题的能力。

(三)情感目标

1)通过对实验原理原理的学习,体会物理理论应用于实践所产生的价值。

2)通过对实验的操作,逐步树立应用物理规律分析实际问题的信念。

在教学过程中,还要关注学生的科学探究,让学生敢于提出问题、善于提出问题,通过对具体实验的探究让学生了解科学研究的一般方法。

发挥实验在物理教学中的突出地位,同时通过生活实例的展示,让学生感受到物理与生活的密切联系,达到重视物理与生活、生产的联系,重视与技术、社会联系的目的。

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