资源简介

1.3《 动量守恒定律》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 粤教版选择性必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容是粤教版高中物理选择性必修第一册第一章的核心规律之一，承接动量定理，揭示在没有外力作用或合外力为零的系统中，物体间相互作用时总动量保持不变的普遍规律。教材通过气垫导轨碰撞实验引入，结合火箭发射、反冲运动等实例展现其广泛适用性，体现了从个别现象到普遍规律的科学归纳过程。该定律不仅适用于宏观低速，也适用于微观高速领域，是自然界最基本的守恒律之一。
学情分析
学生已掌握动量、冲量及动量定理的基本概念和计算方法，具备一定的实验观察能力与矢量运算基础。但对“系统”“内力”“外力”的区分仍较模糊，容易将单个物体的动量变化误认为系统动量不守恒。同时，在处理多体碰撞问题时缺乏整体思维习惯。因此教学需强化系统观念建构，借助直观演示与分步推理，帮助学生理解内力不影响系统总动量的本质，并通过典型情境训练建模能力。
课时教学目标
物理观念
1. 理解动量守恒定律的内容及其成立条件（系统不受外力或所受合外力为零），能准确写出表达式m v + m v = m v ' + m v '。
2. 能识别实际问题中的研究系统，区分内力与外力，判断动量是否守恒。
科学思维
1. 通过分析多个碰撞案例，归纳出动量守恒的共同特征，发展归纳推理与模型建构能力。
2. 运用动量守恒定律解决一维弹性碰撞、完全非弹性碰撞等问题，提升逻辑演绎与数学建模水平。
科学探究
1. 设计并完成气垫导轨上的滑块碰撞实验，测量前后速度，验证动量守恒定律。
2. 分析火箭升空、枪炮后坐、冰面推人等反冲现象，提出基于动量守恒的解释方案。
科学态度与责任
1. 认识动量守恒在航天工程、粒子物理、交通安全等领域的重要应用价值，增强科技报国的责任感。
2. 在实验中坚持实事求是原则，尊重数据差异，养成严谨求实的科学品质。
教学重点、难点
重点
1. 动量守恒定律的内容、表达式及其适用条件。
2. 能正确选取研究系统，判断动量是否守恒，并应用于简单碰撞问题。
难点
1. 理解“内力不改变系统总动量”的本质原因。
2. 在变质量问题（如火箭）或近似守恒情境中灵活应用动量守恒思想。
教学方法与准备
教学方法
实验探究法、情境教学法、合作学习、讲授引导
教具准备
气垫导轨装置、两个质量可调滑块、光电门计时系统、磁性碰撞附件、反冲小车模型、多媒体课件、火箭发射视频
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：谁推动了宇宙？
【6分钟】 一、创设宇宙级疑问，点燃探索欲望。 （一）、播放“太空行走”真实影像片段：
教师投影NASA宇航员在空间站外维修作业的画面，突然他手中的工具飘走，而他自己却向相反方向缓慢移动。提问：“这位宇航员没有蹬任何物体，也没有喷射燃料，为什么他会自己动起来？是谁给了他动力？”引发学生激烈讨论。
待气氛热烈后，进一步追问：“这看似违背牛顿第三定律的现象，其实背后隐藏着一条比牛顿定律更深刻的自然法则——今天我们要揭开它的面纱。”板书课题《1.3 动量守恒定律》。
二、重现经典课堂实验，制造认知冲突。 （二）、演示“反冲小车”实验：
教师拿出一辆底部装有压缩弹簧和可弹射小球的反冲小车，放置于光滑桌面上。先让全班观察静止状态下的小车整体。然后释放弹簧，小球向前射出，小车向后滑动。
立即发问：“小车原本静止，总动量为零；弹射后，小球向前有动量，小车向后也有动量，系统现在有了总动量！难道动量凭空产生了？这是否违反了我们之前学过的动量定理？”
引导学生思考：“如果把小球和小车看作一个整体系统，有没有受到外部水平方向的力？”提示桌面光滑，忽略摩擦。从而引出“系统内部作用能否改变总动量”的核心议题。 1. 观看视频，描述现象。
2. 尝试解释宇航员反向运动原因。
3. 观察实验，记录前后状态。
4. 提出疑问：动量是否真的不守恒？
评价任务 现象描述：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
兴趣激发：☆☆☆
设计意图 以震撼的太空实景和简易却深刻的课堂实验双管齐下，制造强烈的认知冲突，打破“必须有外力才能产生运动”的直觉误区，促使学生主动质疑、深入思考，自然引出对系统动量变化本质的探究需求，体现物理学“大道至简”的魅力。
规律探究：从碰撞到守恒
【12分钟】 一、回顾动量定理，搭建理论桥梁。 （一）、建立两物体相互作用模型：
教师在黑板上画出两个滑块A和B在光滑水平面上相向运动即将碰撞的情景图。标注质量m 、m ，初速度v 、v ，碰撞后速度v '、v '。强调“光滑”意味着无外力干扰。
设问：“碰撞过程中，A对B施加作用力F，B对A施加反作用力-F（牛顿第三定律）。这两个力分别对各自物体产生了什么影响？”引导学生回忆动量定理：
对A：-FΔt = m v ' - m v （负号表示力方向与初速相反）
对B：FΔt = m v ' - m v
二、数学推导，揭示守恒本质。 （二）、联立方程进行代数运算：
教师将上述两个方程左右两边分别相加：
(-FΔt) + (FΔt) = (m v ' - m v ) + (m v ' - m v )
左边：-FΔt + FΔt = 0
右边：m v ' + m v ' - (m v + m v )
因此得：0 = m v ' + m v ' - (m v + m v )
移项整理：m v + m v = m v ' + m v '
指出这就是动量守恒定律的数学表达式——系统初态总动量等于末态总动量。
重点强调：“因为F与-F是一对内力，它们的冲量和为零，所以系统总动量不变。”
三、提炼定律内容与条件。 （三）、总结动量守恒的成立条件：
教师明确指出：当一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零时，系统的总动量保持不变。补充说明：
1. 内力可以改变单个物体的动量，但不会改变系统的总动量；
2. 定律适用于任何相互作用过程（碰撞、爆炸、反冲等）；
3. 是矢量定律，需规定正方向后列方程；
4. 具有普适性，从天体运行到基本粒子均适用。 1. 理解相互作用模型。
2. 参与公式推导过程。
3. 记录动量守恒表达式。
4. 明确适用条件与矢量性。
评价任务 推导能力：☆☆☆
条件理解：☆☆☆
矢量意识：☆☆☆
设计意图 通过严谨的数学推导，使学生认识到动量守恒并非经验猜测，而是由牛顿定律和动量定理逻辑必然推出的结论。突出“内力冲量和为零”这一关键点，破解学生心中“内力也能改变总动量”的迷思，建立起深刻的概念理解。
实验验证：气垫导轨测总动量
【14分钟】 一、布置任务，明确操作规范。 （一）、介绍实验装置与原理：
教师展示气垫导轨实验平台，说明其能极大减小摩擦，近似实现“合外力为零”的理想条件。讲解实验目的：测量两滑块碰撞前后的速度，计算系统总动量，验证是否守恒。
演示三种典型碰撞模式：
1. 弹性碰撞（加装弹簧缓冲器）；
2. 完全非弹性碰撞（加装尼龙搭扣，碰后粘连）；
3. 反冲分离（初始连接，引爆后分开）。
二、分组实验，采集真实数据。 （二）、组织学生分组操作：
将班级分为6组，每组一套设备。发放实验记录表，包含以下项目：
滑块质量m 、m ；
碰撞前速度v 、v （通过光电门测时间换算）；
碰撞后速度v '、v '；
初态总动量P = m v + m v ；
末态总动量P' = m v ' + m v '；
相对误差|P-P'|/P×100%。
教师巡视指导：
1. 如何调节导轨水平；
2. 光电门位置固定且间距一致；
3. 多次测量取平均值；
4. 注意速度方向，设定正方向。
三、汇总数据，分析误差来源。 （三）、组织成果分享与讨论：
各组完成实验后，派代表汇报P与P'数值及误差。教师将结果汇总投影。
引导提问：“为何P与P'并不严格相等？可能有哪些系统误差？”预设回答：
- 导轨仍有微小摩擦；
- 空气阻力影响；
- 光电门响应延迟；
- 滑块未完全对心碰撞导致侧向分力。
总结：“尽管存在误差，但P与P'高度接近，说明在实验条件下动量守恒成立，验证了理论预测。” 1. 听取实验说明，明确流程。
2. 分组操作仪器，测量记录数据。
3. 计算总动量并比较前后值。
4. 汇报结果，参与误差分析。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
结论合理：☆☆☆
设计意图 通过亲手实验获取真实数据，培养学生动手能力、团队协作精神和实证意识。在数据对比中学会科学归因，体会科学研究的严谨性与近似性。实验的成功不仅巩固了知识，更增强了学生对物理规律的信任感。
应用深化：万物皆可“反”
【8分钟】 一、解析高科技应用场景。 （一）、剖析火箭升空原理：
教师播放长征系列火箭发射升空慢镜头，重点展示尾部高速喷出燃气的过程。提问：“火箭在真空中没有支点可蹬，它是靠什么力量把自己推向太空的？”
引导学生构建模型：火箭+燃料为系统，喷出的燃气向下具有巨大动量，则火箭必须获得向上的等量反向动量以保持总动量守恒。强调这是典型的反冲运动，也是动量守恒在变质量系统中的成功应用。
二、开展小组讨论，拓展迁移能力。 （二）、组织生活实例研讨：
四人一组，围绕以下问题展开讨论：
1. 开枪射击时，为什么枪身会向后“坐”一下（后坐力）？
2. 两名同学站在冰面上互推，为什么会向相反方向滑开？
3. 喷灌洒水器自动旋转的工作原理是什么？
4. 核反应中α粒子的发射如何体现动量守恒？
限时4分钟讨论，随后随机抽取三组代表发言。教师适时补充：
例如：医学PET扫描利用正负电子湮灭产生一对γ光子，它们总是沿相反方向飞出，正是为了满足动量守恒，这一特性被用于精确定位病灶位置。 1. 分析火箭升空机制。
2. 小组讨论各类反冲现象。
3. 代表发言，交流观点。
4. 理解微观领域的守恒体现。
评价任务 案例解释：☆☆☆
迁移应用：☆☆☆
创新思维：☆☆☆
设计意图 通过从宏观到微观、从日常到尖端的多层次案例分析，使抽象的守恒律变得生动具体。小组讨论促进合作学习与语言表达，拓宽学生视野，深刻体会动量守恒作为自然界基本法则的普适性与深刻性。
课堂总结：守恒之美，宇宙之律
【5分钟】 一、结构化梳理知识体系。 （一）、系统回顾核心要点：
教师缓缓说道：“今天我们见证了一条穿越时空的自然铁律——动量守恒。它告诉我们：在一个孤立系统中，无论发生多么剧烈的碰撞、爆炸或分离，总动量始终如一，永不增减。这不是巧合，而是对称性的体现——空间平移不变性孕育了动量守恒。”
二、升华哲理，启迪人生。 （二）、引用诺奖得主话语收尾：
“正如诺贝尔物理学奖得主费曼所说：‘科学的价值在于它教会我们怎样不去相信那些未经证实的东西。’今天你们亲手验证了这条看不见却无比真实的规律，这就是科学的力量。”
“希望你们记住：在这个充满变化的世界里，总有某些东西是恒定不变的——就像动量守恒一样，愿你们心中也有一份坚守的原则与信念，在人生的每一次‘碰撞’中，都能保持内心的平衡与方向。” 1. 跟随教师回顾知识点。
2. 领悟守恒思想的深远意义。
3. 感受自然规律的和谐美。
4. 树立科学信仰与人生信念。
评价任务 知识整合：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+升华式”双重总结，既帮助学生构建清晰的知识网络，又通过哲学视角和人文语言唤起深层共鸣，将物理学习上升到世界观与价值观的高度，激励学生成为既有理性又有情怀的时代新人。
作业设计
一、基础巩固题
1. 质量为60kg的人站在静止的小船上，船的质量为120kg。当他以2m/s的速度向船头走去时，船将以多大的速度后退？方向如何？（水的阻力忽略不计）
2. 解释下列现象：
（1）射击时枪托抵肩可减轻后坐力伤害；
（2）花样滑冰运动员在旋转时收拢手臂转速加快。
二、能力提升题
3. 一颗质量为10g的子弹以600m/s的速度击中一块静止的木块（质量2kg），并嵌入其中。求子弹与木块共同运动的速度。
4. 阅读材料：我国“天舟”货运飞船与“天和”核心舱实施自主交会对接。对接瞬间两者速度不同，但对接完成后以同一速度飞行。请结合动量守恒定律分析这一过程的能量转化情况。
三、实践探究题
5. 利用气球制作一个简易“反冲小车”，拍摄其运动过程，并尝试解释原理。提交视频+文字说明报告。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. 取人前进方向为正。系统初动量为0。
设船速为v，则0 = 60×2 + 120×v → v = -1 m/s，即船以1m/s速度向后退。
2. (1) 抵肩增加人体质量，减小后退速度；(2) 收臂减小转动惯量，角动量守恒致转速增大（类比动量守恒）。
二、能力提升题
3. m =0.01kg, v =600m/s, m =2kg, v =0, 完全非弹性碰撞。
由动量守恒：0.01×600 + 0 = (0.01+2)v' → v' = 6 / 2.01 ≈ 2.99 m/s。
4. 对接过程动量守恒，但机械能不守恒。部分动能转化为形变能、热能等，需推进器微调补偿能量损失。
板书设计
1.3 动量守恒定律
核心表达式
m v + m v = m v ' + m v '
（矢量式，注意方向）
左侧：成立条件
系统不受外力
合外力为零
外力远小于内力（近似）
右侧：典型应用
碰撞类：弹性/非弹性
反冲类：火箭、枪炮、宇航员
分离类：爆炸、洒水器旋转
下方：关键概念
系统 ● 内力 外力
总动量守恒 ≠ 单个动量不变
教学反思
成功之处
1. 实验设计科学，气垫导轨有效隔离外界干扰，使学生直观感受到“总动量几乎不变”的奇迹，极大增强了规律的可信度。
2. 以“太空行走”开篇，极具吸引力，成功激发学生好奇心与探究欲，整节课氛围活跃。
3. 板书层次分明，图文结合，突出“系统”“内力”“矢量”三大关键词，有助于学生形成结构化认知。
不足之处
1. 对“近似守恒”情境（如地面碰撞）讲解不够深入，部分学生仍困惑于摩擦力存在时能否使用动量守恒。
2. 实验数据处理时间紧张，未能引导学生绘制P-t图像进行可视化分析。
3. 对动量守恒与能量守恒的关系未作对比，可在下一节课补充说明。

展开更多......

收起↑