01人教版高中物理选修必修课《1.3动量守恒定律》研讨课教学视频（2023年高中物理“双新”实施示范课）
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主题：01人民教育出版社高中物理选修必修课《1.3动量守恒定律》研讨会教学视频（2023级高中物理“双新”实施示范课）
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主题：高中物理教学视频
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标签： 动量守恒定律
专题：2023年河南省普通高中【物理】“双新”实施示范校新教学研讨会专题
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01人教版高中物理选修必修课《1.3动量守恒定律》研讨课教学视频（2023年高中物理“双新”实施示范课）
演讲者 1
今天我们要做互相推的实验。这里有两双新的溜冰鞋，哪两位同学想试试呢？张曦，岳娇，你们两个。我们先来量一下两位同学的质量。男生的质量是78公斤。女生的质量是50公斤。两双溜冰鞋的质量是3公斤，所以男生加上溜冰鞋的质量大约是女生加上溜冰鞋质量的1.5倍。大家看这里。老师已经事先在走廊上用红色胶带标出了两位同学的初始位置，还用绿色胶带做了一些等距的标记。等我稍后喊“开始”的时候，女生用力往前推，男生推开之后，前面的两组同学负责观察并记录男生运动了多少个区间。后面的两组同学负责观察并记录女生运动了多少个区间。现在，两位同学请各就各位，准备好了吗？ 好的，很好，开始，停止。
演讲者 1
好的。男生移动了多少个区间？4，大概是4个区间。女生移动了多少个区间？大概是6，大概是6个区间。好的，感谢大家的参与，请大家换鞋回到座位。也就是说女生的位移比男生的大，也就是说女生推开之后得到的速度更大。为什么质量大的男生在向前运动的时候得到的速度更小，而质量小的女生在向后运动的时候得到的速度更大呢？这里面蕴含着什么样的物理原理呢？我们今天这节课就来一探究竟吧。在本章的第一节中，我们研究了运动中的小车与镜面小车相撞后又一起运动的过程，并得出碰撞前后两物体的动量之和相等。那么这个结论是不是一个普遍的规律呢？是否也适用于其他的碰撞现象呢？为此，我们还需要进行更多的探索。接下来，请大家利用桌面提供的实验设备，自主确定实验探索方案，进行实验探索。 稍后我们会分成小组展示和交流我们的探索过程和探索结论，请从下面开始。
演讲者 1
我有个问题，就是剪切项目完成后，两辆跑车的重量方向是哪个。你记数据的时候，我们可以表达这个，我们可以规定有两组方向作为负方向，我可以把这个方向用符号来表达。反之，你做完了吗？我随机拍了两个同学的实验数据，现在上传到电脑里。
演讲者 1
好的，这是其中一个同学的实验数据，好的，请讲一下你们组的研究过程和结论，我是王晨。
演讲者 2
为了操作方便，我们让一个运动的滑块与一个精密滑块发生碰撞，通过光闸传感器和电脑软件测量碰撞前后的总量，这是我们的数据技术感，可以看出碰撞前的总动量为0.0483，碰撞后可能的动量为0.0486，所以德州时间封锁结论，碰撞前后总量保持不变。
演讲者 1
好的，他解释的很详细。这应该是你的一组数据。你一共测了多少组数据？
演讲者 2
5组，我觉得它们不一样，谢谢。
演讲者 1
其他小组还有什么不同意见或补充吗？
演讲者 3
嗯，我们课题组做的实验思路和他们大致一样，但是不同的是，我们计算了碰撞前后动量差的百分比，我们的计算结果大概是 3% 左右。所以我们得出的结论是，在碰撞前后，行走是到第五边。
演讲者 1
看来他补充的挺好的，一般来说，考虑到误差的影响，只要碰撞前后总动量相差在5%以内，就可以判断前后动量相等。好的，还有一位同学，我们看一下，这个应该是姚春法组的人，来，你给大家介绍一下。
演讲者 4
我们课题组的设计是，用橡皮筋把两辆车固定住，让它们静止在直线导轨上，然后剪断橡皮筋，让车弹开，然后测量它们的总动量，看是否为零。那么这就是我们的实验数据。我们发现碰撞后总动量的数量级是10的负3次方，但考虑到实验误差，我们课题组认为可以读出一个结论，即前后总量不变。
演讲者 1
OK，请大家入座，其他小组有不同意见或者需要补充的吗？ 上面两个实验，碰撞的情况不同，但是实验结论是一样的。 至此，我们可以比较确信，在碰撞前后两个时刻，两个物体的总动量应该相等。 当然，随着我们在这门课上学习的越来越深入，我们会对这个问题有更深的理解。 我们知道，碰撞其实应该是一个相互作用的过程。 那么在这个过程的任意时刻，两个物体的总重量是否等于它们在碰撞前的总重量呢？ 为此，我们需要研究碰撞的具体过程，并找到一种方法来测量物体在碰撞过程中每个时刻的动量值。 下面是两个小车，中间用弹力绳连接在一起。 车厢放在气垫导轨上，将弹力绳拉长到合适的距离后，静止时松开。 两辆小车相向而行，我们可以用这个较长的运动过程来模拟碰撞的短暂效果，解决了碰撞过程通常很短暂，难以捕捉和测量的问题。为了控制两辆小车的同时释放，我们还在导轨的两端安装了两个电磁铁，并用我们设计的电路实现电磁铁的同时通电和断电。接下来我们可以用视频跟踪软件来处理数据。它可以通过分析我们手机录制的小车运动视频，计算出小车在运动每个时刻的动量值，并自动绘制出小车运动的动量-时间图。下面我们就现场来做这个实验吧。
演讲者 1
我们点击开始录音。
演讲者 1
好的，同时放开车子。关闭视频。我们将视频上传到电脑。
演讲者 1
接下来我们要对现场的实验数据进行处理，路线已经上传到这个软件中，在这个软件中我们提前把两辆车的质量输入到系统中，接下来我们首先选取需要研究的视频片段。
演讲者 1
首先我们追踪汽车a的动量值。
演讲者 1
接下来我们需要在跟踪汽车a的同时跟踪汽车b的动量值。
演讲者 1
好的，经过一番处理，我们得到了两辆车在运动过程中的动量之间的图像。现在请您仔细观察两幅图像之间的位置关系以及是否有钱被扔出。
演讲者 5
两幅图像关于水平轴对称。
演讲者 1
OK，我们再深入思考一下，两幅图对称意味着什么？应该意味着整个碰撞过程中，两辆车的总动量在任意时刻都为0。OK，为了更精准的判断车子的动量锁定，我们还可以把动量值粘贴到Excel表格中，用公式快速求和。
演讲者 1
好的，我们再看表格中的最后一列，它代表了碰撞过程中各个时刻两车的动量锁定，我们发现它的数量级是10的-3次方，接近于0。考虑到误差的影响，我们可以确定，碰撞过程中各个时刻两车的动量总和为零，等于释放前两个小时的总功率。借助这个先进的软件，我们又有了新的发现，我们发现，对于碰撞现象，不仅碰撞后两个物体的总动量等于碰撞前，而且在碰撞过程中的每个时刻，两个物体的总重量也等于碰撞前，也就是说，在这次碰撞的作用过程中，物体的总动量保持不变。我们可以说，碰撞过程中，总功率是守恒的。
演讲者 1
刚才我们通过运动的汽车与静止的汽车相撞的实验，得出了动量守恒的结论。如果一个运动的物体与另一个运动的物体相撞，结论还会一样吗？我们将这个场景抽象成下面的物理模型，我们一起来看一看。
演讲者 1
光滑的水平桌面上有两个小球，质量分别为M1和M2，速度分别为V1和V2。第一个球和第二个球相撞，在碰撞两个小时后，它们的速度分别为V1和V2。为了方便后续的研究，我们需要引入几个概念。我们知道碰撞过程中存在相互作用，所以我们把几个相互作用的物体组成的整体称为一个系统。系统中物体之间的相互作用力叫做系统的内部力，比如这里的FF就是系统的内部力。系统外部的其他物体对系统施加的力叫做系统的外部力，这里的重力、支撑力都是系统的外部力。那么，基于这样的情况，请利用上节课我们学过的动压定理，试着推导出碰撞前后系统总量的定量关系，请在我们的课堂探索记录表上完成。好的开始。
演讲者 1
好的，我们来看看其中一个同学的推导过程。
演讲者 1
这是哪位同学的推导过程？请站起来回答。 好，那么你写的第一个表达式的研究过程和含义是什么？ 我写的第一个表达式的研究过程是两个小球碰撞的过程，等号左边是小球M1受到原子核外力的冲量，等号右边是小球M1动量的变化。 好，那么我提一个问题，在碰撞过程中，两个物体之间的相互作用力，FF是原子核外力的冲量，能不能用f辐照器来表示？ 我们知道碰撞过程中两个物体之间的相互作用力，其实应该比较方便，遇到这种情况我们应该怎么处理呢？ 我们来思考一下，有没有同学对这个问题有想法。
演讲者 6
在扎西医学中，我认为可以用胃远法治疗。
演讲者 1
用微花园的思路就可以来处理，那么具体应该怎么处理呢？
演讲者 6
我认为我们可以把长作用时间分成很多段，很短的时间 Delta t。然后我们可以假设在很短的时间间隔内，热空气中两个物体之间的力是恒定的。然后我们可以写出 M1 的动量定理方程，得到 f 乘以 Delta t 等于 M1V1 减去 M1V1。然后我们可以写出 M2 的动量定理方程，得到 f 乘以 Delta t 等于 M2V2 减去 M2V2。然后把很多段很短的时间段的动量定理方程相加，就可以得到上面的方程。
演讲者 1
他说的很好，你听懂了吗？好，好，请坐。也就是说，我们可以从整个相互作用过程中截取一个很短的时间间隔。由于时间很短，所以两个物体之间的力FF可以看作是一个恒定的力，所以我们可以直接分别列出M1和M2的动态。根据定语方程，对于M1，f d t应该等于M1V，1减去f的大小，t等于M2V，2减去M2L。我们知道ff应该是碰撞中的力和定律。根据牛顿第三定律，f和f应该永远是。他们的合冲量应该为0，所以动量变化的总和也是0，我们可以把它看作整个相互作用过程中许多个这样的短过程的叠加。由于每个短过程中动量变化的总和都是0，所以整个相互作用过程中系统的动量变化也为0。 所以经过一些处理，我们可以得到以下模式：M1V1 加 M2V2 等于 M1V1 加 M2。
演讲者 1
我们来看看这个感受，这个表达式告诉我们碰撞之后系统的总动量应该等于碰撞之前系统的总动量，并且这个表达式对于碰撞过程的任意时刻都是成立的。所以我们通过理论推导得出了动量守恒的结论。然后我们通过实验探索和理论推导得出了碰撞中动量守恒的结论。那么在任何相互作用过程中，两个物体的总动量是否都是守恒的呢？有的人点头，有的人摇头，那我们来做个小实验，还是刚才的橡皮筋小车实验，这次我们在剪橡皮筋的时候用手去挡住其中一辆车，然后观察实验现象。好，我们接下来就来做这个实验。
演讲者 1
好，请大家仔细观看。在这个过程中，系统的动量是守恒的。因为前两辆车的总重量被切断，切断后一辆车静止不动，另一辆车移动。系统的总动量不为0，动量显然没有恢复或释放。这是为什么呢？系统动量是否守恒可能与哪些因素有关？这个问题不太好回答。那我们来采访一下刚刚抱车的同学，看看能不能得到一些线索。
演讲者 1
举手，你刚才参加了实验，你觉得导致系统动量不在手上的原因可能是什么呢？嗯，我觉得可能和力有关。嗯，因为刚才在减相的过程中，我感觉到车子对我的手有很强的作用，所以我猜应该和有关。好，请坐。是不是像他说的，系统动量不在手上，是因为手对车子有作用力？我们怎么测试他的猜想是否正确？我们知道理论研究和实验探索都是物理中解决问题的常用手段，或许我们也可以从这两个角度去思考，看看会不会有些收获。现在请大家分组讨论，尽量给出自己的测试方案，只要有意义就行。好，现在请大家开始。
演讲者 6
我们能运用理论吗？
演讲者 6
应该还有另一个例子。嗯，下面可能没有。
演讲者 1
你们讨论完了吗？
演讲者 1
好的，有没有哪个群对这个问题有自己的想法愿意跟大家分享交流的？
演讲者 5
我们小组经过讨论，认为可以从效益分析的角度来解决这个问题，如果学生的手对小车施加了一个力，那么当我们用倍量定理来表达这个方程的时候，黑板上等式左边就会多出一个力荷。
演讲者 1
好的，让我打断一下并在黑板上剪下一个公式。
演讲者 5
当M1列出时，这是对的吗？对。好的，你继续，黑板上的狮子左边有一个学生多出来的手。有一个额外的力的冲量。
演讲者 1
还有什么额外的力冲量？
演讲者 5
嗯，同学的手对车子用力了。
演讲者 1
冲量，他很清楚自己这一手所施力的冲量。
演讲者 5
是的，所以我们处理完之后，不能用10+20来得到最终的动量守恒表达式，所以应该是和力有关。好的。
演讲者 1
求问，他说的有道理吗？没有，也就是说在这个过程中，FF是系统内部的力，内部的力导致相互作用的两个物体的动量发生变化。图中牵手的总重力就是系统受到外力的作用，导致系统动量发生变化。所以说系统动量是不能说的。有道理吗？其他组有不同意见或者需要补充什么吗？
演讲者 7
我们课题组的想法是，做一些对比实验，系统中物体受益的实验和系统中物体不受益的实验，通过对实验现象和实验数据的分析，来验证运动守恒定律是否与实际施加在物体上的力有关。
演讲者 1
OK，大家坐下。他说我们可以做一些对比实验，分析实验现象，分析实验条件的差异，然后得出实验结论。他说的很有道理，刚才他提到了无力的问题，你们想过无力的存在吗？哈哈哈，自然界应该很难找到吧？那我们能不能换个说法？能不能考虑物体的核外利益，或者说系统的核外利益更合适？其实很多理论和事实都表明，如果一个系统没有受到外力的作用或者外力的矢量和为零，那么系统的总动量是不变的。这就是我们今天要学的动量守恒定律。
演讲者 1
动量守恒定律给了我们一个明确的依据来判断系统的动量是否守恒，也就是说，如果作用在系统上的外力的矢量和不为负值，那么系统的总动量应该是负守恒的高中物理动量实验视频，是这样吗？我们来做个定量的测试，我们再做一次橡皮筋小车实验，这次我们将导轨的一端抬起来，让系统外力不为负值，我们再试着测量一下碰撞过程中某一时刻两辆车的动量，看看是否还为负值，接下来我们开始实验，我们再把这个调一下，可以了吗，我们打开旗舰版，编辑，开始录制。
演讲者 1
好的。我们把车厢同时放开。得到一组数据，我们再重复测量。同时放开。好的，我们停止记录。好的，我们看表格中最后一列，它代表两辆车在碰撞过程中某一时刻的动量，我们发现它的数量级是10比-1，对吧？刚才水平轨道系统外力为0时，两辆车在碰撞过程中的总动量是10比3，所以我们发现，当倾斜轨道系统外力不为0时，总动量很大，总动量的数量级扩大了100倍。也就是说，当倾斜轨道系统外力不为0时，系统的总动量确实是不守恒的，这充分证明了动量守恒定律的正确性，守恒条件的合理性。
演讲者 1
至此，我们可以肯定，只要碰撞时系统所表现出的核外力质量之和为零，系统的总动量就应该是守恒的，这应该是一条普遍规律。在这节课中，我们通过实验探索和理论推导，成功地推导出了动量守恒定律。但我想告诉大家的是，历史上任何伟大定律的推导，都不是突然灵光一现的结果，而是一代又一代物理学家锲而不舍、不断努力、不断尝试的必然结果。这条时间轴向我们展示了动量及其守恒定律建立的历史过程。
演讲者 1
从伽勒尼乌斯最初提出动量，到笛卡尔提出动量守恒定律，到贵司正确指出动量的矢量性质，再到拉姆尼克斯最初提出动能的概念。自学者和笛卡尔学派争论了半个多世纪，动能和动量哪个才是描述物体运动状态的物理量，直到1747年，物理学家达朗贝尔才正确区分了动量和动能的物理意义。从中我们可以看出，物理概念和定律的建立过程是充满曲折和艰辛的。但是，物理概念和定律一旦建立起来，将极大地促进科学的发展，当然也能解释生活中的现象。现在，请大家利用今天所学的知识，尝试从动力链的角度来解释互推实验的实验现象，有同学可以试一试吗？
演讲者 1
这个流程。
演讲者 8
度规守恒，就是在推之前，它们的总动量是0，那么在推的那一刻，它们的动量应该是大小相等，方向相反，那么你说的量就小了，所以他说的速度就大了。男人上大学的时候得卵子的年龄。
演讲者 1
比较小，好的，请坐。他基本上把原因说清楚了。要注意的是，女孩推男孩的时候，推力是远远大于地面摩擦力的，所以系统的动量可以用邵黄来近似。这也体现了我们学科思维中把握主要矛盾，忽略次要矛盾的思维方式。我们学习物理的时候，要逐渐养成这种科学严谨的思维习惯。其实动量的应用远不止这些，接下来我们跟着一段短片来了解一下。
演讲者 1
通过短片，我们发现天体的碰撞、身边物体的碰撞、微观离子的碰撞都和动量守恒有着密切的关系，这些形形色色的碰撞都可以用动量和动量守恒的语言来描述。这也充分体现了物质世界的多样性和统一性高中物理动量实验视频，而我们的物理规律则展现了它的简单性和普遍性。在这节课中，我们通过实验探索和理论推导，得到了隐藏在复杂碰撞现象背后的简单物理规律，也就是动量守恒定律，这为我们研究物体间的相互作用，开辟了一条新的道路。在接下来的几节课中，我们将继续研究与动量守恒相关的现象和模型，并尝试用动量守恒这种新的语言来描述其背后的规律。在刚才的短片中，大家一定注意到了这样一个现象，每次举起一定数量的球去撞击剩下的球时，总是会提到相同数量的球。这是为什么呢？ 下一节课，我们将继续探讨今天的书面作业，预习碰撞，尝试理解碰撞中的速度交换问题，练习作业，收集资料，并独立制作水火箭。下次，我们将讨论并展示你的作业成果。今天就到这里。
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