實驗驗證動量守恒定律（教學設(shè)計）高二物理系列（人教版2019選擇性）

1.4實驗：驗證動量守恒定律教學設(shè)計備課人學科物理課題1.4實驗：驗證動量守恒定律教學內(nèi)容分析教材在第1節(jié)通過教師演示實驗引導學生尋求碰撞中的不變量，后面又通過理論推導得出了動量守恒定律。學生通過必修課程的學習，已經(jīng)儲備了豐富的運動與相互作用關(guān)系的知識，初步形成了運動與相互作用觀和能量觀。本節(jié)主要是引導學生在初步掌握動量守恒定律的基礎(chǔ)上，利用已有的知識進行實驗設(shè)計、實驗觀察和數(shù)據(jù)分析。本節(jié)的重點應(yīng)放在實驗方案設(shè)計和實驗數(shù)據(jù)分析上。學情分析學生學習了動量守恒定律，熟悉在各種情境下運用動量守恒定律解決問題，知道動量守恒定律的條件，這些知識幫助學生分析動量是否守恒，為學生設(shè)計實驗方案提供啟發(fā)。學生獨立設(shè)計實驗方案能力較差，對實驗方案缺乏全面分析，實驗操作、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理能力有待進一步提升。教學目標1.能依據(jù)已有知識合理設(shè)計實驗方案。2.能合理地選擇實驗器材，獲得實驗數(shù)據(jù)，分析實驗數(shù)據(jù)，形成結(jié)論。3.能撰寫實驗報告，用學過的物理術(shù)語、圖表等交流本實驗的探究過程與結(jié)論。4.堅持實事求是，在合作中既能堅持觀，點又能修正錯誤。教學重難點1.教學重點：分析處理實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)驗證動量守恒定律。2.教學難點：設(shè)計驗證動量守恒定律的實驗方案。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖新課導入提出問題：1.系統(tǒng)動量守恒的條件是什么？對學生回答的條件進行標記總結(jié)，幫助學生理解。提出問題：2.系統(tǒng)滿足動量守恒定律的公式是什么？引導學生思考：上一節(jié)課我們分別通過動量定理和牛頓運動定律兩個不同的角度，理論上證明了動量守恒定律，那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^實驗來加以驗證呢？學生回答動量守恒定律的條件：(1)系統(tǒng)不受外力；(2)系統(tǒng)受到外力，但外力的合力為零；(3)系統(tǒng)所受外力合力不為零，但系統(tǒng)內(nèi)力遠大于外力，外力相對來說可以忽略不計，因而系統(tǒng)動量近似守恒；(4)系統(tǒng)總的來看雖不符合以上三條中的任何一條，但在某一方向上符合以上三條中的某一條，則系統(tǒng)在這一方向上動量守恒.在回顧知識的基礎(chǔ)上引導學生深入思考，這樣過度順利，也能順利搭建學生知識體系。新課教學第一部分：實驗思路問題：生活中什么樣的過程可以盡可能的滿足動量守恒的條件？碰撞過程——盡管生活中碰撞的物體所受合外力不能為零，但在這一過程中往往內(nèi)力遠大于外力，我們可以近似認為碰撞滿足動量守恒定律的條件。學生嘗試回答問題并與其他同學交流學生在進行交流回答中加強對動量守恒定律的條件的理解。第二部分：物理量的測量根據(jù)動量守恒定律的表達式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，實驗中我們需要測量哪些物理量？2.如何測兩個物體的質(zhì)量？3.如何測量物體碰撞前后的速度？根據(jù)你所學以往知識能說出幾種？學生回答：（1）測量物體的質(zhì)量：m1和m2（2）測量物體碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'回答問題：物體質(zhì)量可用天平直接測量回答問題：（1）利用打點計時器測速（2）利用光電門測速（3）利用機械能守恒定律測速（4）利用平拋運動測速引導學生深入思考，為后面進行實驗設(shè)計做好鋪墊。第三部分：數(shù)據(jù)分析提出問題：利用碰撞進行驗證動量守恒定律時，在數(shù)據(jù)分析上會存在哪些困難，我們?nèi)绾卧O(shè)計實驗才能方便數(shù)據(jù)分析？教師總結(jié)：動量是矢量，在計算兩物體碰撞前后動量之和時可能設(shè)計用到平行四邊形法則，這在計算上難度大，為了減少數(shù)據(jù)分析困難，我們可以利用碰撞前后物體都在同一直線上運動（一維碰撞問題）。學生回答嘗試回答并交流。培養(yǎng)學生在實驗中簡化實驗操作的能力。第四部分:方案設(shè)計（一）實驗器材展示：可供選擇的實驗器材：提問：你是否可以從以上器材中選擇其中的一些，設(shè)計除符合要求的實驗方案來？方案設(shè)計方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒實驗器材：設(shè)計思路：（1）如何調(diào)整使系統(tǒng)合外力為0？（2）實驗得到什么樣的結(jié)果說明系統(tǒng)動量守恒？教師在學生回答問題基礎(chǔ)上和學生一起歸納實驗步驟：(1)用天平測量兩滑塊的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計好的表格中。(2)安裝光電門，使兩個光電門之間的距離約為50cm。(3)導軌通氣后，調(diào)節(jié)氣墊導軌水平，使滑塊在氣墊導軌上保持不動或勻速直線運動。(4)使兩滑塊依次發(fā)生上圖三種碰撞情況，計算滑塊碰撞前后的速度。(5)改變滑塊質(zhì)量，重復步驟(4)。(6)整理實驗儀器，數(shù)據(jù)處理，尋找守恒量。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理提出問題：如何進行設(shè)計分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導歸納并對數(shù)據(jù)分析進一步歸納得出：mA＞mB,運動滑塊A撞擊靜止滑塊B。mAv1=mAv2+mBv3運動滑塊A撞擊靜止滑塊B，撞后兩者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共兩靜止滑塊被彈簧彈開，一個向左，一個向右0=mAvA-mBvB實驗結(jié)論在實驗誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個小車的動量守恒。注意事項：利用該實驗進行實驗時，應(yīng)怎樣注意哪些事項？教師在學生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)注意事項：（1）保證是一維碰撞。（2）氣墊導軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學儀器。切忌振動、重壓，嚴防碰傷和劃傷，絕對禁止在不通氣的情況下將滑行器在軌面上滑磨。調(diào)整水平時注意利用水平儀。（3）由于碰撞的情形很多，猜想的不變量只有在各種方案中都不變才能符合要求，成為實驗結(jié)論。（4）考慮到速度的矢量性，記錄數(shù)據(jù)時應(yīng)規(guī)定正方向。若速度方向與規(guī)定的正方向相同，則速度取正值，若速度方向與規(guī)定方向相反，則取負值。方案二：用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律實驗器材：設(shè)計思路：（1）該實驗動量守恒的條件是什么？（2）實驗得到什么樣的結(jié)果說明系統(tǒng)動量守恒？實驗步驟：(1)先用天平稱量出兩個小球的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實驗裝置，注意使實驗器的斜槽末端點的切線水平。(3)在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復寫紙。(4)在白紙上記下重垂線所指的位置O，它表示入射小球m1碰撞前球心的豎直投影點。(5)先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處靜止?jié)L下，重復10次，用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時的落地點。（6）把被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球從同一位置靜止?jié)L下，使它們發(fā)生正碰，重復10次，同理求出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的平均位置N。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理提出問題：如何進行設(shè)計分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導歸納并對數(shù)據(jù)分析進一步歸納得出：用刻度尺測出線段OM、OP、ON的長度，把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。實驗結(jié)論m1OP＝m1OM＋m2ON結(jié)論:碰撞前兩小球的動量之和等于碰撞后兩小球的動量之和。利用該實驗進行實驗時，應(yīng)怎樣注意哪些事項？教師在學生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)注意事項：（1）斜槽末端要切線要水平；（2）每次小球下滑要從同一位置處由靜止釋放；（3）要保證對心碰撞，兩球必須大小相等；（4）小球的諸多落點要用用圓規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點；（5）入射小球的質(zhì)量m1和被碰小球的質(zhì)量m2的大小關(guān)系是m1>m2。方案三：單擺測速驗證動量守恒實驗器材：設(shè)計思路：（1）該實驗動量守恒的條件是什么？（2）實驗得到什么樣的結(jié)果說明系統(tǒng)動量守恒？實驗步驟：(1)先用天平稱量出兩個小球的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實驗裝置，注意使兩球球心在同一水平線上。(3)現(xiàn)將A球拉開讓細繩與豎直方向夾角為θ，然后將細繩由靜止釋放，然后讓其與B球相撞，然后記下AB組合達到最高點時細繩與豎直方向的夾角β。(4)記錄對應(yīng)的θ和β。實驗數(shù)據(jù)記錄與處理提出問題：如何進行設(shè)計分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導歸納并對數(shù)據(jù)分析進一步歸納得出驗證以下結(jié)就可以得出結(jié)論：實驗結(jié)論結(jié)論:碰撞前兩小球的動量之和等于碰撞后兩小球的動量之和。方案四：用打點計時器驗證動量守恒實驗器材問題（1）如何調(diào)節(jié)使該實驗裝置動量守恒？（2）實驗得到什么樣的結(jié)果說明系統(tǒng)動量守恒？實驗步驟1)先用天平稱量出兩個小車的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實驗裝置，注意使兩小車重心在同一水平線上。(3)將固定帶有打點計時器的一端墊高，將小車放在軌道上，輕輕推動小車，讓小車在軌道上做勻速直線運動。(4)將紙帶穿過打點計時器并固定在小車A的一端，讓小車B靜止的放置在木板上；（5）先接通電源，再釋放紙帶，接著與原來靜止在前方的小車B相碰并粘合成一體繼續(xù)運動；（6)關(guān)閉電源，取下紙帶，換上新紙帶，重復步驟(4)(5)(6)，選出較理想的紙帶如圖乙所示；實驗數(shù)據(jù)記錄與處理提出問題：如何進行設(shè)計分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導歸納并對數(shù)據(jù)分析進一步歸納得出驗證以下結(jié)就可以得出結(jié)論：實驗結(jié)論在實驗誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個小車的動量守恒。學生選擇實驗器材、設(shè)計自己的實驗方案并與其他同學進行交流。學生在老師提出的設(shè)計思路再次完成實驗方案設(shè)計。學生和教師一起歸納實驗步驟。學生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。學生對實驗注意事項提出自己的想法并交流。學生在老師提出的設(shè)計思路再次完成實驗方案設(shè)計。學生和教師一起歸納實驗步驟。學生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。學生對實驗注意事項提出自己的想法并交流。學生在老師提出的設(shè)計思路再次完成實驗方案設(shè)計。學生和教師一起歸納實驗步驟。學生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。學生在老師提出的設(shè)計思路再次完成實驗方案設(shè)計。學生和教師一起歸納實驗步驟。學生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。培養(yǎng)學生實驗設(shè)計能力，鍛煉學生利用實驗解決問題能力。通過設(shè)計交流鍛煉學生的實驗設(shè)計能力。通過設(shè)計交流鍛煉學生的實驗設(shè)計能力。課堂總結(jié)方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律方案三：單擺測速驗證動量守恒方案四：用打點計時器驗證動量守恒數(shù)據(jù)分析方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律方案三：單擺測速驗證動量守恒方案四：用打點計時器驗證動量守恒數(shù)據(jù)分析實驗思路實驗：驗證動量守恒動量物理量的測量方案設(shè)計板書設(shè)計方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律方案三：單擺測速驗證動量守恒方案四：用打點計時器驗證動量守恒數(shù)據(jù)分析方案一：研究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗證動量守恒定律方案三：單擺測速驗證動量守恒方案四：用打點計時器驗證動量守恒數(shù)據(jù)分析實驗思路實驗：驗證動量守恒動量物理量的測量方案設(shè)計作業(yè)設(shè)計作業(yè)分為兩塊，一是課堂練習，旨在對本堂課學習中動量的概念和實驗思路進行檢測，一是分層練習，分層次的訓練學生對知識的掌握情況。教學反思與評價（一）優(yōu)點本節(jié)實驗課明確將教學重點確定為用不同實驗方案驗證動量守恒的實驗思路與注意事項，將難點確定為用不同實驗方案中各物理量的測量及實驗數(shù)據(jù)分析，并通過以下策略成功突出重點，突破難點：1.課前精心準備，對實驗方案設(shè)計進行充分預(yù)設(shè)，然后有意按照不同實驗方案精選器材分組準備；2.課上能做到體現(xiàn)為中心教學設(shè)計，先用知識回顧，順利引入新課，再用發(fā)散問題，順利啟發(fā)學生深入思考，按照各自手中的實驗器材設(shè)計出實驗方案。3.學生通過交流實驗方案，交流實驗結(jié)果，讓學生對動量守恒定律的條件和普遍適用性能有更深層次的理解。（二）不足本節(jié)實驗課對學生預(yù)估不足，學生實驗?zāi)芰Σ粔驈姡瑢W生表達能力不強，導致實驗課存在以下不足：1.學生自主設(shè)計實驗表述不完善，需要老師補充完善，這樣學生導致方案設(shè)計耗時太長，學生實驗有些倉促。2.實驗方案二中學生找平均圓心位置及實驗方案三重測量β值的誤差較大。4.由于時間關(guān)系，本實驗限制各組學生實驗器具，對學生思想培養(yǎng)力度不夠。5.教師和學生對實驗創(chuàng)新性的挖掘不夠。（三）改進思路本實驗繼續(xù)堅持不同小組的實驗方案操作的好做法，這樣學