動(dòng)量守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)

《動(dòng)量守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì)一、教材分析本節(jié)課是人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書選修3-5第十六章第三節(jié)的內(nèi)容。就本章來(lái)講，它是對(duì)第二節(jié)“動(dòng)量和動(dòng)量定理”的深化，同時(shí)也是后面第四節(jié)“碰撞”和第五節(jié)“反沖運(yùn)動(dòng)火箭”的基礎(chǔ)。就本書來(lái)講它也是以后學(xué)習(xí)《原子核》中“放射性元素的衰變”時(shí)涉及的能量與動(dòng)量結(jié)合處理問題的基礎(chǔ)。就整個(gè)高中物理而言，這部分知識(shí)在帶電粒子在磁場(chǎng)、電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)也完全可以涉及。雖然新課程改革中對(duì)動(dòng)量的要求似乎比以前降低了一些，但它仍然常常和能量、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律結(jié)合，在比較復(fù)雜的綜合情境中出現(xiàn)。因此，學(xué)好動(dòng)量守恒，對(duì)學(xué)生解決實(shí)際問題有著舉足輕重的作用。二、學(xué)生分析盡管教材安排這部分內(nèi)容在比較靠后的課本中（選修3-5），但根據(jù)重慶高中物理教學(xué)情況，一般會(huì)在高一快結(jié)束時(shí)學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容，此時(shí)的學(xué)生已經(jīng)基本具備了邏輯分析能力、數(shù)學(xué)歸納能力。在學(xué)習(xí)本課之前，同學(xué)們已經(jīng)深入學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，也掌握了運(yùn)動(dòng)學(xué)中加速度的概念及運(yùn)算公式。經(jīng)過本章第一節(jié)對(duì)守恒量的探究，初步有了在碰撞前后"V總和不變的意識(shí)；經(jīng)過第二節(jié)的學(xué)習(xí)，又有了動(dòng)量的概念，也基本了解了動(dòng)量定理的內(nèi)容。這些學(xué)習(xí)過程和知識(shí)儲(chǔ)備都為展開本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。高中學(xué)生思維活躍，團(tuán)隊(duì)榮辱意識(shí)較強(qiáng)，對(duì)新鮮事物有強(qiáng)烈的好奇感，樂于去探索新問題，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象。所以我準(zhǔn)備采用多媒體PPT演示加上分組探究的方法完成本節(jié)課的教學(xué)，但是本節(jié)的兩個(gè)例題，因?yàn)椴⒉皇菄?yán)格意義上的動(dòng)量守恒，所以建議留到下一節(jié)課中去才好仔細(xì)講透。三、教學(xué)目標(biāo).知識(shí)與技能掌握“動(dòng)量守恒定律”的理論推導(dǎo)及其確切含義，掌握“動(dòng)量守恒定律”的應(yīng)用范圍及判斷什么情況下動(dòng)量守恒什么情況下動(dòng)量不守恒，并會(huì)用動(dòng)量守恒定律解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。.過程與方法通過視頻演示第一節(jié)對(duì)守恒量的探究實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的能力，并由此引入動(dòng)量守恒定律的理論推導(dǎo)過程；用分組討論方式培養(yǎng)學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)合作能力；通過運(yùn)用加速度公式、牛頓第二定律和牛頓第三定律推導(dǎo)出動(dòng)量守恒定律，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力，并巧妙的把原有知識(shí)和新內(nèi)容融合起來(lái)，達(dá)到知識(shí)間的融會(huì)貫通。.情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過小組討論展示匯報(bào)等，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和團(tuán)體榮譽(yù)感，展示自我的能力與自信心。培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评矸椒?，培養(yǎng)同學(xué)們善于根據(jù)形象的物理現(xiàn)象歸納出抽象的物理結(jié)論的能力。讓同學(xué)們認(rèn)識(shí)到，物理知識(shí)其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn)，它就存在于我們身邊，提高同學(xué)們對(duì)物理的興趣。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：動(dòng)量守恒定律的結(jié)論得出的過程（理論推導(dǎo)），基本掌握動(dòng)量守恒定律及其簡(jiǎn)單應(yīng)用。難點(diǎn)：在具體情境中動(dòng)量守恒定律的適用條件的判斷。五、教學(xué)方法教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流、匯報(bào)展示六、教學(xué)設(shè)計(jì)：引入新課同學(xué)們，前一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了動(dòng)量定理，知道一個(gè)物體受到力的沖擊作用后，動(dòng)量會(huì)發(fā)生變化。那么兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體相互作用時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)怎樣的結(jié)果呢？比如，讓我們看看生活中的這些現(xiàn)象。（播放視頻，兩個(gè)碰撞，兩個(gè)反沖。）類似視頻中的現(xiàn)象一樣，生活中還有很多其它的例子，這些過程中相互作用的物體的動(dòng)量都發(fā)生了變化，但它們究竟遵循著什么樣的規(guī)律呢？那么這節(jié)課我們就要探討這個(gè)問題。探究教學(xué)讓我們先從前面對(duì)碰撞中的守恒量的探究說起。在幾乎無(wú)阻力的氣墊導(dǎo)軌上，運(yùn)動(dòng)的滑塊和等質(zhì)量的靜止彈性滑塊碰撞，結(jié)果運(yùn)動(dòng)的滑塊停下而原來(lái)靜止的滑塊彈開，根據(jù)儀器記錄，發(fā)現(xiàn)兩滑塊通過光電門的時(shí)間是相等的。問1：碰撞前后兩滑塊速度有何關(guān)系？（答：碰前A<B>與碰后B<A>速度相等）問2：兩滑塊碰撞前后動(dòng)量有何關(guān)系？（答：碰前A<B>與碰后B<A>動(dòng)量相等）問3：兩滑塊碰撞前后動(dòng)量的總和有何變化？（答：沒有變化）當(dāng)然，我們可能還經(jīng)過其他各種各樣的探究……經(jīng)過探究，我們好像發(fā)現(xiàn)，在碰撞前后，兩個(gè)物體的總動(dòng)量是不變的！這是探究的次數(shù)太少或方案不盡全面而出現(xiàn)的巧合呢，還是一種必然？我們不可能把所有方案都進(jìn)行探究，更不可能無(wú)窮盡地進(jìn)行探究，因此，需要考慮從理論上來(lái)分析這一結(jié)果是否成立。為了找出合適應(yīng)用的理論，我們先把剛才的那些碰撞過程簡(jiǎn)化如下：碰前：水平光滑桌面上，質(zhì)量為m1和m2的兩個(gè)小球，以速度匕和v2沿同一直線作同向勻速運(yùn)動(dòng)，且v2>v1碰撞過程中：2小球?qū)?小球的作用力是F1，1小球?qū)?小球的作用力是F2,碰撞持續(xù)時(shí)間為△看.碰后：兩小球的速度分別為v1′和v；.咱們發(fā)現(xiàn)以下三點(diǎn)：一是小球在碰撞前后速度發(fā)生了改變，而碰撞過程有時(shí)間的持續(xù)，這告訴我們可以用運(yùn)動(dòng)學(xué)中加速度的公式進(jìn)行分析；同時(shí)，小球受到水平彈力的作用，在此力的作用下會(huì)產(chǎn)生加速度，這意味著我們可以從牛頓第二定律入手進(jìn)行分析；最后，小球給彼此的力屬于相互作用力，那么我們還可以從牛頓第三定律著手分析。接下來(lái)，請(qǐng)同學(xué)們以每5人為一小組，進(jìn)行合作討論分析，看看碰撞中動(dòng)量守恒這一結(jié)論是否在理論上真的成立。完成以后，各小組推選一個(gè)代表，把你們小組分析的過程以及結(jié)論向大家展示匯報(bào)，建議最好有完整的書面表達(dá)。（接下來(lái)學(xué)生分組討論分析，教師巡視指導(dǎo)，然后小組展示匯報(bào)，教師對(duì)各小組的匯報(bào)展示作必要的引導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)，主要肯定他們做得好的方面，如果有所不足，則盡力引導(dǎo)。）匯總大家的展示交流，我們可以把推導(dǎo)的過程這樣呈現(xiàn)（PPT快速播放推理過程）。需要特別注意的是，力F1和F2的大小其實(shí)會(huì)隨碰撞中形變改變而改變，即我們用它來(lái)計(jì)算加速度時(shí)，只是計(jì)算了一個(gè)平均值，但是，它們之間的等大反向關(guān)系，在整個(gè)碰撞的任意時(shí)刻都成立，那么由此推導(dǎo)出來(lái)的結(jié)果對(duì)碰撞中的任意兩個(gè)時(shí)刻都成立，即不僅僅碰撞前后兩滑塊的動(dòng)量相同，這個(gè)總動(dòng)量也等于碰撞過程中任意時(shí)刻兩滑塊的總動(dòng)量。歷史上，通過幾代物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)上和理論上的分析、探索與爭(zhēng)論，人們終于在18世紀(jì)形成這樣的共識(shí)：如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為0，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這就是動(dòng)量守恒定律。對(duì)于定律，我們需要作如下理解。所謂系統(tǒng)，就是指相互作用的兩個(gè)（或多個(gè)）物體，比如，兩個(gè)小球碰撞時(shí)，就可把它們看成一個(gè)系統(tǒng)。而外力，則指系統(tǒng)以外的物體對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物體施加的力。與之對(duì)應(yīng)的，就有內(nèi)力這一概念，指系統(tǒng)內(nèi)物體之間彼此施加給對(duì)方的作用力。比如，兩個(gè)小球在光滑桌面上碰撞時(shí)，小球之間的撞擊力屬于內(nèi)力，桌面給小球的支持力，以及小球的重力，屬于外力?？倓?dòng)量保持不變的意思，是說系統(tǒng)內(nèi)所有物體動(dòng)量的矢量和保持不變，但系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)物體的動(dòng)量卻是可以發(fā)生變化的。為了加深對(duì)動(dòng)量守恒定律的理解，我們用它來(lái)解決這樣一個(gè)問題，請(qǐng)看例題。例：質(zhì)量為m的子彈以水平速度％射向靜止在光滑水平面上的質(zhì)量為M的木塊，并留在木塊中不再射出，求木塊和子彈的共同速度。分析：在子彈射進(jìn)木塊的整個(gè)過來(lái)中，把子彈和木塊作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，它們受到重力和桌面的支持力，二者在豎直方向上平衡；水平方向上，二者除了彼此給予對(duì)方的內(nèi)部擠壓力外，沒有受到外界施加的任何力。那么，它們所受外力的矢量和為0，滿足動(dòng)量守恒定律的條件。把子彈射進(jìn)木塊前作為初始狀態(tài)，此時(shí)，系統(tǒng)的總動(dòng)量為子彈的動(dòng)量mvo,把子彈完全停留在木塊內(nèi)和木塊有相同的速度時(shí)作為末狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)量為（m+M）v共根據(jù)動(dòng)量守恒定律,兩個(gè)狀態(tài)下系統(tǒng)的總動(dòng)量是相同的,即mv=(m+M)v解得木塊和子彈的共同速度為v共=mvo/(m+M)根據(jù)這一例題,我們發(fā)現(xiàn),用動(dòng)量守恒定律解決問題時(shí),不再像用牛頓運(yùn)動(dòng)定律那樣,要把過程中每個(gè)時(shí)刻的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都分析清楚,而只需要關(guān)心兩個(gè)特定時(shí)刻的狀態(tài)就行了,這正是動(dòng)量守恒定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律在解決問題時(shí)的一大差別。其實(shí),二者還有更為深刻的差別。我們知道,牛頓運(yùn)動(dòng)定律只能解決低速、宏觀問題,在高速、微觀問題中已經(jīng)不再適用,但動(dòng)量守恒定律卻仍然可以使用。這在我們以后的學(xué)習(xí)中會(huì)慢慢體會(huì)到。至此,我們已經(jīng)知道了動(dòng)量守恒定律的理論由來(lái)、成立條件以及簡(jiǎn)單應(yīng)用,其實(shí),我們還可以從另一個(gè)方面來(lái)理解動(dòng)量守恒定律。根據(jù)動(dòng)量守恒的條件,結(jié)合沖量的知識(shí),你能否從動(dòng)量定理的角度理解動(dòng)量守恒定律？同學(xué)們依然以原來(lái)的分組方式小組討論,提出你們小組的看法。（小組討論,教師巡視指導(dǎo)；然后小組展示,教師根據(jù)情況給予引導(dǎo)和點(diǎn)評(píng)。）正如大家展示的一樣,在相互作用的過程中,系統(tǒng)內(nèi)物體彼此施加對(duì)方的力經(jīng)過時(shí)間的積累產(chǎn)生了沖量,根據(jù)動(dòng)量定理,這一沖量改變了對(duì)方的動(dòng)量。但因?yàn)楸舜耸┘咏o對(duì)方的力是等大反向的,且這力作用的時(shí)間是完全相同的,那么彼此動(dòng)量的改變就是等大反向的,兩個(gè)物體動(dòng)量改變的矢量和為0,即系統(tǒng)的總動(dòng)量沒有改變！顯然,無(wú)論是根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律中力產(chǎn)生加速度從而改變速度來(lái)分析,還是根據(jù)沖量改變動(dòng)量來(lái)看,在第一節(jié)的探究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的碰撞時(shí)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變這一結(jié)論,都不是偶然,而是理論上的必然結(jié)果。那么,就讓我們?cè)賾?yīng)用這一定律,來(lái)嘗試解釋生活中的這些現(xiàn)象吧。（小組提問方式解答分析，重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)會(huì)選擇系統(tǒng)，分析動(dòng)量守恒成立條件，解釋清楚作用前和作用后的動(dòng)量之間在大小和方向上的關(guān)系。此處因?yàn)樯婕岸S問題，所以不作嚴(yán)格計(jì)算，只作粗略分析。）回歸點(diǎn)題其實(shí)，正如大家解釋的這四個(gè)現(xiàn)象，前兩個(gè)現(xiàn)象屬于本章教材第四節(jié)要研究的問題——碰撞，而后兩個(gè)現(xiàn)象則屬于第五節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——反沖運(yùn)動(dòng)與火箭。生活中還有很多現(xiàn)象，都可以根據(jù)這一定律去解釋和解決，只要所研究的系統(tǒng)所受的合外力為0，那么無(wú)論其作用的過程多么