高中物理 人教版 選修一《動量守恒定律》 第2課時

1.2《動量定理》教學(xué)設(shè)計（1課時）教學(xué)分析：《動量定理》是《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》選擇性必修1課程中“動量與動量守恒定律”主題下的內(nèi)容。課程標(biāo)準(zhǔn)要求為：理解沖量，通過理論推導(dǎo)，理解動量定理，能用其解釋生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象。關(guān)于動量定理，教材先考慮物體碰撞時受到的力為恒力的情況，將牛頓第二定律作為學(xué)生新知識的“增長點”，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)其基本表達(dá)式，再通過“微元法”將動量定理的適用范圍從恒力過渡到非恒力，最后介紹生活實例來幫助學(xué)生認(rèn)識動量定理的實際應(yīng)用。該節(jié)教材直接引入了“動量”和“沖量”的基本概念，并沒有創(chuàng)設(shè)具體的物理情境或物理模型去引發(fā)學(xué)生的思考，會使學(xué)生對于概念的理解不深刻，且不利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展；教材在推導(dǎo)出動量定理基本表達(dá)式之后缺少驗證動量定理的物理實驗，不利于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)；動量定理是解決力學(xué)問題的一個重要途徑，尤其是處理碰撞和打擊類問題。同時，動量定理與我們的生活和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系，因此學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容有著非常重要的實用價值。學(xué)情分析：學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了動量概念，會運用牛頓第二定律和運動學(xué)公式等，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了堅實的基礎(chǔ)。但學(xué)生對于動量、沖量等基本概念的理解和動量定理的應(yīng)用方面存在一定困難，例如對物體進(jìn)行受力分析時，因漏掉某個力而導(dǎo)致分析物體合外力沖量出現(xiàn)錯誤等。高二的學(xué)生已具備一定的抽象思維和邏輯思維，其思維方式逐步由形象思維向抽象思維過渡，因此在教學(xué)中需要以一些感性認(rèn)識為依托，加強直觀性和形象性，以便學(xué)生理解,因此在教學(xué)中多讓學(xué)生參與利用動量定理解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象，加強學(xué)生思維由形象到抽象的過渡。學(xué)習(xí)重點：沖量概念、動量定理的含義；動量定理表達(dá)式中矢量符號的轉(zhuǎn)換。學(xué)習(xí)難點：變力作用下的動量定理的推導(dǎo)。開放性學(xué)習(xí)環(huán)境：本節(jié)課利用小組合作式桌位排列，每組六人共計六組，教學(xué)上采用PPT課件、視頻資源、籃球、演示實驗、驗證動量定理實驗等教學(xué)資源。學(xué)習(xí)目標(biāo)：物理觀念參與從黑板擦下面抽紙條的活動，定性了解物體動量的改變與力和時間的關(guān)系；知道沖量的概念及物理意義，能求合外力的沖量；知道動量定理的表述，發(fā)展物體運動與相互作用的觀念?？茖W(xué)思維依據(jù)牛頓第二定律和加速度定義式推導(dǎo)Ft與速度變化的關(guān)系式（動量定理），構(gòu)建模型、科學(xué)推理、科學(xué)論證；利用“微元法”的思想解釋F-t圖像面積的含義，體會科學(xué)思維中的抽象方法和類比思想?？茖W(xué)探究經(jīng)歷現(xiàn)象觀察，提出問題，構(gòu)建模型，理論推導(dǎo)，實驗驗證等動量定理的研究過程，獲取證據(jù)，論證問題，發(fā)展科學(xué)探究能力?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任進(jìn)階式推到動量定理，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)精神；用動量定理去解決實際問題，理解緩沖現(xiàn)象，在實際生活中應(yīng)用緩沖來解除危機，提高安全意識與社會責(zé)任。學(xué)過程：1課時環(huán)節(jié)情景問題教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖創(chuàng)設(shè)情景，引入新課籃球的傳遞分別以等大的速度快速傳球，第一次手臂收縮回旋接球，第二次盡量保持手臂伸直接球，為什么第二次明顯感覺作用力更大？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“籃球”的傳遞體驗活動；引導(dǎo)學(xué)生舉例說一說生活中的類似的現(xiàn)象；總結(jié)緩沖的普遍性學(xué)生代表進(jìn)行籃球傳遞體驗；觀察接球過程中手臂的動作，以及說一說為什么要有回旋收縮的動作；舉例說明生活中類似的活動通過“傳球”體驗，增強課堂興趣性，同時為本節(jié)“動量定理”概念的理解埋下伏筆；通過學(xué)生舉例生活中的緩沖現(xiàn)象，讓學(xué)生意識感受到物理來源于生活。動量定理構(gòu)建模型：推導(dǎo)恒力作用下動量變化量與作用力、作用時間的關(guān)系物體的動量變化量與受到的作用力、作用時間有什么定量關(guān)系呢？在光滑水平面上，質(zhì)量為m的物體，在水平恒力F作用下，物體所受力與動量變化量的有什么關(guān)系？引導(dǎo)學(xué)生分析接球過程中籃球動量的變化以及變化的原因，指出物體動量變化與其受到的力以及作用時間密不可分；引導(dǎo)學(xué)生分析構(gòu)建的模型物體的受力、以及所做的運動；引導(dǎo)學(xué)生獨立推導(dǎo)，并展示推導(dǎo)成果。分析接球過程中籃球動量的變化以及變化的原因，感受力與運動的關(guān)系；分析恒力作用下物體的受力和運動，聯(lián)想牛頓運動與運動學(xué)公式將力與運動連接起來；獨立推導(dǎo)并展示恒力作用下物體受力與動量變化的關(guān)系。構(gòu)建簡單的恒力模型，觸發(fā)學(xué)生思考力與運動的關(guān)系，深化學(xué)生運動與相互作用觀念；獨立推導(dǎo)恒力作用下物體受力與動量變化的關(guān)系，增強學(xué)生科學(xué)探究信心，提升科學(xué)推理能力。動量定理演示實驗：黑板擦下面抽紙條理論推導(dǎo)結(jié)果：表明，力與其作用時間乘積越大，物體動量變化就越明顯，實際是這樣的嗎？分別將紙袋水平放到黑板擦的下面，第一次快速抽出，第二次緩慢沖出，引導(dǎo)學(xué)生觀察很板擦動量的變化觀察實驗，積極思考快速拉和慢速拉可能出現(xiàn)的現(xiàn)象與演示實驗是否吻合通過演示實驗，增強學(xué)生理論聯(lián)系實際的意識；培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)設(shè)實驗進(jìn)行科學(xué)論證的科學(xué)探究的意識動量定理建立沖量概念理論和實驗均表明具有重要意義，物理學(xué)生將定義為什么物理量呢？引導(dǎo)學(xué)生分析的作用效果以及表示意義，提出沖量的概念；引導(dǎo)學(xué)生研讀課本了解沖量的定理、表示、單位以及標(biāo)矢性。引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想“功”，比較沖量與其得相似性，讓學(xué)生理解沖量是一個過程量。分析的作用效果極其所表示的物理意義；研讀課本熟悉沖量的基本內(nèi)容，理解沖量的矢量性通過理論推導(dǎo)和實驗觀察，使學(xué)生意識到具有重要物理意義，理解沖量概念的必要性；研讀課本，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)意識以及提煉、歸納、總結(jié)的能力。動量定理提出動量定理有了沖量的概念，讓我們再看觀察表達(dá)式：，左邊的F指的是物體受到的什么力？進(jìn)而可以得出物體所受合外力的沖量與其動量變化有什么關(guān)系呢？引導(dǎo)學(xué)生思考：等式左邊的力F所表示的是合外力，進(jìn)而讓學(xué)生總結(jié)出動量定理的內(nèi)容分析，等式左邊表示合外力的沖量，右邊表示物體動量的變化量，進(jìn)而總結(jié)出動量定理的內(nèi)容通過引導(dǎo)學(xué)生分析思考左右兩邊所表示的含義，總結(jié)動量定理的內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生分析論證/歸納總結(jié)的能力。動量定理理論探究變力作用動量定理剛才我們得到的動量定理是物體所受恒力作用時推導(dǎo)的，當(dāng)物體受到的是變力，那么動量定理還是用嗎？回顧必修階段研究勻變速直線運動位移的時候，得出一段時間內(nèi)速度與時間軸包圍的面積就表示這段時間內(nèi)的位移，我們當(dāng)時是如何分析論證的？引導(dǎo)學(xué)生敢于對動量定理提出質(zhì)疑：即變力作用下其是否成立？引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)勻變速直線運動位移可用速度與時間軸包圍的面積表示，類比分析，促進(jìn)學(xué)生用微元法對變力作用下的動量定理進(jìn)行分析。積極回顧勻變速直線運動的一段時間內(nèi)位移可用速度與時間軸包圍的面積表示的論證方法，熟悉微元求和思想。思考與討論，嘗試著用微元求和思想分析變力作用下的動量定理類比分析，促進(jìn)學(xué)生思考變力作用下的處理方法。培養(yǎng)學(xué)生分析論證、遷移應(yīng)用的科學(xué)推理能力。動量定理實驗驗證變力作用下的動量定理采用微元法理論上論證了動量定理適用于變力，能否用實驗驗證一下呢？引導(dǎo)學(xué)生用實驗驗證理論推導(dǎo)結(jié)論；借助力的傳感器和光電門演示驗證小車碰撞力傳感器過程中動量定理仍然成立的實驗思考理論推導(dǎo)結(jié)果必須經(jīng)歷實驗的檢驗；觀察驗證變力作用下動量定理的演示實驗實驗驗證變力作用下動量定理，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究中尋求證據(jù)的意識。動量定理的應(yīng)用定性解釋請同學(xué)們嘗試著用動量定理解釋下“傳球”時為什么手臂要回旋收縮？羚羊以很大速度撞樹如果無法避免，能否設(shè)計方案保護(hù)羚羊？生活中人們常常用鐵錘釘釘子，而不用橡膠錘，這是為什么呢？生活中還有許多現(xiàn)象可以用動量定理解釋，請舉例說明引導(dǎo)學(xué)生嘗試用動量定理解釋上課開始體驗的“傳球”手臂回旋收縮的原因；引導(dǎo)學(xué)生利用動量定理原理設(shè)計緩沖裝置，做到學(xué)以致用？對比汽車的安全帶與安全氣囊的功能，使學(xué)生了解到物理規(guī)律的一致性；引導(dǎo)學(xué)生解釋用鐵錘釘釘子，而不用橡膠錘的原因，說明事物都具有兩面性；引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，聯(lián)系生活，舉例說明生活中可用動量定理解釋的常見現(xiàn)象，使物理走向社會。嘗試著用物理語言規(guī)范的解釋接球手臂回旋收縮的原因：在動量變化量相同的情況，通過延長作用時間，減小用用力；設(shè)計緩沖裝置保護(hù)羚羊撞樹安全并現(xiàn)場模擬可行性；借助動量定理解釋用鐵錘釘釘子，而不用橡膠錘的原因，在動量變化量相同的情況下，通過減小作用時間，增加作用力；思考與討論，列舉生活中可用動量定理解釋的常見現(xiàn)象，如：運動場上跳高落到彈性墊上、跳遠(yuǎn)落到沙坑里、跑步穿減震解；生活中運輸易碎物品時用泡沫等包裝、大型輪船周圍綁很多破舊輪胎......通過引導(dǎo)學(xué)生用物理語言規(guī)范地解釋生活中的緩沖現(xiàn)象，促進(jìn)學(xué)生對動量定理的理解，培養(yǎng)學(xué)生溝通、表達(dá)的能力；讓學(xué)生設(shè)計羚羊防撞裝置并現(xiàn)場借助大乳膠球模擬效果，增強課堂趣味，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的意識；類比汽車的安全氣囊，拓寬學(xué)生眼界，促使學(xué)生意識到物理來源于生活最終必定走向社會；通過分析鐵錘釘釘子，使學(xué)生意識到事物的兩面性；通過舉例生活中可用動量定理解釋的實例，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生聯(lián)系實際，感受物質(zhì)世界的多樣性、物理規(guī)律的一致性。動量定理的應(yīng)用定量計算若一個雞蛋50g,從居民樓的25層（假設(shè)層高3m）墜下，與地面的撞擊時間約2ms,g取10m/s2則該雞蛋對地面產(chǎn)生的平均沖擊力約為多大呢？（設(shè)雞蛋質(zhì)量、下落高度、撞地時間分別為m、h、?t）設(shè)置問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建模型，分析雞蛋下落的受力以及撞地過程中的受力，進(jìn)而確定撞地前的運動和撞地過程中的受力；引導(dǎo)學(xué)生獨立寫碰撞前后的動量以及碰撞過程中合外力的沖量，借助動量定理，最終寫出平均沖擊力的表達(dá)式。思考與討論，將雞蛋下落簡化為質(zhì)點的運動，落地前阻力可忽略認(rèn)為其做自由落體運動，撞地過程向下的動量減為“0”，合外力向上；規(guī)定好正方向，明確撞地前后的動量大小及方向，合外力的構(gòu)成及方向；借助動量定理，得出均沖擊力的表達(dá)式。通過問題驅(qū)動，培養(yǎng)學(xué)生建模意識，進(jìn)一步深化學(xué)生運動與相互作用的物理觀念；通過問題鏈，促進(jìn)學(xué)生掌握利用動量定理解決問題的基本步驟，突破矢量運算的教學(xué)難點。動量定理的應(yīng)用一個雞蛋的威力將數(shù)據(jù)代入平均沖擊力的表達(dá)式，可估算出雞蛋對地面的平均沖擊力約為950N，這么大的力會產(chǎn)生什么后果呢？播放雞蛋從30m高考靜止釋放落地面當(dāng)場擊碎2cm后玻璃的畫面，介紹研究表明一個雞蛋的威力：從25層落高處下落的雞蛋如果落到人的頭部，可使人當(dāng)場死亡；引導(dǎo)學(xué)生思考這一例題給我們的啟示。觀看雞蛋從30m高考靜止釋放落地面當(dāng)場擊碎2cm后玻璃的視頻；感悟高空拋物的危害，明白通過物理的學(xué)習(xí)哪些事情可以做，那些事情解決不能做。雞蛋下落實驗視頻結(jié)合例題，使學(xué)生了解到高空拋物的危害，培養(yǎng)其注重安全的社會感。課堂小結(jié)總結(jié)收獲學(xué)完本節(jié)課，你有哪些收獲？引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)本節(jié)課所學(xué)的概念、規(guī)律、思維方法及相關(guān)收獲。借助課件進(jìn)行本節(jié)課小結(jié)：本節(jié)課學(xué)習(xí)了沖量與動量定理兩個核心知識；知道沖量是表示力與其作用時間累積的物理量，動量定理揭示了物理動量變化的原因是合外力的沖量所致；在進(jìn)行動量定理的推導(dǎo)規(guī)程中利用理論推導(dǎo)與實驗實驗相結(jié)合的研究方法；應(yīng)用動量定量定理定性、定量的解決和生活中問題，解決問題過程中使人提高安全意識與社會責(zé)任。經(jīng)過總結(jié)“動量定理”這一節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進(jìn)了運動與相互觀念的提升；通過對物理學(xué)科研究方法的反思和提煉，提高了科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)；學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生實事求是的客觀精神、學(xué)以致知的探索精神以及注重安全的社會責(zé)任感。板書設(shè)計1.2動量定理動量定理動量定理的應(yīng)用定性定量課時作業(yè)基礎(chǔ)性作業(yè)（1）完成課本作業(yè)練習(xí)1-6題。（2）閱讀課本第8-9頁的“科學(xué)漫步”，了解歷史上關(guān)于運動量度的爭論拓展性作業(yè)做一做：從學(xué)校教學(xué)樓二樓向地面拋雞蛋，要求雞蛋不碎且成本較低。教學(xué)反思動量定理揭示單個物體動量變化的原因，由于其適用于變力，因此在解決碰撞、打擊問題時非常有用、便捷。教材直接建立恒力模型讓學(xué)生利用已有知識推導(dǎo)，建立沖量概念，并由此總結(jié)出動量定理，微元法分析說明動量定理適用于變力，然后介紹動量定理的應(yīng)用，體現(xiàn)出一定的思維進(jìn)階。教學(xué)過程中強調(diào)模型構(gòu)建過程，注重受力與運動分析，促進(jìn)運動與相互作用觀念在學(xué)生頭腦中提煉與升華；設(shè)置抽紙帶演示實驗，增加變力下的動量定理的驗證實驗，促進(jìn)學(xué)生對概念的深入