1.2 动量定理 教学设计 -2022-2023学年高二下学期物理人教版2019选择性必修第一册

第一章动量守恒定律 第2节动量定理教学内容分析《动量》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必修1课程中“动量与动量守恒定律”主题下的内容。课程标准要求为：理解冲量。通过理论推导，理解动量定理，能用其解释生产生活中的有关现象。关于动量定理，教材先考虑物体碰撞时受到的力为恒力的情况，将牛顿第二定律作为学生新知识的“增长点”，引导学生推导其基本表达式，再通过“微元法”将动量定理的适用范围从恒力过渡到非恒力，最后介绍生活实例来帮助学生认识动量定理的实际应用。该节教材直接引入了“动量”和“冲量”的基本概念，并没有创设具体的物理情境或物理模型去引发学生的思考，会使学生对于概念的理解不深刻，且不利于学生科学思维的发展；教材在推导出动量定理基本表达式之后缺少验证动量定理的物理实验，不利于学生科学探究能力的培养；学习动量定理后，可引导学生将动量定理与已掌握的动能定理进行对比学习，既能复习巩固动能定理的知识，也能理解两者之间的联系与区别。学情分析学生经过前一节内容的学习后已经了解动量的概念，在教师的带领下能初步的认识动量及其矢量性。但学生对于动量基本概念的理解和动量定理的应用方面存在一定困难，例如对物体进行受力分析时，因漏掉某个力而导致分析物体合外力冲量出现错误等。高二的学生已具备一定的抽象思维和逻辑思维，教师作为教学过程的主导者，需要去引导学生转变认知冲突，从而达到对知识正确的理解。教学目标1.物理观念(1)参与从粉笔下面抽纸条的活动，定性了解物体动量的改变与力和时间的关系；(2)知道冲量的概念及物理意义，能求合外力的冲量；(3)知道动量定理的表述，发展物体运动与相互作用的观念。2.科学思维(1)依据牛顿第二定律和加速度定义式推导Ft与速度变化的关系式（动量定理），构建模型、科学推理、科学论证；(2)利用“微元法”的思想解释F-t图像面积的含义，体会科学思维中的抽象方法和类比思想；3.科学探究观察DIS实验演示变力作用下的碰撞实验，获取证据，论证问题，发展科学探究能力。4.科学态度与责任用动量定理去解决实际问题，理解缓冲现象，在实际生活中应用缓冲来解除危机，提高安全意识与社会责任。教学重难点教学重点：冲量概念、动量定理的含义教学难点：动量定理表达式中矢量符号的转换教学方法：讲授法、实验探究法、启发式教学教学过程新课引入创设情境：首先带着学生复习前一节所学的碰撞概念及模型，然后将准备好的两颗鸡蛋于同一高度释放到海绵和硬木板上。实验现象：落在海绵上的鸡蛋完好无损，落在硬木板上的鸡蛋表面碎裂。提出问题1：鸡蛋落在海绵和硬木板上有何区别？讨论并回答：海绵比硬木板有更明显的形变过程，导致海绵的形变所用时间比硬木板形变所用时间长。(运用已有知识分析问题)提出问题2：为何鸡蛋作用时间越长越不容易碎裂？让学生们带着疑问正式进入动量定理的学习。【设计意图】物理观念即物理概念和规律在头脑中的提炼和升华，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。物理教师应创设符合学生认知基础的物理情境，让学生通过已有知识去分析和解释实验现象，这不仅能够激发学生对于物理学习的兴趣，而且能够帮助学生更好的理解物理概念和规律。新课教学建构模型，引发思考：某节体育课上同学对着墙壁踢球来练习足球传球技巧，足球在触碰墙壁前的瞬时速度为v0，在触碰墙壁后的瞬时速度为vt，触碰墙壁这一过程所用时间为t，假设墙壁对足球的力F恒为恒力，该如何运用学过的知识来表达出力？合作探讨，得出方案：分别对足球刚接触墙壁时和即将离开墙壁时进行分析（如图所示），首先可根据加速度的定义式得出：根据牛顿第二定律，墙壁对足球的作用力为F=ma=m化简得到： Ft=mvt-mv0依据推导，引出概念：式中的mvt和mv0，即教材前一节内容所探究的碰撞中的不变量，该不变量mv即动量，用字母P表示，由于速度为矢量，则动量也为矢量。可表达为FΔt=ΔP，这里的F即足球的合外力。物理学中将力与力作用时间的乘积定义叫做冲量，用字母I表示，由于力为矢量，则冲量同样也为矢量。上式中可看出物体在一个过程始末的动量变化量等于它在这个过程中所受力的冲量，这个关系叫做动量定理。过渡：根据动量和动量定理的概念，解释一下为何鸡蛋落在海绵上不容易碎裂。相互讨论，解决问题：于同一高度下落时，鸡蛋碰撞前的初速度相同，碰撞后的末速度vt=0，根据动量定理，鸡蛋动量的变化量相等，但由于海绵形变时间比硬木板长，则海绵作用在鸡蛋上的力小于硬木板作用在鸡蛋上的力，所以鸡蛋落在海绵上不容易碎裂。【设计意图】模型建构即对客观事物进行抽象和概括的基础上，抓住其关键因素，构建能反映其本质特征的理想模型的科学抽象过程。教师应善于利用生活中的具体实例来建构利于学生理解知识的物理模型，使物理教学变得生活化，学生才能够切合实际的感受物理的魅力，认知概念的本质。问题：如何从实验角度证明恒力作用下的动量定理？实验仪器:质量分别为m1和m2的两个物体（m1＜m2）、一个定滑轮、一条轻绳、一个铁架台、游标卡尺、两个光电门、电源、数据采集器。小组讨论，发现问题：根据公式FΔt=mΔv可知，实验关键在于证明变化的动量等于物体所受合外力的冲量。物体质量已知，Δt可通过光电门来测量，但物体的合外力F与物体速度的变化量Δv该如何测量？（分析实验仪器）适当指导，分配任务：实验仪器中两个物体、定滑轮和轻绳可组成阿特伍德机（如图所示），由于需要测量物体的合外力F，则需要对实验物体的运动过程进行受力分析。T-m1g=m1am2g-T=m2aF合=m1a得到合力表达式F合=即可通过已知的物体质量和重力加速度来计算出物体的合力。关于速度的变化量Δv的测量，首先用游标卡尺测出物体1的长度，再测量物体1通过每个光电门的时间，分别计算其通过每个光电门的瞬时速度，最终计算可得到Δv的值。实验的原理现已明确，让学生分小组进行合作讨论，将实验装置的草图画在草稿纸上，并说明该实验的具体操作步骤。合作学习，进行实验：学生经过讨论后上讲台展示实验草图.实验步骤：（1）依照图将实验仪器进行组装，注意组装光电门和数据采集器的全过程需保持电源处于关闭状态。（2）使用游标卡尺测量物块1的高度，多次测量后取物块1高度的平均值，记为。（3）检查仪器后打开电源正式开始实验，将物体2置于一定高度由静止状态开始释放，该过程物块1通过光电门1、2，记录光电门1、2的挡光时间分别为t1、t2和物块1通过光电门1、2所用的时间为t12。(4)多次测量，记录多组数据，通过公式计算合力和合力的冲量，比较动量变化量大小和冲量的大小。过渡：教师要求学生依据实验所测量的数据来设计实验表格，并将数据填入表格中。t1t2t12lI∆P分析数据，得出结论：学生观察I与ΔP的数据值大小几乎一致（在误差范围内），通过实验证明了恒力作用下的动量定理。提出问题：假设物体A仅受到水平向右的变力F，物体于光滑水平面做变速直线运动，若将总时间分成若干个趋近于零的时间段，则这些时间段内物体做什么运动？学生讨论并回答：由于每段时间特别短，物体A的合力F还来不及变化，所以物体A做匀变速直线运动。教师引导：假设第一段的初速度为v1，末速度为v'1，受到的力为F1，以此类推，可得对于物体A的运动过程，依据动量定理可得到：第一段F1t1=mv1'-mv1；第二段F2t2=mv2-mv1'；第三段F3t3=mv2'-mv2等等；观察这些等式有何规律？学生回答：将所有等式相加，等式的左边即物体A合外力的总冲量，等式的右边仅剩mv末-mv1，即物体总动量变化量，证明了动量定理的普适性，变力或恒力情况都能适用。【设计意图】科学探究即基于观察和实验提出的物理问题、形成猜想和假设、设计实验和制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评价、反思的能力，主要包括问题、证据、解释、交流等要素。教师安排学生合作学习，促使学生在相互讨论的过程中发现问题，教师再通过适当的引导学生，使学生自主完成目标实验，不仅加深了学生对新知识的理解，而且强化了科学探究能力。课后思考，布置作业：安排学生利用课后时间，将已学过的动能定理和动量定理进行比较分析，思考两者之间的适用范围、内在联系。能否用动量P去表示动能Ek的关系式？相反能否用动能Ek去表示动量P的关系式?板书设计§2动量定理冲量定义：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矢量表达式三、动量定理的应用教学反思新课改背景下教学设计的核心是研制学习目标以提升学生核心素养。通过明确学习目标，再基于目标整合教学资源，设计探究活动，有效