3、动量守恒定律的应用
教学目标
1.让学生初步掌握应用动量守恒定律分析具体问题的方法，培养学生应用物理规律解决问题的能力
2.学会一维碰撞问题的定量分析方法
3.了解中子发现的历史背景及其与动量守恒定律的关系
4.初步了解反冲现象所遵守的力学规律及火箭发射的大致情况
重点难点
重点：应用动量守恒定律解决问题的方法
难点：中子发现的定量分析
设计思想
本节内容的是动量守恒定律的应用。教材首先对两个具体的碰撞过程进行计算，既复习了碰撞的概念，又初步掌握了应用动量守恒定律分析具体问题的方法。然后通过中子的发现和反冲现象的了解，进一步拓展了学生的视野，也体现了从物理走向社会的新课程理念。
教学中对碰撞问题的分析可以适当拓展。中子发现的历史不能以定量计算作为重点，应侧让学生体会科学的魅力，从而激发学生学习的兴趣。火箭发射与反冲现象可以让学生先阅读再相互讨论，如果条件允许，教师可进行适当的实验。
教学资源 多媒体课件
教学设计
【课堂引入】
上节课我们已经得出了动量守恒定律，动量守恒的条件是什么呢？
（系统不受外力，或者所受的合外力为零。或者某方向合力为零，此方向动量就守恒。当作用时间很短，内力很大时，系统的动量也守恒）
动量守恒定律是自然界的普适定律之一，应用范围非常广泛，今天我们就来应用动量守恒定律解决实际的问题。
【课堂学习】
学习活动一：碰撞问题的定量分析
例题1：如图所示，钢球1的质量为m1=100g，钢球2的质量为m2=200g.球2原来静止，球1以速度v1=10m/s向球2运动。碰后球2的速度v2’=6m/s.水平面对球施加的阻力不计，两球可看做质点，求碰撞后球1的速度。
问题1：系统满足动量守恒的条件吗？
两球组成的系统，受到的合外力为零，系统动量守恒。
问题2：列式时如何体现动量守恒定律的矢量性。
一维碰撞问题，可用代数式代替矢量式，注意选定正方向。
问题3：能确定碰撞后球1的速度方向吗？
求出的速度为正表明速度方向与规定的正方向相同，若负，则相反。
例题2：在列车编组站里，一辆质量m1=1.8×104kg的货车在平直轨道上以v1=2m/s的速度运动，碰上一辆质量m2=2.2×104kg的静止的货车，他们碰后接合在一起继续运动，求其运动速度。
问题1：这是属于何种形式的碰撞
6
完全非弹性碰撞
问题2：有几个未知量？能列出几个方程？
一个方程（动量守恒定律），求一个未知量。
拓展：如图，光滑水平面上的A物体以速度V0去撞击静止的B物体，试分析两物体的运动过程。
师生共同分析：
（1） 弹簧的形变阶段：系统动能减小，弹性势能增大。
（2） 当两物体速度相同时，弹簧形变量最大，系统动能最小。
（3） 弹簧的形变恢复阶段，弹簧的弹性势能减小，系统的动能增大
练习：质量均为2kg的物体A、B，在B物体上固定一轻弹簧,则A以速度6m/s碰上弹簧并和速度为3m/s的B相碰,则碰撞中AB相距最近时AB的速度为多少?弹簧获得的最大弹性势能为多少？
学习活动二：中子的发现
阅读教材，并思考：
（1） 中性粒子与氢核和氮核发生的是什么性质的碰撞？碰撞满足什么关系？
（2） 如何才能确定中性粒子的质量？
发生的是弹性碰撞，系统动量守恒，机械能也守恒。联列方程可以求出中子的质量。
设中性粒子的质量为m，碰前速率为v，碰后速率v’，氢核的质量为mH，碰前速率为零，碰后速率vH，碰撞前后的动量和动能都守恒，则：
解得：
同理：对氮原子核的碰撞可解得：
由上述两式可得：
已知mN=14mH，再测得氢核和氮核的速率，利用上式可以求出中性粒子的质量m=mH，从而找到了中子。
6
学习活动三：反冲现象与火箭的发射
演示实验1：老师当众吹一个气球，然后，让气球开口向自己放手，看到气球直向学生飞去，人为制造一点“惊险气氛”，活跃课堂氛围。
演示实验2：用薄铝箔卷成一个细管，一端封闭，另一端留一个很细的口，内装由火柴头上刮下的药粉，把细管放在支架上，用火柴或其他办法给细管加热，当管内药粉点燃时，生成的燃气从细口迅速喷出，细管便向相反的方向飞去。
演示实验3：把弯管装在可以旋转的盛水容器的下部，当水从弯管流出时，容器就旋转起来。
提问：实验1、2中，气球、细管为什么会向后退呢？实验3中，细管为什么会旋转起来呢？
（1）当气体从管内喷出时，它具有动量，由动量守恒定律可知，细管会向相反方向运动。）
（2）当水从弯管的喷嘴喷出时，弯管因反冲而旋转，这是利用反冲来造福人类，象这样的情况还很多。
阅读教材，并讨论，播放课前准备的有关卫星发射、以及我国“神舟号”飞船等电视录像，使学生不仅了解航天技术的发展和宇宙航行的知识，而且要学生知道，我国的航天技术已经跨入了世界先进行列，激发学生的爱国热情。
例3：如图所示是一门旧式大炮，炮车和炮弹的质量分别是M和m，炮筒与地面的夹角为α，炮弹出口时相对于地面的速度为v0.不计炮车与地面的摩擦，求炮身向后反冲的速度v为______．
随堂训练：
1、质量为M和m0的滑块用轻弹簧连接，以恒定速度v沿光滑水平面运动，与位于正对面的质量为m的静止滑块发生碰撞，如图所示，碰撞时间极短，在此过程中，下列情况可能发生的是( )
A．M、m0、m速度均发生变化，碰后分别为v 1、 v 2、v 3，且满足(M＋m0)v＝Mv1＋mv2＋m0v3
B．m0的速度不变，M和m的速度变为v 1和v 2，且满足M v＝M v 1＋m v 2
C．m0的速度不变，M和m的速度都变为v ′，且满足M v ＝(M＋m) v ′
D．M、m0、m速度均发生变化，M和m0的速度都变为v 1，m 的速度变为v 2，且满足(M＋m0) v ＝(M＋m0) v 1＋m v 2
答案 BC
6
2、(2014·江苏卷)牛顿的《自然哲学的数学原理》中记载，A、B两个玻璃球相碰，碰撞后的分离速度和它们碰撞前的接近速度之比总是约为15∶16.分离速度是指碰撞后B对A的速度，接近速度是指碰撞前A对B的速度．若上述过程是质量为2m的玻璃球A以速度v0碰撞质量为m的静止玻璃球B，且为对心碰撞，求碰撞后A、B的速度大小
答案：17v0/48, 31v0/24
【板书设计】
第3节 动量守恒定律的应用
1、碰撞问题的定量分析
碰撞的过程分析
2、中子的发现
3、反冲现象与火箭
6
课堂反馈
1、一质量为40kg的人，以4 m/s的水平速度跳到一只停在岸边的船上，船的质量为160kg，不计水的阻力，那么船离岸而去的速度是___________m/s。
2、在水平桌面上有两辆小车，质量分别是0.5kg和0.2kg，这两辆小车分别靠在一根被压缩的弹簧的两端。当放松弹簧时，两辆小车在弹力作用下分开。如果较重的小车以0.8m/s的速度向前运动，较轻的小车的速度大小为___________m/s。
3、质量为M的原子核，当它放射出质量为m速度为v0的粒子后，剩余部分原子核获得反冲速度（以v0方向为正）为 ( )
A．－v0 B．－mv0/（M＋m） C．－mv0/ M D．－mv0/（M－m）
4、小船以速率v向东行驶，若在小船上分别以相对于地面的速率u向东向西水平抛出两个等质量的物体，则小船的速率 ( )
A．增大 B．减小 C．不变 D．由于两物体质量未知，无法确定
5、一支实验用的小火箭，所带燃烧物质的质量是50g，这些物质燃烧后所产生的气体从火箭的喷嘴喷出的速度（以地面为参考系）是600m/s，已知火箭除去燃料后的质量是1kg，求火箭燃料产生的气体喷完后的速度。
6、如图所示，小车A的质量m1=8kg，物块B质量m2=2kg，水平面光滑，B物置于小车上后静止。今有质量为10kg的子弹以速度200m/s射入B并穿过B物体，击穿时间极短，若子弹穿过B物时，B物获得速度为0.6m/s,求：
B A
（1）子弹穿过B物时的速度大小为多大？
（2）若最终B与A一起运动，其速度大小为多大？
参考答案：
1、0.8 2、2 3、B 4、C 5、30m/s 6、（1）80m/s（2）0.12m/s
6
课后测评
1、甲球与乙球相碰，甲球的速度减少5m/s，乙球的速度增加了3m/s，则甲、乙两球质量之比m甲∶m乙是 ( )
A．2∶1 B．3∶5 C．5∶3 D．1∶2
2、A、B两球在光滑水平面上相向运动，两球相碰后有一球停止运动，则下述说法中正确的是（ ）
A．若碰后，A球速度为0，则碰前A的动量一定大于B的动量
B．若碰后，A球速度为0，则碰前A的动量一定小于B的动量
C．若碰后，B球速度为0，则碰前A的动量一定大于B的动量
D．若碰后，B球速度为0，则碰前A的动量一定小于B的动量]
3、船静止在水中，若水的阻力不计，当先后以相对地面相等的速率，分别从船头与船尾水平抛出两个质量相等的物体，抛出时两物体的速度方向相反，则两物体抛出以后，船的状态是（ ）
A．仍保持静止状态 B．船向前运动
C．船向后运动 D．无法判断
4、如图所示，在光滑水平面上有一静止的小车，用线系一小球，将球拉开后放开，球放开时小车保持静止状态，当小球落下以后与固定在小车上的油泥沾在一起，则从此以后，关于小车的运动状态是（ ）
A．静止不动 B．向右运动
C．向左运动 D．无法判断
5、两个小球在光滑的水平面上做相向运动，碰撞后两球都静止，则
A．两球组成的系统动量一定守恒
B．碰撞前两球的动量相同
C．在碰撞过程中的任一时刻两球的相互作用力大小相等
D．在碰撞过程中系统的总动能一定守恒
6、如图所示，A、B两物体的质量分别为3kg与1kg，相互作用后沿同一直线运动，它们的位移-时间图像如图6所示,则A物体在相互作用前后的动量变化是______kg·m/s，B物体在相互作用前后的动量变化是______kg·m/s，相互作用前后A、B系统的总动量______。7、质量m1=10g的小球在光滑的水平桌面上以v1=30cm/s的速率向右运动，恰好遇上在同一条直线上向左运动的另一个小球．第二个小球的质量为m2=50g，速率v2=10cm/s．碰撞后，小球m2恰好停止．那么，碰撞后小球m1的速度是多大，方向如何？
8、一个质量M=1kg的鸟在空中v0=6m/s沿水平方向飞行，离地面高度h=20m，忽被一颗质量m=20g沿水平方向同向飞来的子弹击中，子弹速度v=300m/s，击中后子弹留在鸟体内，鸟立即死去，g=10m/s2．求：鸟被击中后经多少时间落地；鸟落地处离被击中处的水平距离．
参考答案
1．B 2.AD 3.A 4.A 5.AC
6、3，-3，守恒 7、20cm/s，方向向左． 8、2s 23.52m．
6
微信/支付宝扫码支付