1.1《动量》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 人教版选择性必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于人教版高中物理选择性必修第一册第一章第一节,是动量守恒定律单元的起始课。教材通过生活实例引入动量概念,强调其矢量性和状态量特征,并建立动量与冲量的关系,为后续学习动量定理和动量守恒定律奠定基础。内容编排由浅入深,注重从现象到本质的逻辑推导,体现了“从生活走向物理”的课程理念。
学情分析
高二学生已掌握牛顿运动定律、力与运动关系等知识,具备一定的抽象思维能力。但对“动量”这一新物理量的理解仍停留在速度与质量的简单乘积层面,容易忽略其矢量性。学生在分析碰撞、反冲等实际问题时,习惯用牛顿第二定律处理,尚未建立用动量描述运动状态的意识。需通过情境创设与实验观察,帮助学生实现从“力-加速度”思维向“动量-变化”思维的转变。
课时教学目标
物理观念
1. 理解动量是描述物体运动状态的重要物理量,掌握其定义式p=mv,明确其矢量性与单位。
2. 能结合实例分析动量变化的方向与大小,理解动量变化量Δp = p′ - p的矢量运算方法。
科学思维
1. 通过比较速度、动能与动量的区别,提升概念辨析能力,发展物理建模思维。
2. 运用矢量合成与分解方法分析动量变化,提升解决实际问题的逻辑推理能力。
科学探究
1. 设计并观察小车碰撞实验,探究碰撞前后动量的变化规律,初步形成实验观察能力。
2. 通过分析足球射门、火箭发射等情境,提出问题并尝试用动量语言描述现象。
科学态度与责任
1. 认识动量在交通安全、航天科技等领域的重要应用,增强将物理知识服务于社会的意识。
2. 在小组合作中尊重证据、实事求是,养成严谨求实的科学态度。
教学重点、难点
重点
1. 动量的概念、定义式及其矢量性。
2. 动量变化量的计算方法与物理意义。
难点
1. 动量作为矢量的运算规则,特别是方向变化时的Δp计算。
2. 建立“动量”作为独立物理量的认知,区别于速度与动能。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
气垫导轨、光电门、滑块、数据采集器、多媒体课件、篮球、足球
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、生活现象引发认知冲突 (一)、播放视频:高速列车与飞鸟相撞事故
教师播放一段新闻视频:一列时速300km/h的高铁与一只质量仅0.5kg的飞鸟相撞,导致车头严重破损。提问:“为什么小小的一只鸟,能对钢铁巨兽造成如此巨大的破坏?”引导学生思考背后的原因。
学生可能回答“速度太快”“动能大”。教师追问:“若是一颗同样速度的子弹呢?破坏力是否相同?”进一步引发学生对“质量与速度共同作用”的关注。
(二)、对比实验:篮球与乒乓球落地反弹
教师手持一个篮球和一个乒乓球,从同一高度释放。提问:“哪一个更容易把地面砸出坑?哪一个反弹更高?”学生观察后回答。教师继续追问:“如果我把乒乓球换成铅球,即使它下落速度慢一些,结果会怎样?”通过这一系列问题,引导学生意识到物体的运动效果不仅与速度有关,还与质量密切相关。
(三)、提出核心问题:如何科学描述这种‘冲击效果’?
教师总结:“我们已学过动能E_k= mv 描述能量,但今天我们要引入一个新的物理量——动量,来专门描述物体机械运动的‘强弱’和‘传递能力’。”板书课题《动量》,并强调:“动量,是质量和速度的乘积,但它不只是数字相乘,更是一种全新的物理视角。” 1. 观看视频,思考问题。
2. 参与讨论,表达观点。
3. 比较不同物体的运动效果。
4. 初步感知动量概念。
评价任务 现象解释:☆☆☆
问题提出:☆☆☆
兴趣激发:☆☆☆
设计意图 通过真实事故与生活实验创设认知冲突,打破学生仅以速度或动能判断运动效果的原有认知,激发探究动机。以“冲击效果”为驱动性问题,自然引出动量概念,体现物理源于生活的思想。
概念建构
【12分钟】 一、定义动量:构建物理模型 (一)、给出动量定义式,强调矢量性
教师在黑板上清晰写出动量的定义式:p = mv。解释:p表示动量,m为质量,v为速度。强调:“动量是矢量,其方向与速度方向相同。”举例说明:一辆向东行驶的汽车,其动量方向也向东;若它掉头向西行驶,动量方向也随之改变。
教师进一步提问:“如果两个物体质量相同,速度大的动量大;速度相同,质量大的动量大。那么,一个质量小但速度快的物体,和一个质量大但速度慢的物体,谁的动量更大?”引导学生进行数值比较,理解动量是质量和速度的综合体现。
(二)、单位与量纲分析
教师引导学生推导动量的国际单位:“质量单位是kg,速度单位是m/s,因此动量单位是kg·m/s。”并说明该单位没有专门名称,但在冲量中也会出现,体现物理量之间的联系。
通过类比:速度是位移的变化率,加速度是速度的变化率,引出动量变化率的概念,为后续学习动量定理埋下伏笔。
二、深化理解:辨析与比较 (一)、动量与速度、动能的比较
教师展示表格,引导学生填写三者的定义、是否矢量、单位、决定因素:
- 速度 v:描述运动快慢和方向,矢量,单位m/s;
- 动能 E_k= mv :描述物体做功能力,标量,单位J;
- 动量 p=mv:描述运动状态和传递能力,矢量,单位kg·m/s。
重点强调:“动能只与速度大小有关,而动量与速度方向有关。例如,匀速圆周运动中,动能不变,但动量方向时刻变化。”
(二)、实例分析:判断动量是否相同
教师出示三幅图:①甲车向东5m/s,乙车向西5m/s,质量相同;②甲球竖直上抛至最高点,速度为零;③丙车转弯,速率不变。
提问:“①中两车动量是否相同?②中最高点动量是多少?③中动量是否变化?”学生讨论后回答,教师点评并纠正错误观念,强化动量的矢量性。 1. 记录公式,理解矢量性。
2. 参与比较,填写表格。
3. 分析实例,判断动量变化。
4. 小组讨论,交流观点。
评价任务 公式掌握:☆☆☆
矢量理解:☆☆☆
概念辨析:☆☆☆
设计意图 通过定义、单位、比较、实例四步走,层层递进地建构动量概念。突出矢量性这一核心特征,利用对比表格帮助学生厘清易混概念。实例分析紧扣学生常见误区,实现精准纠偏,促进深层理解。
探究深化
【15分钟】 一、实验探究:动量变化的方向 (一)、演示实验:气垫导轨滑块碰撞
教师组装气垫导轨系统,使两滑块发生弹性碰撞。使用光电门和数据采集器记录碰撞前后滑块的速度。设定情境:滑块A质量为m,初速度为v 向右运动,与静止的滑块B(质量也为m)发生正碰后,A停止,B以v 向右运动。
教师引导学生计算碰撞前后A、B及系统的总动量:
- 碰前:pA = mv (向右),pB = 0,p总 = mv
- 碰后:pA′ = 0,pB′ = mv (向右),p总′ = mv
得出结论:系统总动量保持不变。强调:“虽然单个物体的动量发生了变化,但整体动量是守恒的。”
(二)、分析动量变化量Δp
聚焦滑块A:初动量p = mv (向右),末动量p′ = 0。教师提问:“它的动量变化了多少?”引导学生写出Δp = p′ - p = 0 - mv = -mv ,方向向左。
再分析滑块B:初动量为0,末动量为mv (向右),Δp = mv - 0 = mv ,方向向右。
总结:“动量变化量Δp是一个矢量,其方向不一定与初动量或末动量相同,而是由末动量减初动量决定。”
二、生活应用:动量视角看世界 (一)、足球射门中的动量变化
播放足球运动员射门慢动作视频。球静止在地面上,被踢出后以高速飞向球门。教师引导学生分析:“球的动量如何变化?Δp方向如何?这说明脚对球施加的力方向如何?”
学生回答后,教师补充:“正是这个巨大的Δp,需要脚与球有足够长的作用时间(缓冲),否则力会过大损伤脚踝——这正是动量定理的应用。”
(二)、火箭升空原理初探
展示火箭发射图片。提问:“火箭为什么能升空?它没有地面反推,靠什么前进?”引导学生思考燃料喷出与箭体运动的关系。
教师解释:“高温燃气高速向下喷出,获得向下的大动量;根据动量守恒,火箭获得向上的等量动量,从而升空。”为后续学习提供前瞻性认知。 1. 观察实验,记录数据。
2. 计算动量,分析变化。
3. 解释现象,建立联系。
4. 联系生活,拓展视野。
评价任务 实验观察:☆☆☆
矢量运算:☆☆☆
应用迁移:☆☆☆
设计意图 通过精确实验验证动量变化的规律,增强学生对矢量运算的直观感受。将抽象的Δp与生活实例结合,体现物理的实用性。火箭案例激发学生兴趣,体现动量在高科技中的核心地位,培养科学责任感。
巩固提升
【8分钟】 一、典型例题讲解 (一)、例题1:竖直上抛小球的动量变化
题目:质量为0.2kg的小球以10m/s的初速度竖直上抛,不计空气阻力,g取10m/s 。求:(1)抛出瞬间的动量;(2)到达最高点时的动量;(3)从抛出到最高点动量的变化量。
教师引导学生分步解答:
(1)p = mv = 0.2×10 = 2kg·m/s,方向竖直向上;
(2)最高点v=0,故p =0;
(3)Δp = p - p = 0 - 2 = -2kg·m/s,方向竖直向下。
强调:“即使速度减小到零,动量变化量也不为零,且方向与初动量相反。”
二、变式训练 (一)、例题2:小球斜碰墙壁
题目:质量为m的小球以速度v斜射向光滑墙壁,入射角为θ,反弹后速度大小仍为v,方向对称。求动量变化量。
教师画图分析:将初动量和末动量分解为水平和竖直分量。发现竖直分量不变,水平分量反向。因此Δp = p′ - p,方向水平向左,大小为2mvcosθ。
总结:“动量变化来源于速度方向的改变,尤其是垂直于接触面的分量反转。” 1. 听讲例题,理解思路。
2. 动手计算,掌握方法。
3. 分析变式,提升能力。
4. 提出疑问,及时反馈。
评价任务 规范书写:☆☆☆
矢量计算:☆☆☆
思维严谨:☆☆☆
设计意图 通过典型例题示范解题规范,强化矢量运算步骤。变式训练提升学生应对复杂情境的能力,突出“分解-合成”思想在矢量运算中的应用,发展科学思维。
课堂总结
【5分钟】 一、结构化回顾 (一)、知识梳理
教师带领学生回顾本节课主线:“我们从高铁撞鸟的惊人现象出发,认识到仅用速度或动能无法完整描述物体的‘冲击能力’,于是引入了动量p=mv这一新物理量。”
强调三个关键点:
1. 动量是矢量,方向与速度方向相同;
2. 动量变化量Δp = p′ - p,是矢量差;
3. 动量在碰撞、爆炸、反冲等过程中具有守恒特性。
二、升华式总结 (一)、物理之美与人生启示
教师深情总结:“动量,不只是质量与速度的乘积,它更象征着一种‘前行的力量’。就像我们每个人,既有‘质量’——代表积累的知识与品格,也有‘速度’——象征奋斗的步伐。真正的动量,是二者的统一。当方向坚定,持续前行,哪怕遇到阻碍,动量的变化也会转化为成长的冲量。愿你们在未来的人生旅途中,积蓄足够的动量,勇敢地撞破前行的壁垒,飞向属于自己的星辰大海。” 1. 回顾知识,形成体系。
2. 感悟哲理,内化情感。
3. 明确方向,树立信心。
4. 齐声朗读,强化记忆。
评价任务 知识掌握:☆☆☆
情感共鸣:☆☆☆
价值认同:☆☆☆
设计意图 通过结构化梳理帮助学生构建知识网络;以“动量”为隐喻进行人生激励,实现物理知识与生命教育的融合,体现“立德树人”根本任务,提升课堂的温度与深度。
作业设计
一、基础巩固
1. 下列关于动量的说法中,正确的是( )
A. 物体的动量越大,其速度一定越大
B. 物体的动量越大,其惯性一定越大
C. 动量是矢量,其方向与物体运动方向相同
D. 速度变化的物体,其动量一定变化
2. 质量为5kg的物体在水平面上运动,其速度由4m/s增加到6m/s。求:(1)初动量和末动量;(2)动量的变化量。
二、能力提升
3. 一个质量为0.1kg的网球以20m/s的水平速度飞来,运动员用球拍击打后,球以30m/s的速度反向飞出。若击球时间为0.02s,求:(1)网球动量的变化量;(2)球拍对球的平均作用力大小。
三、拓展探究
4. 查阅资料,了解“动量守恒定律”在航天器对接、粒子对撞实验中的应用,写一段200字左右的科普短文。
【答案解析】
一、基础巩固
1. C(解析:A错,质量大时动量可能大而速度小;B错,惯性只与质量有关;D错,若速度大小不变仅方向变,动量也变化)
2. (1)p = 5×4 = 20kg·m/s,方向与运动方向相同;p = 5×6 = 30kg·m/s,同向;(2)Δp = 30 - 20 = 10kg·m/s,方向与运动方向相同。
二、能力提升
3. (1)取飞来方向为正,则v = 20m/s,v = -30m/s;Δp = m(v - v ) = 0.1×(-30 - 20) = -5kg·m/s,大小5kg·m/s,方向与初速度相反;(2)由动量定理Ft = Δp,得F = |Δp| / t = 5 / 0.02 = 250N。
板书设计
§1.1 动 量
【左侧】
一、动量 p
1. 定义:p = mv
2. 单位:kg·m/s
3. 矢量性:方向与v相同
二、动量变化量 Δp
Δp = p′ - p(矢量差)
→ 方向由末动量指向初动量?错!
→ 正确:Δp = p′ - p,遵循矢量减法
【右侧】
三、实例分析
高铁撞鸟 → 冲击效果 → p = mv
篮球落地 → 质量与速度共同作用
【中间图示】
→ 小球上抛:↑p =mv → Δp = -mv(↓)
→ 斜碰墙壁:v入 → | Δp水平 ← | v反
→ 火箭升空:↓燃气动量 → ↑火箭动量
教学反思
成功之处
1. 以高铁撞鸟的真实事件导入,极大激发了学生兴趣,有效引发认知冲突,为动量概念的引入创造了良好契机。
2. 实验与理论结合紧密,通过气垫导轨精确测量,使学生直观感受到动量的矢量性和变化规律,增强了证据意识。
3. 课堂总结将物理概念升华为人生哲理,实现了知识传授与价值引领的有机统一,学生反响热烈。
不足之处
1. 部分学生在矢量减法运算中仍存在困难,特别是方向判断容易出错,需在后续课程中加强专项训练。
2. 探究环节时间略显紧张,个别小组未能充分讨论,可考虑将部分计算任务前置为预习内容。
3. 对动量与动能的深层联系挖掘不够,可在下一节课中进一步对比分析。