物理学与人类文明教学设计案例

《动量和动量定理》教学设计

【教学目标】

一、知识与技能

1.了解物理学中动量概念的建立过程；

2.理解动量和动量变化及其矢量性，会正确计算做一维运动的物体的动量变化；

3.理解冲量的定义；

4.从前面的推导中总结出动量定理的表达式，并理解动量定理的确切含义；

5.会用动量定理解释有关现象和处理有关的问题。

二、过程与方法

1. 通过对动量定理的探究过程，尝试用科学探究的方法研究物理问题；

2.通过应用动量定理处理一些与生产和生活相关的实际问题，提升学生的分析能力及解决实际问题的能力。

三、情感态度与价值观

通过利用所学的知识解释生产、生活中的一些现象，引领学生将理论联系实际。

【教学重点】

1.理解动量定理

2.利用动量定理来解释生活中的一些现象。

【教学难点】

1.理解动量定理的矢量性

2.利用动量定理解释实际问题

【教学过程】

新课导入：阅读材料：随着汽车数量的增多和行使速度的不断提高，行车安全越来越重要。而在所有的汽车事故当中，与碰撞有关的事故占90％以上。汽车碰撞是无法避免的，如何减少碰撞时对人员的伤害是重要的研究问题，其中在汽车前排装安全气囊是一种重要的措施。

思考：为什么在汽车前排装安全气囊可以在相同碰撞时减少对人员的伤害？

建立物理模型：质量为m的物体，在合力F的作用下，经过一段时间t，速度由v 变为v’，如是图所示：

分析：由牛顿第二定律知： F = m

a

而加速度定义有：

联立可得：

av'vtv'vFmt1

变形可得：

一、动量

1.定义：物体质量与速度的乘积,用p表示

2.表达式：p=mv 3.单位：kg·m/s

学生活动：我们了解了动量的基本内容，可是动量在物理学史中的建立过程是怎样一个情况呢？请同学们阅读课本P6. 接下来，我们继续来理解动量，请同学们讨论一下问题，并说明理由？

1.动量是矢量还是标量？

2.动量是过程量还是状态量？

3.动量与参考系的选择有没有关系？

总结：

1.矢量性：因为速度v是矢量，质量m是标量，标量与矢量之积为矢量，所以动量P是矢量，其方向与速度方向一致。

2.状态量：因为p=mv的式子中v是瞬时速度，从而说明p与时刻或位置对应

3.相对性：v与参考系的选择有关，参考系不同，v不同，具有相对性。

试讨论以下几种运动的动量变化情况

二、动量的变化量

知识回顾：速度的变化量是某一运动过程的末速度与初速度的矢量差

学生活动：学生类比定义“动量变化量”：

1.定义：物体在某一运动过程中末动量与初动量的矢量差（用Δp表示）

2.表达式：Δp=p’-p 讨论：Δp是矢量还是标量？

总结得出：

3. 动量的变化量是矢量，∆p的方向与Δv的方向相同

学生活动：例1.一个质量是0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬物后被弹回,沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动（如图），碰撞前后钢球的动量各是多少？碰撞前后钢球的动量变化了多少？

学生计算，展示学生的练习情况

总结：同一条直线上（一维情况下）动量的变化量的运算：先规定正方向，然后确定各已知量的正负，可以将矢量运算简化为代数运算。

思考：如果动量变化前后不在同一直线上，如何求动量的变化量？

拓展：动量与动能的区别与联系

三、冲量

1.冲量：力与力的作用时间的乘积

2.表达式：I=Ft（F为恒力）

3.单位：N·s

4.意义：反映了力的作用对时间的积累效应

学生活动：讨论下列问题，并说明理由

1.冲量是矢量还是标量？

2.冲量是过程量还是状态量？

2 Ftmv'mv

3.冲量与参考系的选择有没有关系？

总结：

1.

矢量，方向与恒力方向相同

2.

过程量，对应一段时间内力的冲量

3.

绝对性，I与力和时间有关，与参考系的选择无关

思考：用力去推一个物体，一段时间后仍没能推动。这个力的冲量为零吗？为什么？

思考与讨论：冲量与功有什么区别？

思考与讨论：1、作用力与反作用力的功是否相同？

2、作用力与反作用力的冲量是否相同？

思考与讨论：如果在一段时间内的作用力是一个变力，又该怎样求这个变力的冲量？

四、动量定理

在前面的推导中同学们的到一个公式

Ft=mv’-mv，请同学们仔细观察在这个式子中左边表示的是所受力的冲量，右边表示的是初末动量的变化量，式子表明了物体在一个运动过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受的力的冲量。这个关系叫做动量定理

公式：Ft=mv’-mv或I=p’-p 讨论：1.动量定理中的Ft指的是合外力的冲量还是物体所受某一个力的冲量？

2.为什么物体的动量会发生变化？

总结：

1.动能定理是一个矢量式

2.式中的I或Ft指合外力的冲量

3.因果关系：物体所受力的冲量是物体动量变化的原因，动量变化是物体受到力的冲量后的必然结果

4.适用范围：既可以适用于恒力；也适用于变力，对于变力的情况，F应理解为变力在作用时间内的平均值

根据Ft=mv’-mv或I=p’-p思考问题：既然物体所受力的冲量是物体动量变化的原因，那么要是物体的动量发生一定的变化，该怎么办呢? 可以用较大的力作用较短的时间，也可以用较小的力作用较长的时间。

由Ft=∆P可知：

1.∆P一定，t短则F大，t长则F小；（缓冲装置）

2.t一定，F大则∆P大，F小则∆P小；

3.F一定，t长则∆P大，t短则∆P小。

用动量定理解释现象

1.为什么包装用的是泡沫材料？

2.为什么船边缘上的废旧轮胎？

3.轿车前面的发动机舱是不是越坚固越好？

课堂小结：这节课我们知道了哪些内容？

布置作业：问题与练习

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板书设计：16.2动量和动量定理

一、动量（矢量，状态量，与参考系选择有关）

定义：物理学中把“物体质量与速度的乘积”定义为物体的动量

表达式：p=mv 单位：千克·米每秒（kg·m/s）

二、

动量变化量

定义：物体在某一运动过程中末动量与初动量的矢量差

表达式：Δp=p2-p1

矢量，方向与方向与Δv的方向一致

三、

冲量（矢量，过程量，与参考系选择无关）

定义：力与力的作用时间的乘积

表达式： I=Ft（F为恒力）

单位：牛·秒（N·s）

四、动量定理

Ft=mv -mv或I=p -p

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