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人教版高中物理选择性必修1第1章第1节实验：探究碰撞中的不变量—动量教学设计
课题
实验：探究碰撞中的不变量——动量
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
本节教材以“寻求碰撞中的不变量”为线索，通过演示两个完全相同钢球的对心碰撞，让学生对碰撞中的不变量提出猜想。为了判断猜想是否正确，改变实验条件，再进行两个质量不同、大小相同的钢球的对心碰撞。当猜想被否定之后，再设计新的实验方案进行研究。通过从特殊到一般，从定性到定量的多轮“问题——猜想——实验方案设计——证据收集一数据分析——得出结论”的科学探究过程，逐步达到对不变量的正确认识。教材的这一编写
思想体现了科学探究的基本方法与严谨求真的科学态度。教学时要引导学生充分经历和体验这一探究过程。教材的主要意图在于体现寻求守恒量是科学研究的一条路径，
沿着这一路径，
定义动量概念就是水到渠成的。学生在学习初中和高中物理时，已经了解了动能、速度、质量等相关概念和质量守恒、电荷守恒、机械能守恒等相关规律，这为学生寻求碰撞中的不变量提供了扎实的基础。
教学目标与核心素养
物理观念：通过学习动量和动量变化量的概念及其矢量性，会计算一维情况下的动量变化量。科学探究：通过实验用不同的方法探究碰撞中的不变量。科学思维：通过实例掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法。科学态度与价值观：通过实验得到一维碰撞中的不变量表达式，培养实事求是的探究精神。
重点
动量和动量变化量的概念及其矢量性，会计算一维情况下的动量变化量。
难点
通过实例掌握在同一直线上运动的两个物体碰撞前、后速度的测量方法。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
用两根长度相同的线绳，分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置。拉起A球，然后放开，该球与静止的B球发生碰撞。可以看到，碰撞后A球停止运动而静止，B球开始运动，最终摆到和A球拉起时同样的高度。为什么会发生这样的现象呢?
观看汽车碰撞实验视频。
通过观察视频，让学生对碰撞产生感性认识。
讲授新课
一、寻求实验中的不变量思考：碰撞有什么特点呢？碰撞的特点:1、相互作用时间极短；2、相互作用力极大，即内力远大于外力；3、速度都发生变化．思考讨论：(1)用两根长度相同的线绳,分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置，拉起A球，然后放开，球与静止的B球发生碰撞。可以看到,碰撞后A球停止运动而静止,
B球开始运动，最终摆到和A球拉起时同样的高度。(2)将上面的A球换成大小相同的C球，使C球的质量大于B球，拉起C球至某一高度后释放，
撞击静止的B球。可以看到，碰撞后B球获得较大的速度，摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。为什么会发生这样的现象呢?实验如图,两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静
止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的光电计时器测量。下表中的数据是某次实验时采集的。其中,
m1是运动小车的质量,
m2是静止小车的质量;
v是运动小车碰撞前的速度，v'
是碰撞后两辆小车的共同速度。思考讨论：①计算比较碰撞前后两辆小车动能之后是否变化;②计算比较碰撞前后两辆小阵质量与速度的乘积之和是否变化。结论：在碰撞前后系统各部分的“mv”（矢量，要考虑方向）的总和是一个定值，我们给“mv”一个名称叫动量P。二、动量1.
定义：在物理学中，把物体的质量
m
和速度
?的乘积叫做物体的动量
p，用公式表示为p
=
m?2.
单位：在国际单位制中，动量的单位是千克?米每秒，符号是
kg?m/s3.
对动量的理解(1)
矢量性:方向由速度方向决定，与该时刻的速度方向相同(2)
瞬时性:是状态量，与某一时刻相对应。速度取瞬时速度。(3)
相对性:与参考系的选择有关，一般以地球为参考系。速度v为物体的对地速度4.
动量的变化（
Δ
p）（1）定义：在某个过程中，物体的末动量与初动量的矢量差叫做物体动量的变化。（2）表达式：
Δ
p
=
p2
-
p1
=
m?2
-
m?1
=
mΔ?①动量的变化等于末状态动量减初状态的动量，其方向与Δ?的方向相同：（在同一直线上，采用代数运算）②动量的变化也叫动量的增量或动量的改变量。不在同一直线上的动量变化的运算，遵循平行四边形定则：5.试讨论以下几种运动的动量变化情况（1）物体做匀速直线运动（2）物体做自由落体运动（3）物体做平抛运动（4）物体做匀速圆周运动课堂练习：例题1：一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一块坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？方向如何？
解：取水平向右的方向为正方向，碰撞前钢球的速度v1=6m/s,
碰撞前钢球的动量为p1
=
mv1
=0.1×6kg·m/s
=0.6kg·m/s.
碰撞后钢球的速度为v2=
-
6m/s，碰撞后钢球的动量为：
p2=
mv2
=?-0.1×6kg·m/s=-
0.6kg·m/s
?p
=
p2-
p
=-0.6kg·m/s-
0.6kg·m/s=-1.2kg·m/s,
且动量变化的方向向左。对比动量和动能
动量发生变化时，动能不一定发生变化，动能发生变化时，动量一定发生变化。课堂练习1、如图所示,利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量,已知遮光片的宽度为L,两滑块质量分别为mA和mB,开始时滑块A和B相向运动,经过光电门的时间各自为ΔtA和Δ
tB，碰撞后，滑块B和A先后以Δ
tB′和Δ
tA′
经过右侧光电门，如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变，则可用题中条件写出所满足的关系式是_____________________________课堂练习2、某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量，则下列说法正确的是(
)A.悬挂两球的细绳长度要适当，且等长。B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度。C.两小球必须都是钢性球，且质量相同。D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动。答案：ABD
思考总结碰撞的特点。结合实验现象，总结实验规律，提出实验猜想。结合思考问题，梳理实验方法和步骤。回顾梳理学习过的测量速度的方法。完成实验，记录并处理数据。学习动量的含义及性质。思考几种常见的运动形式的动量的变化情况。对比动能和动量。完成课堂练习。
提高学生思考观察的能力。采用问题的方式，增加学生对实验的思考深度。总结测速方法，提高学生的知识归纳总结能力。学生动手实验，提高学生的实验操作能力。通过实验，总结出碰撞过程中的不变量，让学生更好的理解动量的含义。通过对不同形式动量的思考，更好的掌握动量的含义。对比易混淆的物理量，让学生更好的区分动能和动量。
拓展提高
1、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：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，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，测得小车A的质量(包括橡皮泥)为310g，小车B的质量为205g，计算可知，两小车相互作用前质量与速度的乘积之和为_______kg·m/s；两小车相互作用以后质量与速度的乘积之和为_______
kg·m/s(保留三位有效数字)。两结果不完全相等的主要原因是______________________________________________解析：小车的A速度mAv1=0.310×2
kg·m/s
=0.620
kg·m/sAB相碰并粘合成一体速度(mA+mB)v2=(0.310+0.205)×1.2
kg·m/s=0.618
kg·m/s做一做：让一位同学把一个充气到直径1.5m
。左右的大乳胶气球，以某一速度水平投向你，请你接住。把气放掉后气球变得很小，再把气球以相同的速度投向你。两种情况下，你的体验有什么不同？这是为什么呢?
完成拓展提高练习题和做一做。
通过拓展提高和做一做，巩固基础知识。
课堂小结
一、物体速度的测量方法1、光电门测速2、单摆测速3、打点计时器测速4、频闪照片测速5、平抛运动测速二、动量1、定义2、动量变化量
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识，形成知识框架。
板书
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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动量
人教版
选择性必修1
新知导入
汽车碰撞实验
用两根长度相同的线绳，分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置。
拉起A球，然后放开，该球与静止的B球发生碰撞。可以看到，碰撞后A球停止运动而静止，B球开始运动，最终摆到和A球拉起时同样的高度。为什么会发生这样的现象呢?
新知讲解
1、相互作用时间极短；
2、相互作用力极大，即内力远大于外力；
碰撞有什么特点呢？
3、速度都发生变化．
碰撞的特点:
一、寻求实验中的不变量
新知讲解
思考讨论：
(1)用两根长度相同的线绳,分别悬挂两个完全相同的钢球A、B,且两球并排放置，拉起A球，然后放开，球与静止的B球发生碰撞。可以看到,碰撞后A球停止运动而静止,
B球开始运动，最终摆到和A球拉起时同样的高度。
(2)将上面的A球换成大小相同的C球，使C球的质量大于B球，拉起C球至某一高度后释放，
撞击静止的B球。可以看到，碰撞后B球获得较大的速度，摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。为什么会发生这样的现象呢?
新知讲解
实验如图,两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静
止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的光电计时器测量。下表中的数据是某次实验时采集的。其中,
m1是运动小车的质量,
m2是静止小车的质量;
v是运动小车碰撞前的速度，v'
是碰撞后两辆小车的共同速度。
新知讲解
思考讨论：
①计算比较碰撞前后两辆小车动能之后是否变化;
②计算比较碰撞前后两辆小阵质量与速度的乘积之和是否变化。
新知讲解
在碰撞前后系统各部分的“mv”（矢量，要考虑方向）的总和是一个定值，我们给“mv”一个名称叫动量P。
结论：
新知讲解
二、动量
在物理学中，把物体的质量
m
和速度
?的乘积叫做物体的动量
p，用公式表示为
在国际单位制中，动量的单位是千克?米每秒，符号是
kg?m/s
是状态量，与某一时刻相对应。速度取瞬时速度。
1.
定义：
p
=
m?
2.
单位：
3.
对动量的理解
(2)
瞬时性:
(1)
矢量性:
方向由速度方向决定，与该时刻的速度方向相同
(3)
相对性:
与参考系的选择有关，一般以地球为参考系。速度v为物体的对地速度
规定正方向！！！
新知讲解
①动量的变化等于末状态动量减初状态的动量，其方向与Δ?的方向相同：（在同一直线上，采用代数运算）
4.
动量的变化（
Δ
p）
（1）定义：在某个过程中，物体的末动量与初动量的矢量差叫做物体动量的变化。
（2）表达式：
Δ
p
=
p2
-
p1
=
m?2
-
m?1
=
mΔ?
②动量的变化也叫动量的增量或动量的改变量。
新知讲解
P
P′
不在同一直线上的动量变化的运算，遵循平行四边形定则：
ΔP
P
P′
ΔP
三角形法则：从初动量的矢量末端指向末动量的矢量末端
动量的变化?p
新知讲解
5.试讨论以下几种运动的动量变化情况
物体做匀速直线运动
物体做自由落体运动
物体做平抛运动
物体做匀速圆周运动
动量大小、方向均不变
动量方向不变，大小随时间推移而增大
动量方向时刻改变，大小随时间推移而增大
动量方向时刻改变，大小不变
课堂练习
规定正方向
P
P′
ΔP
例题1：一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一块坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，碰撞前后钢球的动量有没有变化？变化了多少？方向如何？
课堂练习
解：取水平向右的方向为正方向，碰撞前钢球的速度v1=6m/s,
碰撞前钢球的动量为
p1
=
mv1
=0.1×6kg·m/s
=0.6kg·m/s.
碰撞后钢球的速度为v2=
-
6m/s，碰撞后钢球的动量为：
p2=
mv2
=?
0.1×6kg·m/s=?
0.6kg·m/s
?p
=
p2?
p
=?
0.6kg·m/s?
0.6kg·m/s=?1.2kg·m/s,
且动量变化的方向向左。
新知讲解
动能
动量
区别
定义
公式
单位
标、矢量
运算法则
变化情况
联系
物体由于运动而具有的能
质量和速度的乘积
Ek＝1/2mv2
p＝mv
焦耳(J)
千克·米/秒(kg·m/s)
标量
矢量(方向与速度方向相同)
代数运算法则
平行四边形定则
v变化(方向)，ΔEk可能为零
v变化，p一定变化
都是状态量、相对量，两者的大小关系为：p2＝2mEk
新知讲解
动量发生变化时，动能不一定发生变化，动能发生变化时，动量一定发生变化。
动量发生变化
速度大小改变方向不变
速度大小不变方向改变
速度大小和方向都改变
动能改变
动能改变
动能不变
1、如图所示,利用气垫导轨和光电门研究碰撞中的不变量,已知遮光片的宽度为L,两滑块质量分别为mA和mB,开始时滑块A和B相向运动,经过光电门的时间各自为ΔtA和Δ
tB，碰撞后，滑块B和A先后以Δ
tB′和Δ
tA′
经过右侧光电门，如果实验中测出碰撞前后两滑块的质量和速度乘积之和保持不变，则可用题中条件写出所满足的关系式是_____________________________
课堂练习
Ｌ
2、某同学利用如图所示的装置探究碰撞中的不变量，则下列说法正确的是(
)
A.悬挂两球的细绳长度要适当，且等长。
B.由静止释放小球以便较准确地计算小球碰前的速度。
C.两小球必须都是钢性球，且质量相同。
D.两小球碰后可以粘合在一起共同运动。
课堂练习
ABD
1、某同学设计了一个用打点计时器探究碰撞过程中不变量的实验：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，继续做匀速运动，他设计的具体装置如图所示．在小车A后连着纸带，电磁打点计时器电源频率为50Hz，测得小车A的质量(包括橡皮泥)为310g，小车B的质量为205g，计算可知，两小车相互作用前质量与速度的乘积之和为_______kg·m/s；两小车相互作用以后质量与速度的乘积之和为_______
kg·m/s(保留三位有效数字)。两结果不完全相等的主要原因是______________________________________________
拓展提高
0.620
0.618
纸带与打点计时器的限位孔及小车与木板间有摩擦。
t2=7T=0.14s
t1=5T=0.10s
拓展提高
t2=7T=0.14s
t1=5T=0.10s
小车的A速度
AB相碰并粘合成一体速度
mAv1=0.310×2
kg·m/s
=0.620
kg·m/s
(mA+mB)v2=(0.310+0.205)×1.2
kg·m/s=0.618
kg·m/s
解析
拓展提高
让一位同学把一个充气到直径1.5m
。左右的大乳胶气球，以某一速度水平投向你，请你接住。把气放掉后气球变得很小，再把气球以相同的速度投向你。两种情况下，你的体验有什么不同？这是为什么呢?
课堂总结
寻求碰撞中的不变量
物体速度测量方法
动量
单摆测速
光电门测速
定义
动量变化量
频闪照片测速
打点计时器测速
平抛运动测速
板书设计
寻求碰撞中的不变量
物体速度测量方法
动量
单摆测速
光电门测速
定义
动量变化量
频闪照片测速
打点计时器测速
平抛运动测速
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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