资源简介

《动量守恒定律》教学设计
课时：1课时（45分钟）
适用学段：高中物理选择性必修一
核心目标：在理解动量守恒定律的基础上，渗透物理学科核心素养——物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任，实现知识传授与素养培育的统一
一、教学目标
1. 物理观念
形成“动量守恒”的物理观念，理解其作为自然界基本守恒律的普适性；
准确掌握“系统、内力、外力”等概念，能从“相互作用与运动”的视角分析物理过程。
2. 科学思维
通过实验观察与理论推导，运用理想化模型（忽略摩擦力的系统）、守恒思想（总动量不变）等思维方法，建构动量守恒定律；
能通过分析与综合（选取系统、区分内外力）、推理论证（判断守恒条件）解决实际问题，提升逻辑思维能力。
3. 科学探究
参与实验现象的观察与分析，经历“提出问题→猜想假设→理论推导→验证结论”的探究环节，体会科学研究的一般方法；
针对实际问题（如碰撞、爆炸），能自主设计系统选取方案，验证动量守恒的适用性。
4. 科学态度与责任
感受“守恒律”的简洁美与自然规律的客观性，激发对物理学科的热爱；
认识动量守恒定律在工程技术（如火箭、航天器）中的应用，体会物理学对社会发展的推动作用。
二、教学重难点
重点：动量守恒定律的内容、表达式及成立条件（落实物理观念）；
难点：通过科学思维选取系统、分析外力（突破“系统选取”的思维障碍，提升科学思维能力）。
三、教学方法
问题链驱动法、实验探究法、理论建构法、素养进阶式讨论法
四、教学过程
（一）情境导入：从“生活现象”到“守恒猜想”（5分钟·渗透物理观念）
生活情境：播放两段视频——①冰壶比赛中两冰壶碰撞；②火箭升空的反冲过程。
提问链：
冰壶碰撞后，它们的运动状态如何变化？“动量”是否凭空消失或产生？
火箭向后喷气为何能向前运动？是否存在某种“总量”保持不变？
设计意图：从生活与科技情境中提取物理问题，让学生感知“动量守恒”的普遍性，初步建立“守恒”的物理观念。
（二）实验探究：验证“碰撞中的动量转移”（5分钟·渗透科学探究）
实验装置：气垫导轨（减小摩擦力）、两个质量不等的滑块（A：m=0.2kg，B：m=0.1kg）、光电门（测量速度）。
实验步骤：
让A以v =0.5m/s碰撞静止的B，记录碰撞后A的速度v '=0.17m/s，B的速度v '=0.66m/s；
引导学生计算碰撞前后总动量：
前：m_A v + m_B v = 0.2×0.5 + 0.1×0 = 0.1 kg·m/s；
后：m_A v ' + m_B v ' = 0.2×0.17 + 0.1×0.66 = 0.1 kg·m/s。
学生活动：分组计算并分享结果，提出猜想——“碰撞过程中总动量可能不变”。
设计意图：通过定量实验数据验证猜想，让学生经历“实验观察→数据处理→提出假设”的科学探究环节，体会实验是物理规律的基础。
（三）理论建构：推导动量守恒定律（15分钟·渗透科学思维）
问题引导：如何从理论上证明“总动量不变”？
推导逻辑：
明确系统与力的分类（科学思维：分析与综合）：
系统：滑块A+B（将相互作用的物体视为整体，简化问题）；
内力：A对B的弹力F 、B对A的弹力F （牛顿第三定律：F =-F ，内力矢量和为零）；
外力：重力、支持力（平衡）、摩擦力（气垫导轨可忽略）→合外力为零。
运用动量定理推导（科学思维：推理论证）：
对A：F ·Δt = mA v ' - mA v （动量定理）；
对B：F ·Δt = mB v ' - mB v ；
两式相加：(F +F )·Δt = (mA v ' + mB v ') - (mA v + mB v )；
因F =-F ，故左边=0→mA v + mB v = mA v ' + mB v '。
概括定律内容（物理观念：提炼规律）：
引导学生自主总结——系统不受外力或合外力为零时，总动量保持不变。
设计意图：让学生通过“分类→推导→概括”的思维过程，自主建构定律，提升“理想化模型”与“守恒思想”的科学思维能力。
（四）素养深化：守恒条件的多维解读（12分钟·渗透科学思维）
案例讨论：选取3个典型案例，让学生分组分析“是否守恒”，并说明理由（每组派代表分享）。
案例 系统选取 外力分析 守恒判断 素养指向
1. 光滑水平面上两球碰撞 两球 重力+支持力=0，无摩擦力 守恒 明确“合外力为零”的理想条件
2. 手榴弹爆炸为两块 手榴弹 爆炸瞬间内力>>重力（外力） 近似守恒 理解“外力远小于内力”的近似条件
3. 人站在粗糙地面推墙后退 人+墙 墙受地面摩擦力（外力） 不守恒；若选“人+墙+地球”，则外力为零→守恒 突破“系统选取”的思维局限，体会守恒律的普适性
总结提升：判断动量守恒的“三步法”——①定系统（将相互作用的物体纳入系统）；②析外力（计算合外力是否为零或近似为零）；③下结论。
设计意图：通过案例对比，让学生在“具体→抽象→具体”的过程中，深化对守恒条件的理解，提升科学思维中的“逻辑推理”与“问题解决”能力。
（五）科技链接：动量守恒的工程应用（5分钟·渗透科学态度与责任）
视频展示：火箭升空的反冲原理动画（标注“燃料燃烧产生的高温气体向后喷出，火箭向前运动，系统（火箭+气体）动量守恒”）。
提问：
火箭的反冲过程如何体现动量守恒？需要选取哪个系统？
动量守恒定律在航天器对接、磁悬浮列车等科技中的应用，给我们什么启示？
设计意图：将物理规律与前沿科技结合，让学生体会物理学对社会发展的推动作用，培养“科技报国”的科学态度与责任。
（六）课堂小结与作业（3分钟）
小结：
核心规律：动量守恒定律的内容、表达式、成立条件；
核心素养：通过实验探究（科学探究）→理论推导（科学思维）→建构规律（物理观念）→科技应用（科学态度），实现知识与素养的统一。
作业：
基础题：课本P16 第1、4题（巩固守恒条件判断）；
拓展题：查阅资料，说明“宇航员在太空如何利用动量守恒进行移动”（提升信息收集与科学写作能力）。
五、板书设计
动量守恒定律
一、核心观念：守恒律的普适性
1. 系统、内力、外力
2. 定律内容：合外力为零→总动量不变
二、科学思维：守恒条件的理解
- 理想条件：合外力=0
- 近似条件：内力>>外力
- 普适条件：选取更大的系统（如“物体+地球”）
三、科技应用：火箭反冲、航天器对接
四、素养提炼：物理观念→科学思维→科学探究→科学态度
六、教学反思
需关注学生在“系统选取”环节的思维障碍，可通过“小组辩论”的形式深化理解；
实验环节可增加“学生自主操作”的部分，进一步提升科学探究的参与度；
科技链接部分可引入“我国长征系列火箭的发展历程”，增强学生的民族自豪感与科学责任。
本教学设计以“物理观念”为基础，以“科学思维”为核心，以“科学探究”为路径，以“科学态度与责任”为升华，实现了学科知识与核心素养的深度融合，让学生在学习物理规律的同时，提升终身发展所需的关键能力与必备品格。

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