《沖量 動(dòng)量定理》作業(yè)設(shè)計(jì)方案

《沖量動(dòng)量定理》作業(yè)設(shè)計(jì)方案一、教材分析1、教材版本與冊(cè)別我們使用的是華東師大版（上海）的教材，拓展型課程II。這一版本的教材在內(nèi)容編排上注重理論與實(shí)際的結(jié)合，對(duì)于動(dòng)量、沖量和動(dòng)量定理這些較為抽象的概念，通過(guò)多種實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生理解。2、章節(jié)內(nèi)容本作業(yè)設(shè)計(jì)針對(duì)第三講中的動(dòng)量部分，特別是沖量和動(dòng)量定理。這部分內(nèi)容是高中物理力學(xué)中的重要組成部分，是對(duì)牛頓第二定律在時(shí)間維度上的延伸和拓展。沖量是力在時(shí)間上的積累，動(dòng)量定理則描述了合外力的沖量與物體動(dòng)量變化之間的關(guān)系。3、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)學(xué)生能夠理解沖量的概念，包括其定義、計(jì)算公式（I=Ft，這里的I表示沖量，F(xiàn)表示力，t表示力作用的時(shí)間）以及矢量性。掌握動(dòng)量定理（Ft=\Deltap，\Deltap=p_{2}-p_{1}，其中p=mv，m為物體質(zhì)量，v為物體速度），并能熟練運(yùn)用其解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題。能力目標(biāo)通過(guò)分析實(shí)際問(wèn)題中的力、時(shí)間、動(dòng)量變化等物理量，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和分析問(wèn)題的能力。讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用動(dòng)量定理解決碰撞、打擊等過(guò)程中的力學(xué)問(wèn)題，提高學(xué)生的解題能力和知識(shí)遷移能力。情感目標(biāo)激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣，通過(guò)對(duì)生活中與沖量和動(dòng)量定理相關(guān)現(xiàn)象的探究，讓學(xué)生感受到物理知識(shí)的實(shí)用性。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，在運(yùn)用定理和公式計(jì)算過(guò)程中注重準(zhǔn)確性和規(guī)范性。二、作業(yè)設(shè)計(jì)思路1、分層設(shè)計(jì)根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)分為基礎(chǔ)、提高和拓展三個(gè)層次?；A(chǔ)層次的作業(yè)主要側(cè)重于概念的理解和簡(jiǎn)單公式的應(yīng)用；提高層次的作業(yè)要求學(xué)生能夠綜合運(yùn)用知識(shí)解決較為復(fù)雜的問(wèn)題；拓展層次的作業(yè)則引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。2、多樣化題型包括選擇題、填空題、計(jì)算題和簡(jiǎn)答題等多種題型，以全面考查學(xué)生的知識(shí)掌握情況和能力水平。選擇題用于考查學(xué)生對(duì)基本概念的辨析；填空題著重于對(duì)公式的記憶和簡(jiǎn)單計(jì)算；計(jì)算題要求學(xué)生熟練運(yùn)用動(dòng)量定理進(jìn)行計(jì)算；簡(jiǎn)答題則培養(yǎng)學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力和對(duì)物理概念的深入理解。3、結(jié)合實(shí)際生活引入生活中的實(shí)例，如汽車(chē)安全氣囊的作用、體育運(yùn)動(dòng)中的緩沖現(xiàn)象等，讓學(xué)生運(yùn)用沖量和動(dòng)量定理進(jìn)行解釋?zhuān)箤W(xué)生感受到物理知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性。三、作業(yè)內(nèi)容（一）基礎(chǔ)作業(yè)（預(yù)計(jì)完成時(shí)間：30分鐘）1、選擇題（每題3~5分）（1）下列關(guān)于沖量的說(shuō)法正確的是（）A.沖量是物體動(dòng)量變化的原因B.作用在靜止物體上的力的沖量一定為零C.沖量的方向與物體運(yùn)動(dòng)的方向相同D.沖量的大小只與力的大小有關(guān)答案：A。因?yàn)楦鶕?jù)動(dòng)量定理Ft=\Deltap，沖量是導(dǎo)致物體動(dòng)量變化的原因。作用在靜止物體上的力，只要作用時(shí)間不為零，沖量就不為零；沖量的方向與力的方向相同，而不一定與物體運(yùn)動(dòng)方向相同；沖量大小與力和力作用的時(shí)間都有關(guān)。（2）質(zhì)量為m的物體以初速度v_{0}做平拋運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，物體的速度大小變?yōu)関，則在這段時(shí)間內(nèi)物體所受重力的沖量大小為（）A.m(v-v_{0})B.mgtC.m\sqrt{v^{2}-v_{0}^{2}}D.0答案：B。根據(jù)沖量的定義I=Ft，物體做平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，只受重力，重力大小為mg，作用時(shí)間為t，所以重力沖量大小為mgt。2、填空題（每題3~5分）（1）力F=10N，作用時(shí)間t=2s，則這個(gè)力的沖量I=______。答案：20N\cdots。根據(jù)沖量公式I=Ft，將F=10N，t=2s代入可得I=10\times2=20N\cdots。（2）一個(gè)質(zhì)量為2kg的物體，初速度為3m/s，末速度為5m/s，則物體動(dòng)量的變化量\Deltap=______。答案：4kg\cdotm/s。根據(jù)動(dòng)量公式p=mv，初動(dòng)量p_{1}=2\times3=6kg\cdotm/s，末動(dòng)量p_{2}=2\times5=10kg\cdotm/s，則\Deltap=p_{2}-p_{1}=10-6=4kg\cdotm/s。（二）提高作業(yè)（預(yù)計(jì)完成時(shí)間：40分鐘）1、計(jì)算題（每題10~15分）（1）一個(gè)質(zhì)量為m=0.5kg的小球，以速度v_{0}=4m/s水平向右運(yùn)動(dòng)，與墻壁發(fā)生碰撞后以速度v=3m/s水平向左彈回，碰撞時(shí)間\Deltat=0.1s。求墻壁對(duì)小球的平均作用力。解：設(shè)向右為正方向，則初動(dòng)量p_{1}=mv_{0}=0.5\times4=2kg\cdotm/s，末動(dòng)量p_{2}=-mv=-0.5\times3=-1.5kg\cdotm/s。根據(jù)動(dòng)量定理Ft=\Deltap，F(xiàn)\Deltat=p_{2}-p_{1}，F(xiàn)=\frac{p_{2}-p_{1}}{\Deltat}。將數(shù)值代入可得F=\frac{-1.5-2}{0.1}=\frac{-3.5}{0.1}=-35N，負(fù)號(hào)表示力的方向向左，所以墻壁對(duì)小球的平均作用力大小為35N，方向向左。（2）一個(gè)質(zhì)量為M=10kg的物體靜止在水平面上，受到一個(gè)隨時(shí)間變化的力F=5t（F的單位為N，t的單位為s）的作用，求經(jīng)過(guò)4s時(shí)物體的速度。解：根據(jù)沖量的計(jì)算公式I=\int_{0}^{t}Fdt，這里F=5t，則I=\int_{0}^{4}5tdt=\left[\frac{5}{2}t^{2}\right]_{0}^{4}=\frac{5}{2}\times4^{2}-\frac{5}{2}\times0^{2}=40N\cdots。根據(jù)動(dòng)量定理Ft=\Deltap，I=\Deltap=Mv-0（因?yàn)槌跛俣葹?），則v=\frac{I}{M}=\frac{40}{10}=4m/s。2、簡(jiǎn)答題（每題8~10分）（1）請(qǐng)簡(jiǎn)要解釋汽車(chē)安全氣囊在汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)是如何保護(hù)乘客安全的，從沖量和動(dòng)量定理的角度進(jìn)行分析。答案：汽車(chē)發(fā)生碰撞時(shí)，速度急劇減小。如果沒(méi)有安全氣囊，乘客會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)量定理Ft=\Deltap，\Deltap一定（乘客的動(dòng)量變化量由初始速度變?yōu)?），作用時(shí)間t很短，則人體受到的沖擊力F會(huì)很大。而有安全氣囊時(shí)，安全氣囊在碰撞瞬間彈出，增加了乘客減速的時(shí)間t，在\Deltap不變的情況下，t增大，根據(jù)公式F=\frac{\Deltap}{t}，人體受到的沖擊力F就會(huì)減小，從而保護(hù)乘客的安全。（2）在體育運(yùn)動(dòng)中，跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員為什么要在起跳前助跑，并且在沙坑中起跳后要落入沙坑？請(qǐng)用沖量和動(dòng)量定理來(lái)解釋。答案：跳遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)員起跳前助跑是為了獲得較大的初速度，從而具有較大的初動(dòng)量。根據(jù)動(dòng)量定理Ft=\Deltap，在起跳過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)員通過(guò)腿部對(duì)地面施加力，力的作用時(shí)間t較短，要獲得較大的向上的動(dòng)量變化量\Deltap，就需要較大的初動(dòng)量。落入沙坑是因?yàn)樯晨涌梢匝娱L(zhǎng)運(yùn)動(dòng)員落地時(shí)速度減為0的時(shí)間t。在落地時(shí)，運(yùn)動(dòng)員的動(dòng)量變化量\Deltap（從落地時(shí)的速度變?yōu)?）是一定的，沙坑延長(zhǎng)了t，根據(jù)F=\frac{\Deltap}{t}，就減小了運(yùn)動(dòng)員受到的沖擊力，避免受傷。（三）拓展作業(yè)（預(yù)計(jì)完成時(shí)間：50分鐘）1、探究題（20~25分）（1）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量定理。要求寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)記錄表格（簡(jiǎn)單描述）和預(yù)期結(jié)果。答案：實(shí)驗(yàn)器材：氣墊導(dǎo)軌、滑塊、光電門(mén)、砝碼、細(xì)線、滑輪、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等。實(shí)驗(yàn)步驟：首先將氣墊導(dǎo)軌調(diào)平，使滑塊在導(dǎo)軌上能近似做勻速直線運(yùn)動(dòng)。用細(xì)線將滑塊和砝碼連接起來(lái)，繞過(guò)滑輪，讓滑塊在砝碼的拉力作用下在氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。在滑塊運(yùn)動(dòng)路徑上安裝光電門(mén)，用來(lái)測(cè)量滑塊通過(guò)光電門(mén)時(shí)的速度。在滑塊上放置不同質(zhì)量的砝碼，改變拉力的大小，同時(shí)記錄滑塊通過(guò)光電門(mén)的初速度v_{1}和末速度v_{2}，以及拉力作用的時(shí)間t（可以通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或者其他計(jì)時(shí)裝置測(cè)量）。數(shù)據(jù)記錄表格（簡(jiǎn)單描述）：可以設(shè)置表頭為“拉力F（N）”、“作用時(shí)間t（s）”、“初速度v_{1}（m/s）”、“末速度v_{2}（m/s）”、“滑塊質(zhì)量m（kg）”、“理論沖量Ft（N·s）”、“實(shí)際動(dòng)量變化量m(v_{2}-v_{1})（kg·m/s）”。預(yù)期結(jié)果：理論沖量Ft和實(shí)際動(dòng)量變化量m(v_{2}-v_{1})在誤差允許范圍內(nèi)近似相等，從而驗(yàn)證動(dòng)量定理。（2）假設(shè)一個(gè)質(zhì)量為m的物體在空氣中受到與速度成正比的阻力f=kv（k為常數(shù)，v為物體速度），初速度為v_{0}，求物體速度隨時(shí)間的變化關(guān)系，并分析物體的運(yùn)動(dòng)情況。（提示：可以根據(jù)動(dòng)量定理列出微分方程求解）解：根據(jù)牛頓第二定律F=ma，這里合外力F=-kv（阻力方向與速度方向相反），又因?yàn)閍=\frac{dv}{dt}，所以-kv=m\frac{dv}{dt}。分離變量得\frac{dv}{v}=-\frac{k}{m}dt。兩邊積分\int_{v_{0}}^{v}\frac{dv}{v}=-\frac{k}{m}\int_{0}^{t}dt。得到\ln\frac{v}{v_{0}}=-\frac{k}{m}t，則v=v_{0}e^{-\frac{k}{m}t}。分析運(yùn)動(dòng)情況：物體的速度隨時(shí)間呈指數(shù)衰減，開(kāi)始時(shí)速度減小得較快，隨著時(shí)間的推移，速度減小的速度越來(lái)越慢，最終趨近于0。四、作業(yè)評(píng)價(jià)1、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)作業(yè)選擇題和填空題主要看答案的準(zhǔn)確性，每題全對(duì)得相應(yīng)分值，部分正確酌情扣分。提高作業(yè)計(jì)算題：公式運(yùn)用正確得一定分?jǐn)?shù)（如5分左右），計(jì)算過(guò)程準(zhǔn)確得大部分分?jǐn)?shù)（如5~10分），結(jié)果正確得滿分。簡(jiǎn)答題：觀點(diǎn)正確、表達(dá)清晰、邏輯合理得相應(yīng)分值，若回答不完整或有概念性錯(cuò)誤酌情扣分。拓展作業(yè)探究題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分，實(shí)驗(yàn)器材選擇合理得3~5分，實(shí)驗(yàn)步驟詳細(xì)、可行得8~10分，數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計(jì)合理得3~5分，預(yù)期結(jié)果正確得2~5分。對(duì)于理論推導(dǎo)題，方程列對(duì)得5~10分，計(jì)算過(guò)程正確得5~10分，結(jié)果分析合理得3~5分。2、評(píng)價(jià)方式采用教師評(píng)價(jià)與學(xué)生互評(píng)相結(jié)合的方式。對(duì)于基礎(chǔ)作業(yè)和部分提高作業(yè)，教師可以在課堂上簡(jiǎn)單講解答案后，讓學(xué)生同桌之間互評(píng)，這樣可以讓學(xué)生更好地發(fā)現(xiàn)自己和他人的問(wèn)題。對(duì)于拓展作業(yè)和較復(fù)雜的提高作業(yè)，由教師進(jìn)行詳細(xì)評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)時(shí)不僅要關(guān)注結(jié)果，更要關(guān)注學(xué)生的解題思路和過(guò)程，對(duì)于有創(chuàng)意的解法或思路給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)。同時(shí)，教師可以針對(duì)學(xué)生作業(yè)中普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行集中講解，加深學(xué)生的理解。五、作業(yè)反饋與輔導(dǎo)1、作業(yè)反饋在批改作業(yè)后，教師要及時(shí)將作業(yè)情況反饋給學(xué)生。對(duì)于作業(yè)完成較好的學(xué)生，可以在課堂上進(jìn)行表?yè)P(yáng)，展示他們的優(yōu)秀作業(yè)，讓其他學(xué)生學(xué)習(xí)。對(duì)于作業(yè)中存在較多問(wèn)題