资源简介

动量守恒定律 教学设计
教学内容分析
《动量守恒定律》是教科版教材选修3-5中“碰撞与动量守恒”主题下的内容。课程标准要求为：通过理论实验和推导，理解动量守恒定律，能用其解释生产生活中的有关现象。知道动量守恒定律的普适性。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的分析为：动量守恒定律对于发展学生的运动与相互作用观念和科学思维至关重要。本条目强调实验和理论推导的统一，要求学生不但能用所学的动量定理关系式推导得出动量守恒定律，还要通过实验进行探究或验证，对物体相互作用过程中系统的动量守恒加深理解。在此过程中，学生通过学习物理学研究问题的基本思路和方法，发展科学推理能力和科学论证能力，促进对物理知识的进一步关联整合，同时深化对“系统”的认识。让学生在不同情境中应用动量守恒定律解释现象，分析和解决问题。
学情分析
学生在学习本节内容之前已经学习了动量和动量定理，有一定的知识储备，同时也具备一定的逻辑思维能力，能在熟悉的问题情境中应用常见的物理模型，但在新情境中则不行；学生已掌握科学探究的一般方法，但基于证据证明物理结论的能力有待提高。
教学目标
1.物理观念
《新课标》对“动量守恒定律”的要求是：“通过理论推导和实验，理解动量守恒定律，能用其解释生产生活中的有关现象，知道动量守恒定律的普适性。”这些要求与科学素养目标是吻合的，学生通过探究和理论推理过程，培养科学探究能力和思维能力；通过与生产生活联系培养科学态度与责任感；通过动量守恒定律的学习发现自然界守恒的美，形成重要的物理观念。
2.科学思维
(1) 理解系统、内力、外力的概念，理解动量守恒定律及守恒条件，能运用动量守恒定律解决一维碰撞问题，了解动量守恒定律的普适性，发展相互作用观。
(2)会对研究系统进行受力分析，基于实际情境建构碰撞模型。
(3)能计算碰撞前后系统的总动量，并根据测量数据猜测系统碰撞前后动量的关系。
(4)能根据动量定理，推导动量守恒定律。
(5)能对实验误差进行质疑，并进行理论证明。
3.科学探究
在实验探究中，养成从碰撞前后滑块的动量数值中探究系统碰撞前后动量关系的意识；会使用天平、游标卡尺，会调节气垫导轨使滑块匀速运动，会应用光电门和数字计算器测量速度，会计算作用前后系统总动量；会使用列表法记录实验数据，并使用Excel工具处理数据。
4.科学态度与责任
(1)能认识到动量守恒定律的普适性，它不仅适用于两个物体组成的系统，也适用于多个物体组成的系统；不仅适用于宏观物体组成的系统，也适用于微观粒子组成的系统。
(2) 通过误差分析培养实事求是的精神。 通过了解动量守恒定律的物理学史，树立认真、严谨的科学态度；通过对动量守恒定律的学习，感受物理中的守恒美；理解物理与数学、物理与技术，物理与社会的关系，树立科技是第一生产力的责任感。
教学重难点
教学重点：动量守恒定律的实验探究与理论推导过程
教学难点：理解动量守恒的物理内涵，动量守恒定律方程的矢量性，应用动量守恒定律解决问题
教学过程
教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 举例说明生活中的碰撞现象，引导学生总结碰撞特点。 碰撞特点： 1、时间特点：相互作用时间极短 2、作用力特点：碰撞的内力远远大于外力，因此外力可忽略不计 3、速度特点：可发生显著变化 4、位移特点：由于时间极短，位移来不及变化，因此碰撞过程位移为零 【实验探究】 探究：探究碰撞过程物体的速度、动能和动量如何变化，是否存不变量？ 实验一 让两个质量不同且装有弹性碰撞架的滑块发生碰撞 实验二 让两个质量不同且粘有胶布的滑块发生碰撞 问题1：碰撞前后两物体的速度分别如何变化？ 问题2：碰撞前后两物体的速度是否存在定量的关系？ 发现A碰后速度减小，B碰后速度增大，但未发现定量关系。 提示学生还可以从动能和动量的角度来分析碰撞特点。 发现：在误差允许范围内，实验一碰前的总动能和碰后的总动能几乎不变，但实验二碰撞后的总动能有较大的损失。因此，动能不变不是碰撞过程中的不变量。 发现：在误差允许范围内，实验一和实验二中碰撞前后的总动量几乎不变，当然，大量的实验也说明了这个结果，即两物体碰撞前后的动量不变。 【理论推导】 理论推导碰撞前后系统总动量不变 碰撞模型： 利用动量定理对光滑水平面上的A、B两个物体在碰撞过程中对两物体进行分析： 对A应用动量定理： 对B应用动量定理： 根据牛顿第三定律： 得 结论：两个物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和 思考：两物体碰撞前后为什么总动量不变？ 因为F1和F2是两物体间的一对相互作用力，总是大小相等方向相反，因此总冲量为零，同时合外力也为零，没有冲量，所以系统的总动量不变。 引导学生研究生活中常见的两个物体的碰撞的情景，帮助学生建构物理模型。 通过气垫导轨的碰撞实验，引导学生发现碰撞过程中速度、动能和动量的变化特点，以及在碰撞过程中动量守恒的特点。 引导学生从碰撞前后速度、动能和动量的变化以及是寻找不变量等方面来分析碰撞过程中的特点。 联系生活情景，将碰撞过程抽象化，构建碰撞理模型。 通过实验了解碰撞，学会处理实验数据，从实验数据中找到实验规律。 通过分析讨论发现，碰撞前后的总动量不变。 从生活走向物理，让学生很快能够参与学习，从而培养模型构建能力。 让学生经历规律建立的过程，学会用实验解决物理问题，并会处理实验数据。 激发学生的探究兴趣，同时也感受科学探究的曲折。
【总结定律】 一、几个基本概念 系统: 有相互作用的几个物体组成的整体 内力: 系统内各个物体间的相互作用力 外力: 系统外的物体对系统内任何一个物体的作用力 动量守恒定律 1.内容：如果一个系统不受外力或所受外力之和为零，这个系统的总动量保持不变。 2. 表达式：m1v1+m2v2=m1v1’+m2v2’ 或P1+ P2=P’1+ P’2 3.守恒条件： ①系统不受外力或所受外力之和为零 ②系统在某一方向不受外力或所受外力之和为零，则该方向动量守恒 ③系统受外力，但系统所受内力远大于外力，系统动量近似守恒 4. 动量守恒定律的“五性”： ①系统性：研究对象是系统 ②矢量性：总动量大小方向均不变 ③相对性：速度必须相对于同一参考系 ④同时性、瞬时性：初动量必须是各物体在作用前同一时刻的动量；末动量必须是各物体在作用后同一时刻的动量 ⑤普适性：适用于宏观低速的物体，也适用于微观高速粒子 【例1】(多选)下列四幅图所反映的物理过程中，系统动量守恒的是(　　) 【例2】如下图所示，A、B两球质量分别为mA=0.2kg, mB=0.05kg,在光滑的水平面上，其中A球沿两球连线以vA=3m/s的速度向右运动，与速度为vB=2m/s向左运动的B球迎面正碰，碰后B球以6m/s的速度向右返回，求碰撞后A球的速度. 应用动量守恒定律解题的一般步骤： 1. 确定研究对象（哪几个物体构成的系统） 2. 受力分析，判断动量是否守恒 3. 选定正方向，确定初、末系统的动量 4. 根据动量守恒定律列方程求解 引导学生回答动量守恒定律的内容及使用条件。 引导学生分析动量守恒定律的三个适用条件。 指导审题： ①本题中相互作用的系统是什么？ ②分析系统受到哪几个外力的作用？是否符合动量守恒的条件？ ③本题中研究的是哪一个过程？该过程的初状态和末状态分别是什么？ 根据教师的引导总结定律的内容和使用条件。 小组合作讨论、探究、总结。 应用本节所学内容解决问题 准确理解定律的内容和使用条件，从而能够在实际问题中判断是否符合应用动量守恒定律的条件。 归纳总结运用动量守恒定律进行解题的方法。学以致用。
【总结】 总结动量守恒定律内容、条件、特性和一般做题方法。 带领学生梳理本节课内容 总结，形成整体认识。
板书设计
§ 动量守恒定律
一.系统、内力、外力
二.动量守恒定律
1.内容：
2.表达式：m1v1+m2v2= m1v1'+m2v2'
3.守恒条件：①合外力为零 ②某方向合外力为零 ③碰撞、爆炸（近似守恒）
4.“五性”
教学反思
本节内容教材采用动量定理和牛顿第三定律两个知识点推理得到系统动量守恒定律，这种安排的不妥之处在于容易让学生误以为动量守恒定律是动量定理和牛顿第三定律的推论，弱化了学生对动量守恒定律重要性的认识。教学设计首先采用气垫导轨演示实验测量碰撞前后系统的动量是不变的，让学生形成感性的认识，再通过逻辑推理得到动量守恒定律的内容，这种安排使得学生对动量守恒定律的认识更加全面，了解动量守恒定律在物理学的重要地位。2

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