物理选修3-5

高中物理选修3-5模块复习青岛九中物理集备组动量守恒定律波粒二象性原子结构原子核选修3－5本模块研究的问题：碰撞（宏观、微观）科学方法：对于原子结构的认识，典型地展示了人类认识自然规律的科学方法；而对于微观粒子的波粒二象性的认识，则表现了人类直接经验的局限性。在这个模块的教学中，要注意体会其中的科学方法，受到科学哲学思想的启迪，感受科学的和谐美。教材结构：动量守恒定律是自然界几个基本的守恒定律之一，也是研究微观粒子所必需的知识，所以教材安排在学习原子结构和原子核的内容之前学习它。研究方法：动量守恒定律本模块概览本章概览提出问题：在自然界中，从微观、宏观到宇宙，碰撞的事例很多。由于碰撞时相互作用的时间很短，而且在碰撞过程中作用力是变化的，直接运用牛顿定律来分析就很困难。那么，怎样分析研究这类碰撞问题呢？概念规律：本章将引入新的物理量——动量和冲量，通过实验，探究碰撞中所遵循的物理原理——动量守恒定律，并从动量和能量的角度分析弹性碰撞和非弹性碰撞、反冲运动、火箭等问题，最后，将对学过的守恒定律进行总结，学生将进一步体会自然规律的和谐统一，感受物理学之美。第十六章动量守恒定律重点：动量守恒定律的实验探究难点：动量守恒定律和动量定理的应用研究范围：动量是物理学中一个重要的物理量，动量守恒定律是自然界普遍运用的基本规律之一，它比牛顿运动定律的适用范围广泛得多。因此本章内容在力学中占有重要的地位，在整个物理学中也是重要内容之一。也是高考对本章考查的热点之一。第十六章动量守恒定律内容标准1探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞2通过试验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。3通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。2007考试说明1动量、动量守恒定律及其应用Ⅱ（只限于一维）2弹性碰撞和非弹性碰撞Ⅰ课标要求与高考考点分析新旧教材对比分析过去的思路冲量和动量的概念由牛顿第二定律导出动量定理最后告诉学生：动量守恒定律的适用范围更广由动量定理导出动量守恒定律现在的思路:出发点――“守恒”的重要性，而非牛顿定律寻找碰撞中的不变量碰撞中两个物体的m1v1+m2v2可能是不变的动量守恒定律的普适性定义动量经过几代物理学家的探索与争论……共识――动量守恒定律动量守恒定律与牛顿定律的关系，动量定理（物理规律的自恰）思路与过去相比有很大的不同――科学思想、科学方法课时分配建议第一单元1实验：探究碰撞中的不变量2学时2动量守恒定律（一）2学时3动量守恒定律（二）2学时第二单元4碰撞1学时5反冲运动火箭1学时第三单元6用动量概念表示牛顿第二定律1学时复习检测2学时教材分析第1节实验：探究碰撞中的不变量（2学时）教学目标：理解碰撞的概念，知道实验探究过程，体会科学探究七要素引入思路：碰撞是常见的现象，以宏观、微观现象为例，从生产、生活中的现象（包括实验现象）中提出研究的问题----碰撞前后是否有什么物理量保持不变？引导学生从现象出发去发现隐藏在现象背后的自然规律。P2演示A、B是两个悬挂起来的钢球，质量相等。使B球静止，拉起A球，放开后A与B碰撞，观察碰撞前后两球运动的变化。换为质量相差较多的两个小球，重做以上实验通过演示实验的结果看出，两物体碰后质量虽然没有改变，但运动状态改变的程度与物体质量的大小有关。让学生通过观察现象猜想碰撞前后可能的“不变量”。P2课文，描述思路两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是不变量？m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’？或者，各自的质量与自己的速度的二次方的乘积之和是不变量？m1v12+m2v2=m1v1’2+m2v2’2？也许，两个物体的速度与自己质量的比值之和在碰撞前后保持不变？？……指明了探究的方向和实验的目的22112211mvmvmvmv制定计划与设计实验：P4～P5参考案例：给学生一定的设计空间P3需要考虑的问题:讨论操作和数据处理中的技术性问题（2）数据采集方案：①质量的测量：天平②速度的测量（1）获得一维碰撞的方案①利用气垫导轨实现两滑块发生一维碰撞；②利用等长悬线悬挂等大小球实现两球发生一维碰撞；③利用小车在光滑桌面上碰撞另一静止小车实现一维碰撞。方案一：滑块速度的测量：txv/方案二：摆球速度的测量：ghv2方案三：小车速度的测量：txv/（3）数据处理方案：把测量的量m、v，填入表格，并进行计算(参考用的记录表格P3)设计与进行实验：教学中要针对具体实验参考案例设计实验，要求说明其实验原理、实验条件、主要测量的物理量、重要的实验步骤、数据记录、数据处理。教学中要针对具体实验参考案例合理安排，参考过程如下：（1）用天平测相关质量（2）安装实验装置（3）使物体发生碰撞（4）测量和读出相关物理量，按数据采集方案中速度的测量内容，计算有关速度，并填入表格。（5）进行数据处理，通过分析比较，找出碰撞中的不变量（6）整理实验器材。有限的几次简单的测量是得不出普适性的物理规律的。只有根据实验结果推导出的许许多多新结论都与事实一致时，它才能成为一条定律。尽管如此，本节实验还是很有意义的，它让学生体验了探究自然规律的过程。（在此体现了科学方法的教育。）实验结论：在实验误差允许的范围内，碰撞系统的mv是不变的。P6第1题，重现探究的过程：1．光滑桌面上有两1、2两个小球。1球的质量为0.3kg，以速度8m/s跟质量0.1kg的静止的2球发生碰撞，碰撞后2球的速度变为9m/s，1球的速度变为5m/s，方向与原来相同。根据这些实验数据，晓明对这次碰撞的规律做了如下几项猜想。（1）碰撞后2球获得了速度，是否是1球把速度传递给了2球？经计算，2球增加的速度是9m/s，1球减小的速度是3m/s，因此，这种猜想不成立。（2）碰撞后2球获得了动能，是否是1球把动能传递给了2球？经计算，2球增加的动能是4.05J，1球减小的动能是5.85J，这种猜想也不成立。（3）请你根据以上实验数据猜想：有一个什么物理量，在这次碰撞中2球所增加的这个量与1球所减小的这个量相等？请计算表明。（1）本节实验在本章第一节进行，以体现探究式学习的宗旨；（2）教材P4～P5参考案例：给学生一定的设计空间，教学中可重点介绍一个，条件不具备的学校，可以考虑改用平抛器。（3）本节教学重视科学探究的过程，体会科学探究的七要素。下面提供一个参考案例实验装置如图16—1所示。让一个质量较大的小球，从斜槽上滚下来，跟放在斜槽末端的另一质量较小的小球(半径相同)发生碰撞(正碰)。1m2m本实验设计思想巧妙之处在于用长度测量代替速度测量。教学建议第2节动量守恒定律（一）教学目标：理解动量的概念，明确动量守恒定律的内容，理解守恒条件和矢量性。理解“总动量”就是系统内各个物体动量的矢量和。引入思路：本节在前面科学探究的基础上提出了动量的概念和动量守恒定律，并从物理学史的角度来加以认识。一、动量1．动量是状态量：p=mv2．动量的矢量性：物体动量的方向与物体的瞬时速度方向相同3．动量具有相对性：一般情况下是相对于地面的。4．动量的变化量△p：△p=V2-V1,△p是矢量，运算时遵循平行四边形定则。一维情况，规定正方向。5．动量与动能的关系：E=p/2m，动量与动能的区别是动量是矢量，动能是标量。（可通过例题体会）2例题1的功能：建立矢量运算的概念，强化矢量运算的方法。二、系统1．系统：存在相互作用的几个物体所组成的整体称为系统，系统可按解决问题的需要灵活选取。2．内力：系统内各个物体间相互用力称为内力。3．外力：系统外其他物体作用在系统内任何一个物体上的力称为外力。内力和外力的区分依赖于系统的选取，只有在确定了系统后，才能确定内力和外力。三、动量守恒定律1．动量守恒定律的条件：(1)系统不受外力或所受外力之矢量和为零。(2)系统受外力，合外力也不为零，但合外力远小于物体间相互作用的内力，合外力可以忽略不计．(3)系统所受的合外力不为零，但在某一个方向上所受的合外力为零，或在某一方向上外力比内力小得多，则系统只在该方向上动量守恒。后两种情况严格说只是动量近似守恒，但却是最常见的情况。注意：（1）应用时需注意区分内力和外力。（2）区分“外力的矢量和”：把作用在系统上的所有外力平移到某点后算出的矢量和。“合外力”：作用在某个物体(质点)上的外力的矢量和。（3）明确“不变量”绝不是“守恒量”。确切理解“守恒量”是学习物理的关键。例题2教学（1）明确系统、内力和外力，判断是否满足守恒条件。（2）明确研究过程，分析碰撞过程的初末状态。画出初末态的情景图（3）分析初、末状态的总动量，最后列方程。（4）解题过程的表述力求清楚、规范。可以引导学生从例题总结出解决这类问题的分析思路，以便学生更好地掌握和运用动量守恒定律分析和解决问题。动量守恒定律解题的一般步骤：(1)明确题意，明确研究对象；(2)受力分析，判断是否守恒；(3)确定动量守恒系统的作用前总动量和作用后总动量；(4)选定正方向根据动量守恒定律列出方程；(5)解方程，得出结论。例题教学中要让学生明确：①应用动量守恒定律分析问题时研究的对象不是一个物体，而是相互作用的两个或多个物体组成的物体系。应用时注意选系统。②动量守恒定律的表达式实际上是一个矢量式。处理一维问题时，注意规定正方向。③动量守恒定律指的是系统任一瞬时的动量矢量和恒定。④应用动量守恒定律时，各物体的速度必须是相对同一惯性系的速度。一般以地球为参考系。第3节动量守恒定律（二）教学目标：理解动量守恒定律与牛顿运动定律的关系，理解动量守恒定律的适用范围引入思路：以一维情况下两个相互作用的小球为例，根据牛顿第二定律和第三定律，推导出具体的动量守恒定律的表达式，并由此给出动量守恒定律的一般表述和几种表达形式。这样的处理，使学生对动量守恒定律的理解更深刻。在推导动量守恒定律时要注意情景的设置，明确条件。一、动量守恒定律与牛顿运动定律的关系1．由牛顿第二、第三定律导出动量守恒定律明确牛顿定律只在惯性参考系中成立，所以动量守恒定律也只在惯性系中成立，而且系统中各物体的动量必须相对同一惯性系来计算。2．动量守恒定律是实验定律，它的结论完全由实验决定。明确虽然定律可由牛顿第二、第三定律导出，但它比牛顿定律更普遍，在相对论和微观粒子范畴仍然适用(动量守恒定律并不依赖牛顿定律)。动量守恒定律是物理学中的一条十分普遍的基本规律。二、动量守恒定律适用范围：目前为止的物理学研究的一切领域，即不仅适用于宏观、低速领域，而且适用于微观、高速领域．例题教学给出了爆炸问题系统外力不为零的处理方法三、关于爆炸问题1．爆炸问题的特点最简单的爆炸问题是质量为m的物体，炸裂成两块，这样我们就可以认为未炸裂前是由质量为m和(m-m1)的两块组成．爆炸过程时间短，爆炸力很大，炸裂的两块间的内力远大于它们所受的重力，所以可认为爆炸前后系统的动量守恒．2．爆炸过程初状态是指炸弹将要爆炸前瞬间的状态，末状态是指爆炸力刚停止作用时的状态，只要抓住过程的初末状态，即可根据动量守恒定律列式求解。例题还可以变化为：已知爆炸后与初速度的方向一致的那块弹片(质量为m-m1)的速度，求另一块弹片(质量为m1)的速度。将会在结论的讨论中发现m1速度有三种可能性：其方向仍然向前、为零或反方向。还可以用矢量图来反应这一情况。这类问题很典型。人从运动着的滑板车向前跳出，就属于这类问题。v1v2v2v例题教学：进一步加深了对动量守恒定律的守恒条件和矢量性的理解。在分析例题时，（一）要明确题目中的、、均是指的速度矢量，包含大小和方向；（二）要明确内力远远大于外力时，动量守恒定律依然成立；（三）要明确教材上列出的动量守恒的方程是矢量方程，最后选择正方向讨论方向。“思考与讨论”中提出的问题，重在加深理解动量的改变量是末动量与初动量的矢量之差，也是矢量。虽然教学中不要求做这种计算，但是思考一下这个问题，会帮助学生加深对动量的矢量性的认识。本节小结：明确牛顿运动定律和动量守恒定律不是等价的，动量守恒定律是一个独立的实验定律，它适用于目前为止物理学研究