01人教版高中物理選修必修課《1.3動量守恒定律》研討課教學視頻（2023年高中物理“雙新”實施示范課）
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主題：01人民教育出版社高中物理選修必修課《1.3動量守恒定律》研討會教學視頻（2023級高中物理“雙新”實施示范課）
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版本：
主題：高中物理教學視頻
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標簽： 動量守恒定律
專題：2023年河南省普通高中【物理】“雙新”實施示范校新教學研討會專題
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主題：
01人教版高中物理選修必修課《1.3動量守恒定律》研討課教學視頻（2023年高中物理“雙新”實施示范課）
演講者 1
今天我們要做互相推的實驗。這里有兩雙新的溜冰鞋，哪兩位同學想試試呢？張曦，岳嬌，你們兩個。我們先來量一下兩位同學的質量。男生的質量是78公斤。女生的質量是50公斤。兩雙溜冰鞋的質量是3公斤，所以男生加上溜冰鞋的質量大約是女生加上溜冰鞋質量的1.5倍。大家看這里。老師已經事先在走廊上用紅色膠帶標出了兩位同學的初始位置，還用綠色膠帶做了一些等距的標記。等我稍后喊“開始”的時候，女生用力往前推，男生推開之后，前面的兩組同學負責觀察并記錄男生運動了多少個區間。后面的兩組同學負責觀察并記錄女生運動了多少個區間。現在，兩位同學請各就各位，準備好了嗎？ 好的，很好，開始，停止。
演講者 1
好的。男生移動了多少個區間？4，大概是4個區間。女生移動了多少個區間？大概是6，大概是6個區間。好的，感謝大家的參與，請大家換鞋回到座位。也就是說女生的位移比男生的大，也就是說女生推開之后得到的速度更大。為什么質量大的男生在向前運動的時候得到的速度更小，而質量小的女生在向后運動的時候得到的速度更大呢？這里面蘊含著什么樣的物理原理呢？我們今天這節課就來一探究竟吧。在本章的第一節中，我們研究了運動中的小車與鏡面小車相撞后又一起運動的過程，并得出碰撞前后兩物體的動量之和相等。那么這個結論是不是一個普遍的規律呢？是否也適用于其他的碰撞現象呢？為此，我們還需要進行更多的探索。接下來，請大家利用桌面提供的實驗設備，自主確定實驗探索方案，進行實驗探索。 稍后我們會分成小組展示和交流我們的探索過程和探索結論，請從下面開始。
演講者 1
我有個問題，就是剪切項目完成后，兩輛跑車的重量方向是哪個。你記數據的時候，我們可以表達這個，我們可以規定有兩組方向作為負方向，我可以把這個方向用符號來表達。反之，你做完了嗎？我隨機拍了兩個同學的實驗數據，現在上傳到電腦里。
演講者 1
好的，這是其中一個同學的實驗數據，好的，請講一下你們組的研究過程和結論，我是王晨。
演講者 2
為了操作方便，我們讓一個運動的滑塊與一個精密滑塊發生碰撞，通過光閘傳感器和電腦軟件測量碰撞前后的總量，這是我們的數據技術感，可以看出碰撞前的總動量為0.0483，碰撞后可能的動量為0.0486，所以德州時間封鎖結論，碰撞前后總量保持不變。
演講者 1
好的，他解釋的很詳細。這應該是你的一組數據。你一共測了多少組數據？
演講者 2
5組，我覺得它們不一樣，謝謝。
演講者 1
其他小組還有什么不同意見或補充嗎？
演講者 3
嗯，我們課題組做的實驗思路和他們大致一樣，但是不同的是，我們計算了碰撞前后動量差的百分比，我們的計算結果大概是 3% 左右。所以我們得出的結論是，在碰撞前后，行走是到第五邊。
演講者 1
看來他補充的挺好的，一般來說，考慮到誤差的影響，只要碰撞前后總動量相差在5%以內，就可以判斷前后動量相等。好的，還有一位同學，我們看一下，這個應該是姚春法組的人，來，你給大家介紹一下。
演講者 4
我們課題組的設計是，用橡皮筋把兩輛車固定住，讓它們靜止在直線導軌上，然后剪斷橡皮筋，讓車彈開，然后測量它們的總動量，看是否為零。那么這就是我們的實驗數據。我們發現碰撞后總動量的數量級是10的負3次方，但考慮到實驗誤差，我們課題組認為可以讀出一個結論，即前后總量不變。
演講者 1
OK，請大家入座，其他小組有不同意見或者需要補充的嗎？ 上面兩個實驗，碰撞的情況不同，但是實驗結論是一樣的。 至此，我們可以比較確信，在碰撞前后兩個時刻，兩個物體的總動量應該相等。 當然，隨著我們在這門課上學習的越來越深入，我們會對這個問題有更深的理解。 我們知道，碰撞其實應該是一個相互作用的過程。 那么在這個過程的任意時刻，兩個物體的總重量是否等于它們在碰撞前的總重量呢？ 為此，我們需要研究碰撞的具體過程，并找到一種方法來測量物體在碰撞過程中每個時刻的動量值。 下面是兩個小車，中間用彈力繩連接在一起。 車廂放在氣墊導軌上，將彈力繩拉長到合適的距離后，靜止時松開。 兩輛小車相向而行，我們可以用這個較長的運動過程來模擬碰撞的短暫效果，解決了碰撞過程通常很短暫，難以捕捉和測量的問題。為了控制兩輛小車的同時釋放，我們還在導軌的兩端安裝了兩個電磁鐵，并用我們設計的電路實現電磁鐵的同時通電和斷電。接下來我們可以用視頻跟蹤軟件來處理數據。它可以通過分析我們手機錄制的小車運動視頻，計算出小車在??運動每個時刻的動量值，并自動繪制出小車運動的動量-時間圖。下面我們就現場來做這個實驗吧。
演講者 1
我們點擊開始錄音。
演講者 1
好的，同時放開車子。關閉視頻。我們將視頻上傳到電腦。
演講者 1
接下來我們要對現場的實驗數據進行處理，路線已經上傳到這個軟件中，在這個軟件中我們提前把兩輛車的質量輸入到系統中，接下來我們首先選取需要研究的視頻片段。
演講者 1
首先我們追蹤汽車a的動量值。
演講者 1
接下來我們需要在跟蹤汽車a的同時跟蹤汽車b的動量值。
演講者 1
好的，經過一番處理，我們得到了兩輛車在運動過程中的動量之間的圖像。現在請您仔細觀察兩幅圖像之間的位置關系以及是否有錢被扔出。
演講者 5
兩幅圖像關于水平軸對稱。
演講者 1
OK，我們再深入思考一下，兩幅圖對稱意味著什么？應該意味著整個碰撞過程中，兩輛車的總動量在任意時刻都為0。OK，為了更精準的判斷車子的動量鎖定，我們還可以把動量值粘貼到Excel表格中，用公式快速求和。
演講者 1
好的，我們再看表格中的最后一列，它代表了碰撞過程中各個時刻兩車的動量鎖定，我們發現它的數量級是10的-3次方，接近于0。考慮到誤差的影響，我們可以確定，碰撞過程中各個時刻兩車的動量總和為零，等于釋放前兩個小時的總功率。借助這個先進的軟件，我們又有了新的發現，我們發現，對于碰撞現象，不僅碰撞后兩個物體的總動量等于碰撞前，而且在碰撞過程中的每個時刻，兩個物體的總重量也等于碰撞前，也就是說，在這次碰撞的作用過程中，物體的總動量保持不變。我們可以說，碰撞過程中，總功率是守恒的。
演講者 1
剛才我們通過運動的汽車與靜止的汽車相撞的實驗，得出了動量守恒的結論。如果一個運動的物體與另一個運動的物體相撞，結論還會一樣嗎？我們將這個場景抽象成下面的物理模型，我們一起來看一看。
演講者 1
光滑的水平桌面上有兩個小球，質量分別為M1和M2，速度分別為V1和V2。第一個球和第二個球相撞，在碰撞兩個小時后，它們的速度分別為V1和V2。為了方便后續的研究，我們需要引入幾個概念。我們知道碰撞過程中存在相互作用，所以我們把幾個相互作用的物體組成的整體稱為一個系統。系統中物體之間的相互作用力叫做系統的內部力，比如這里的FF就是系統的內部力。系統外部的其他物體對系統施加的力叫做系統的外部力，這里的重力、支撐力都是系統的外部力。那么，基于這樣的情況，請利用上節課我們學過的動壓定理，試著推導出碰撞前后系統總量的定量關系，請在我們的課堂探索記錄表上完成。好的開始。
演講者 1
好的，我們來看看其中一個同學的推導過程。
演講者 1
這是哪位同學的推導過程？請站起來回答。 好，那么你寫的第一個表達式的研究過程和含義是什么？ 我寫的第一個表達式的研究過程是兩個小球碰撞的過程，等號左邊是小球M1受到原子核外力的沖量，等號右邊是小球M1動量的變化。 好，那么我提一個問題，在碰撞過程中，兩個物體之間的相互作用力，FF是原子核外力的沖量，能不能用f輻照器來表示？ 我們知道碰撞過程中兩個物體之間的相互作用力，其實應該比較方便，遇到這種情況我們應該怎么處理呢？ 我們來思考一下，有沒有同學對這個問題有想法。
演講者 6
在扎西醫學中，我認為可以用胃遠法治療。
演講者 1
用微花園的思路就可以來處理，那么具體應該怎么處理呢？
演講者 6
我認為我們可以把長作用時間分成很多段，很短的時間 Delta t。然后我們可以假設在很短的時間間隔內，熱空氣中兩個物體之間的力是恒定的。然后我們可以寫出 M1 的動量定理方程，得到 f 乘以 Delta t 等于 M1V1 減去 M1V1。然后我們可以寫出 M2 的動量定理方程，得到 f 乘以 Delta t 等于 M2V2 減去 M2V2。然后把很多段很短的時間段的動量定理方程相加，就可以得到上面的方程。
演講者 1
他說的很好，你聽懂了嗎？好，好，請坐。也就是說，我們可以從整個相互作用過程中截取一個很短的時間間隔。由于時間很短，所以兩個物體之間的力FF可以看作是一個恒定的力，所以我們可以直接分別列出M1和M2的動態。根據定語方程，對于M1，f d t應該等于M1V，1減去f的大小，t等于M2V，2減去M2L。我們知道ff應該是碰撞中的力和定律。根據牛頓第三定律，f和f應該永遠是。他們的合沖量應該為0，所以動量變化的總和也是0，我們可以把它看作整個相互作用過程中許多個這樣的短過程的疊加。由于每個短過程中動量變化的總和都是0，所以整個相互作用過程中系統的動量變化也為0。 所以經過一些處理，我們可以得到以下模式：M1V1 加 M2V2 等于 M1V1 加 M2。
演講者 1
我們來看看這個感受，這個表達式告訴我們碰撞之后系統的總動量應該等于碰撞之前系統的總動量，并且這個表達式對于碰撞過程的任意時刻都是成立的。所以我們通過理論推導得出了動量守恒的結論。然后我們通過實驗探索和理論推導得出了碰撞中動量守恒的結論。那么在任何相互作用過程中，兩個物體的總動量是否都是守恒的呢？有的人點頭，有的人搖頭，那我們來做個小實驗，還是剛才的橡皮筋小車實驗，這次我們在剪橡皮筋的時候用手去擋住其中一輛車，然后觀察實驗現象。好，我們接下來就來做這個實驗。
演講者 1
好，請大家仔細觀看。在這個過程中，系統的動量是守恒的。因為前兩輛車的總重量被切斷，切斷后一輛車靜止不動，另一輛車移動。系統的總動量不為0，動量顯然沒有恢復或釋放。這是為什么呢？系統動量是否守恒可能與哪些因素有關？這個問題不太好回答。那我們來采訪一下剛剛抱車的同學，看看能不能得到一些線索。
演講者 1
舉手，你剛才參加了實驗，你覺得導致系統動量不在手上的原因可能是什么呢？嗯，我覺得可能和力有關。嗯，因為剛才在減相的過程中，我感覺到車子對我的手有很強的作用，所以我猜應該和有關。好，請坐。是不是像他說的，系統動量不在手上，是因為手對車子有作用力？我們怎么測試他的猜想是否正確？我們知道理論研究和實驗探索都是物理中解決問題的常用手段，或許我們也可以從這兩個角度去思考，看看會不會有些收獲。現在請大家分組討論，盡量給出自己的測試方案，只要有意義就行。好，現在請大家開始。
演講者 6
我們能運用理論嗎？
演講者 6
應該還有另一個例子。嗯，下面可能沒有。
演講者 1
你們討論完了嗎？
演講者 1
好的，有沒有哪個群對這個問題有自己的想法愿意跟大家分享交流的？
演講者 5
我們小組經過討論，認為可以從效益分析的角度來解決這個問題，如果學生的手對小車施加了一個力，那么當我們用倍量定理來表達這個方程的時候，黑板上等式左邊就會多出一個力荷。
演講者 1
好的，讓我打斷一下并在黑板上剪下一個公式。
演講者 5
當M1列出時，這是對的嗎？對。好的，你繼續，黑板上的獅子左邊有一個學生多出來的手。有一個額外的力的沖量。
演講者 1
還有什么額外的力沖量？
演講者 5
嗯，同學的手對車子用力了。
演講者 1
沖量，他很清楚自己這一手所施力的沖量。
演講者 5
是的，所以我們處理完之后，不能用10+20來得到最終的動量守恒表達式，所以應該是和力有關。好的。
演講者 1
求問，他說的有道理嗎？沒有，也就是說在這個過程中，FF是系統內部的力，內部的力導致相互作用的兩個物體的動量發生變化。圖中牽手的總重力就是系統受到外力的作用，導致系統動量發生變化。所以說系統動量是不能說的。有道理嗎？其他組有不同意見或者需要補充什么嗎？
演講者 7
我們課題組的想法是，做一些對比實驗，系統中物體受益的實驗和系統中物體不受益的實驗，通過對實驗現象和實驗數據的分析，來驗證運動守恒定律是否與實際施加在物體上的力有關。
演講者 1
OK，大家坐下。他說我們可以做一些對比實驗，分析實驗現象，分析實驗條件的差異，然后得出實驗結論。他說的很有道理，剛才他提到了無力的問題，你們想過無力的存在嗎？哈哈哈，自然界應該很難找到吧？那我們能不能換個說法？能不能考慮物體的核外利益，或者說系統的核外利益更合適？其實很多理論和事實都表明，如果一個系統沒有受到外力的作用或者外力的矢量和為零，那么系統的總動量是不變的。這就是我們今天要學的動量守恒定律。
演講者 1
動量守恒定律給了我們一個明確的依據來判斷系統的動量是否守恒，也就是說，如果作用在系統上的外力的矢量和不為負值，那么系統的總動量應該是負守恒的高中物理動量實驗視頻，是這樣嗎？我們來做個定量的測試，我們再做一次橡皮筋小車實驗，這次我們將導軌的一端抬起來，讓系統外力不為負值，我們再試著測量一下碰撞過程中某一時刻兩輛車的動量，看看是否還為負值，接下來我們開始實驗，我們再把這個調一下，可以了嗎，我們打開旗艦版，編輯，開始錄制。
演講者 1
好的。我們把車廂同時放開。得到一組數據，我們再重復測量。同時放開。好的，我們停止記錄。好的，我們看表格中最后一列，它代表兩輛車在碰撞過程中某一時刻的動量，我們發現它的數量級是10比-1，對吧？剛才水平軌道系統外力為0時，兩輛車在碰撞過程中的總動量是10比3，所以我們發現，當傾斜軌道系統外力不為0時，總動量很大，總動量的數量級擴大了100倍。也就是說，當傾斜軌道系統外力不為0時，系統的總動量確實是不守恒的，這充分證明了動量守恒定律的正確性，守恒條件的合理性。
演講者 1
至此，我們可以肯定，只要碰撞時系統所表現出的核外力質量之和為零，系統的總動量就應該是守恒的，這應該是一條普遍規律。在這節課中，我們通過實驗探索和理論推導，成功地推導出了動量守恒定律。但我想告訴大家的是，歷史上任何偉大定律的推導，都不是突然靈光一現的結果，而是一代又一代物理學家鍥而不舍、不斷努力、不斷嘗試的必然結果。這條時間軸向我們展示了動量及其守恒定律建立的歷史過程。
演講者 1
從伽勒尼烏斯最初提出動量，到笛卡爾提出動量守恒定律，到貴司正確指出動量的矢量性質，再到拉姆尼克斯最初提出動能的概念。自學者和笛卡爾學派爭論了半個多世紀，動能和動量哪個才是描述物體運動狀態的物理量，直到1747年，物理學家達朗貝爾才正確區分了動量和動能的物理意義。從中我們可以看出，物理概念和定律的建立過程是充滿曲折和艱辛的。但是，物理概念和定律一旦建立起來，將極大地促進科學的發展，當然也能解釋生活中的現象。現在，請大家利用今天所學的知識，嘗試從動力鏈的角度來解釋互推實驗的實驗現象，有同學可以試一試嗎？
演講者 1
這個流程。
演講者 8
度規守恒，就是在推之前，它們的總動量是0，那么在推的那一刻，它們的動量應該是大小相等，方向相反，那么你說的量就小了，所以他說的速度就大了。男人上大學的時候得卵子的年齡。
演講者 1
比較小，好的，請坐。他基本上把原因說清楚了。要注意的是，女孩推男孩的時候，推力是遠遠大于地面摩擦力的，所以系統的動量可以用邵黃來近似。這也體現了我們學科思維中把握主要矛盾，忽略次要矛盾的思維方式。我們學習物理的時候，要逐漸養成這種科學嚴謹的思維習慣。其實動量的應用遠不止這些，接下來我們跟著一段短片來了解一下。
演講者 1
通過短片，我們發現天體的碰撞、身邊物體的碰撞、微觀離子的碰撞都和動量守恒有著密切的關系，這些形形色色的碰撞都可以用動量和動量守恒的語言來描述。這也充分體現了物質世界的多樣性和統一性高中物理動量實驗視頻，而我們的物理規律則展現了它的簡單性和普遍性。在這節課中，我們通過實驗探索和理論推導，得到了隱藏在復雜碰撞現象背后的簡單物理規律，也就是動量守恒定律，這為我們研究物體間的相互作用，開辟了一條新的道路。在接下來的幾節課中，我們將繼續研究與動量守恒相關的現象和模型，并嘗試用動量守恒這種新的語言來描述其背后的規律。在剛才的短片中，大家一定注意到了這樣一個現象，每次舉起一定數量的球去撞擊剩下的球時，總是會提到相同數量的球。這是為什么呢？ 下一節課，我們將繼續探討今天的書面作業，預習碰撞，嘗試理解碰撞中的速度交換問題，練習作業，收集資料，并獨立制作水火箭。下次，我們將討論并展示你的作業成果。今天就到這里。
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