【教案】动量定理教学设计（人教版2019选择性必修第一册）

.1动量教学设计备课人学科物理课题1.2动量定理教学内容分析动量定理是一个重要的规律，它揭示了力在一段时间内连续作用的累积效果与动量变化之间的关系，进一步揭示了运动状态变化与相互作用之间的关系。前一节内容重在建立动量概念，并没有关注一个物体动量变化的原因。通过恒力情况下的理论推导，可以认识到冲量是动量发生变化的原因，同时动量定理也是下一节从理论上推导动量守恒定律的基础。教材虽然是在恒力作用的情况下由牛顿第二定律推导出动量定理的，但是动量定理不仅适用于恒力的情况，也适用于变力的情况。正因为如此，动量定理在实际中有更广泛的应用，尤其在解决作用时间短、作用力大而且随时间变化快的打击、碰撞等问题时，用动量定理要比用牛顿第二定律更方便。在前面的学习中，学生已经具有力、加速度、动量和牛顿第二定律等知识，掌握了矢量的运算法则，具备一定的分析和推理论证能力，具有通过建立简单的物理模型解决生活中实际问题的能力，但是面对复杂情境，学生还是有较大的困难。本节中动量定理的矢量性，是学生学习的一个难点，需要在解决问题的过程中，通过遵循严格的程序和规范的运算来加以突破。本节课的教学重点是动量定理的推导及应用。学情分析学生已经掌握了动量概念，会运用牛顿第二定律和运动学公式等，为本节课的学习打下了坚实的基础。高中生思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡，因此在教学中需要以一些感性认识为依托，加强直观性和形象性，以便学生理解,因此在教学中多让学生参与利用动量定理解释生活中的有关现象，加强学生思维由形象到抽象的过渡。教学目标1.能在恒力情况下进行理论推导，得出动量定理及其表达式。2.知道冲量概念，知道动量定理及其表达式的物理意义。3.知道动量定理适用于变力情况，领会求解变力冲量时的极限思想。4.会用动量定理解释生活生产中的相关现象和解决实际问题。教学重难点1.教学重点：（1）动量定理的推导和对动量定理的理解（2）利用动量定理解释有关现象和一维情况下的定量分析。2.教学难点：动量定理的矢量性，也就是如何正确理解“合”外力的冲量等于物体“动量的变化”。尤其是方向的一致性，即合外力的冲量的方向和动量变化量的方向一致。教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入有些船和码头常悬挂一些老旧轮胎，你知道这些轮胎有什么作用吗？以下图片中的原理和上述例子相同的有哪些？以上情景中物体的受力与各自的动量变化有怎样的关系呢？回答：主要的用途是减轻船舶靠岸时码头与船体撞击。举一些可以缓冲效果的例子。思考并尝试回答物体的受力与各自的动量变化的关系。从船和码头悬挂旧轮胎的作用到学生自行举例子，再到从多种情境中选取原理相同的情景，最后直接物体的受力与各自的动量变化的关系，直接引导学生往物体的受力与各自的动量变化的关系，引导学生观察生活，思考问题，并学会从已学知识解答问题。新课教学一、动量定理（一）利用牛顿第二定律推导动量定理【情景1】在光滑水平面上的质量为m的物体在水平恒力F的作用下，经过时间t，速度由v变为v′。【分析】如图所示,物体的初动量为p=mv,末动量为p′=mv′,由加速度的定义式:由牛顿第二定律F=ma=,可得Ft=mv′-mv，即Ft=p′-p【情景2】假设在拉力F和阻力f的共同作用下，质量为m的物块的速度由v1变为v2，已知两力作用的时间为t，试运用运动学公式和牛顿第二定律来表述加速度，联立两式消去加速度，找出力与质量和速度的关系。类比复习高一物理我们曾经学过类似的知识，假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动，初始时刻物体的速度为v，经过一段位移∆x，它的速度为v'.当时，我们经过推导得到的是：我们把F∆x认为是力在位移上的累积，称为力的功。那么我们是不是可以把F∆t认为是力对时间的累积呢？（三）冲量请同学们阅读课文，总结找一下有关冲量的概念。１.定义：作用在物体上的力和作用时间的乘积，叫做该力对这个物体的冲量I，用公式表示为I=Ft2.单位：在国际单位制中，冲量的单位是牛·秒，符号是N·s3.冲量是矢量：方向由力的方向决定，若为恒定方向的力，则冲量的方向跟这力的方向相同4.冲量是过程量，反映了力对时间的积累效应回想一下之前学习过的功，想想它与冲量有哪些异同？5.冲量与功的比较如果在一段时间内的作用力是一个变力，又该怎样求这个变力的冲量？展示下列两图，并让学生总结冲量求解方法：（1）把碰撞过程细分为很多短暂过程，每个短暂过程中物体所受得力没有很大的变化，这样对于每个短暂过程就能够应用Ft=Δp，把应用于每个短暂过程的关系式相加，就得到整个过程的动量定理。在应用Ft=Δp处理变力问题时，式中F应该理解为变力在作用时间内的平均值。（2）对于方向不变、大小随时间均匀变化的变力,冲量也可用I=F(t'-t)计算,但式中的F应为Δt时间内的平均力,即冲量与物体动量的改变量间的关系有什么具体定量关系？1.内容：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化，这就是动量定理。2.表达式：，或3.理解：(1)表明合外力的冲量是动量变化的原因；(2)动量定理是矢量式，合外力的冲量方向与物体动量变化的方向相同;（3）动量的变化率：动量的变化跟发生这一变化所用的时间的比值。由动量定理，得，可见，动量的变化率等于物体所受的合力。当动量变化较快时，物体所受合力较大，反之较小；当动量均匀变化时，物体所受合力为恒力。学生根据学案提示完成填空部分。学生自行完成推导过程。学生回顾知识并回答内容。学生自行阅读课文并总结冲量的有关知识。学生回顾知识并填写表格内容。听老师讲解微元法。在知道微元法之后看图试图总结图片模型解决冲量的方法，并和老师一道总结变力冲量的求解方法。根据提问，查阅思考问题并对知识内容进行填空。引导学生学会用已知物理知识去分析未知物理问题能力。采用类比思想引导学生建立冲量的概念，这样是过度更加自然。培养学生自主学习能力。引导学生建立完整的知识体系。感受微元法的解决物理问题的魅力。直接讲解微元法对于学生来讲太过突兀，也不便于学生理解，先对微元法进行讲解，然后让学生自行总结，既不将问题难度维度提的太高，也可以轻松过度让学生为主体的进行思考。先提问冲量与物体动量的改变量间的关系有什么具体定量关系，让学生学会对自己先前通过已知内容的进行归纳总结，同时理解冲量和动量变化的关系。二、动量定理的应用（一）典例精析【例题】一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为45m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01s。球棒对垒球的平均作用力是多大？提问：你能总结一下利用动量定理解答问题方法和注意事项吗？动量定理的应用步骤1、确定研究对象：一般为单个物体；2、明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量；3、明确研究对象的初末状态及相应的动量；4、选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化；5、根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解。（四）动量定理解释生活现象（1）这些场景中的垫子、沙坑、轮胎的缓冲为什么可以保护好人和船不受到太大力的作用？提示：由Ft=Δp可知：△p一定，t长则F小(2)这些场景中为什么物体可以获得更大的作用力呢？提示：由Ft=Δp可知：△p一定，t短则F大流体模型想一想：人们常说“滴水穿石”，请你根据下面所提供的信息，估算水对石头的冲击力的大小。一瀑布落差为h＝20m，水流量为Q＝0.10m3/s，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，水在最高点和落至石头上后的速度都认为是零。(落在石头上的水立即流走，在讨论石头对水的作用时可以不考虑水的重力，g取10m/s2)提示学生解答这个问题需要建立“流体模型”：1.基本方法：用动量定理解决流体问题，一般采用微元法：即取一个很短时间Δt，对Δt内流出液体Δm用动量定理。2.解题的关键：（1）确定Δm与Δt、液体的速度、密度等关系。（2）确定Δm作用前后速度的变化。（3）Δt趋近零时，Δm很小，所受的重力均不计。3.特点：⑴对水枪喷射问题，当空中水柱稳定后，空中水的体积不变，任何时间内从枪口射出的水等于射向墙壁或物体的水。⑵若水柱不散开，水柱的横截面积与水的速度成反比。利用牛顿第二定律推导动量定理利用牛顿第二定律推导动量定理类比复习冲量动量定理尝试解答例题：【解析】垒球的初动量为p=mv=0.18×25kg·m/s=4.5kg·m/s垒球的末动量为pˊ=mvˊ=(－0.18)×25kg·m/s=－8.1kg·m/s由动量定理知垒球所受的平均作用力为负号表示力的方向与垒球飞来的方向相反学生尝试总结动量定理解题步骤并与其他学生分享。学生就动量定理的知识去解决生活知识问题。学生就动量定理的知识去和思路提示，解答问题：【解析】设水滴下落与石头碰前速度为v，则有mgh＝eq\f(1,2)mv2设时间Δt内有质量为Δm的水冲到石头上，石头对水的作用力为F，由动量定理得：－FΔt＝0－Δmv又因Δm＝ρQΔt联立得：F＝ρQeq\r(2gh)＝2×103N由牛顿第三定律，水对石头的作用力F′＝F＝2×103N，方向竖直向下。深入理解动量的矢量性，初步体会动量定理在生活中的应用。让学生总结解题步骤，分享交流，既锻炼学生的总结能力，加深对动量定理的理解。学以致用，培养学生学会用知识去分析生活中的问题。采用问题引导学生思考，提高学生利用所学知识解答未知问题的能量。课堂总结典例精析动量定理的应用步骤动量定理解释生活现象典例精析动量定理的应用步骤动量定理解释生活现象流体模型动量定理的应用动量定理动量定理板书设计第2节动量定理一、动量定理（一）冲量定义：力与作用时间的乘积表达式：I=F∆tN·s矢量F-t图像面积表示力的冲量（动量定理）1.内容2.mv2-mv1=F合∆t矢量表达式二、动量定理的应用作业设计作业分为两块，一是课堂练习，旨在对本堂课学习中动量的概念和实验思路进行检测，一是分层练习，分层次的训练学生对知识的掌握情况。教学反思与评价就教学过程的设计和安排而言，从学生的角度出发,创设有驱动性的物理情景,巧妙设置认知冲突,让学生在前后矛盾或知与不知的强烈冲突中由“无疑”而“生疑”,由“有疑”而“释疑”是本课获得较好教学效果的前提。教学问题的选择、设计与呈现，应该从学生的实际出发与他们的真实需求相吻合，和他们的实际水平相匹配，无论是教学流程的设计，还是教学活动的开展，都必须符合学生的学习规律和心理特点。在教学的逻辑关系上，在动量定理的教学中,借助于分析光滑水平面上恒力作用下物体的运动情况,结合动量、冲量的概念及牛顿定律,在引导学生导出了动量定理之后,为了深化学生对动量定理的认识,组织学生讨论了动量定理在两个方面的应用：一是定性分析,解释现象；二是定量计算,求解相关物理量的大小。通过逐步深入地对上述问题进行思维上的诱导,学生对动量定理的认识就会更加趋于完善和巩固。这样的教学设计可以清晰的帮助学生理顺知识的逻辑结构,使知识之间的联系更为紧密；使抽象的概念、规律具体化、形象化、情景化;可以促进学生的交流与沟通,使学生在不同思维的评判和反思中,看到一个问