1.3 动量守恒定律 课时教案(表格式)2025--2026年人教版高中物理选择性必修第一册

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名称 1.3 动量守恒定律 课时教案(表格式)2025--2026年人教版高中物理选择性必修第一册
格式 docx
文件大小 24.8KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(2019)
科目 物理
更新时间 2025-09-08 21:11:47

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文档简介

1.3 《动量守恒定律》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 人教版高中物理选择性必修第一册 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选择性必修第一册第一章第三节,是“动量”单元的核心内容之一。在学习了动量、冲量和动量定理的基础上,本节进一步探讨系统在不受外力或合外力为零时动量保持不变的规律——动量守恒定律。教材通过实验现象引入,结合理论推导,帮助学生建立守恒思想,并通过典型实例(如碰撞、反冲)加深理解。本节内容不仅承上启下,为后续学习弹性碰撞、非弹性碰撞及原子物理打下基础,也体现了物理学中“守恒”这一基本思想方法。
学情分析
高二学生已具备一定的力学基础,掌握了牛顿运动定律、动能、动量等基本概念,具备初步的矢量运算能力。但在理解“系统”“内力与外力”“守恒条件”等抽象概念时仍存在困难。学生容易将动量守恒与机械能守恒混淆,且对矢量性重视不足。此外,学生习惯于用牛顿定律分析问题,对守恒思想的应用尚不熟练。因此,教学中需通过真实情境、实验模拟和对比分析,帮助学生突破认知障碍,建立科学的物理观念和思维习惯。
课时教学目标
物理观念
1. 理解动量守恒定律的内容及其适用条件,能准确表述定律的数学表达式。
2. 能区分系统内力与外力,掌握判断系统动量是否守恒的基本方法。
科学思维
1. 通过从动量定理推导动量守恒定律,体会从个别到一般、从局部到整体的科学推理过程。
2. 能运用动量守恒定律分析和解决简单的实际问题,如碰撞、反冲等,提升模型建构与逻辑推理能力。
科学探究
1. 通过观察气垫导轨碰撞实验或视频,提出问题、收集数据、分析现象,归纳出动量守恒的规律。
2. 能设计简单的实验方案验证动量守恒,体验科学探究的基本流程。
科学态度与责任
1. 认识动量守恒定律在科技发展(如火箭发射、交通事故分析)中的重要作用,增强科学应用意识。
2. 在合作探究中培养严谨求实、尊重证据的科学态度,体会物理规律的普适性与简洁美。
教学重点、难点
重点
1. 动量守恒定律的内容、表达式及适用条件。
2. 运用动量守恒定律解决一维碰撞类问题。
难点
1. 理解“系统动量守恒”的条件,特别是“合外力为零”的判断。
2. 在实际问题中正确选取研究系统,区分内力与外力。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验观察法
教具准备
气垫导轨及滑块(带挡光片)、光电门、数据采集器、多媒体课件、动量守恒模拟动画
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入,激发思考
【5分钟】 一、创设生活情境,引发认知冲突 (一)、播放视频:冰面上两人互推后反向滑行
教师播放一段视频:两位同学站在光滑冰面上,面对面站立,其中一人用力推另一人,结果两人同时向相反方向滑开。提问:为什么没有主动推的人也会运动?推力是相互的,但他们的运动状态发生了怎样的变化?
引导语:从牛顿第三定律我们知道,作用力与反作用力大小相等、方向相反。但为什么两人会同时运动?他们的“运动量”是否有什么规律?今天,我们就用“动量”这个物理量来揭开这个谜题。
(二)、回顾旧知,搭建认知桥梁
教师提问:上节课我们学习了动量和动量定理。请同学们回忆:什么是动量?它的定义式是什么?动量定理的内容又是什么?
在学生回答后,教师板书:动量 p = mv(矢量),动量定理 Δp = F合t。强调动量是矢量,具有方向性,而动量定理描述的是单个物体动量变化与合外力冲量的关系。接着提问:如果我们将这两个互推的同学看作一个整体,这个“整体”的总动量会如何变化呢?这就是我们今天要研究的核心问题。 1. 观看视频,思考现象背后的物理原理。
2. 回忆并回答动量与动量定理的相关知识。
3. 尝试从“整体”角度思考动量的变化。
4. 提出初步猜想:总动量可能保持不变。
评价任务 现象描述:☆☆☆
概念回忆:☆☆☆
初步猜想:☆☆☆
设计意图 通过贴近生活的视频情境,激发学生兴趣,引发认知冲突,促使学生从“力”的思维转向“动量”的思维。通过回顾旧知,为新知识的学习搭建脚手架,引导学生从单个物体过渡到“系统”视角,自然引出本节课的主题。
实验探究,发现规律
【12分钟】 一、演示实验:气垫导轨上的滑块碰撞 (一)、介绍实验装置与原理
教师展示气垫导轨实验装置,简要介绍其作用:通过喷气使滑块悬浮,极大减小摩擦力,近似实现“光滑”条件。装置配有光电门和数据采集器,可精确测量滑块碰撞前后的速度。
实验设计:使用两个质量不同的滑块(m 、m ),先让其中一个滑块静止,另一个以一定初速度与其发生碰撞。记录碰撞前后两滑块的速度。
(二)、进行实验并采集数据
教师操作实验,分别演示以下三种情况:
1. 弹性碰撞:滑块A(质量m )以速度v 向静止的滑块B(质量m )运动,碰撞后两滑块分开运动,记录v 和v ;
2. 完全非弹性碰撞:碰撞后两滑块粘连在一起共同运动,记录共同速度v;
3. 反向运动:两滑块相向运动发生碰撞,记录前后速度。
每次实验后,教师将数据投影到屏幕上,包括质量、速度(含方向)、动量计算值。
二、数据分析,归纳规律 (一)、引导学生计算系统总动量
教师引导学生以“两滑块组成的系统”为研究对象,计算碰撞前系统的总动量 p前 = m v + m v ,碰撞后系统的总动量 p后 = m v + m v (注意速度的正负表示方向)。
例如:设向右为正方向,m =0.2kg,v =1.0m/s,m =0.3kg,v =0,则 p前 = 0.2×1.0 + 0.3×0 = 0.2kg·m/s;若碰撞后v =-0.2m/s,v =0.8m/s,则 p后 = 0.2×(-0.2) + 0.3×0.8 = -0.04 + 0.24 = 0.2kg·m/s。发现 p前 = p后。
(二)、组织小组讨论,归纳结论
教师组织学生分组讨论:在上述三种不同类型的碰撞中,系统碰撞前后的总动量有何共同特点?是否总是相等?什么条件下这个规律成立?
在学生讨论后,教师总结:实验表明,在碰撞过程中,尽管每个物体的动量都发生了变化,但整个系统的总动量保持不变。这一规律被称为动量守恒定律。 1. 观察实验装置,理解其减小摩擦的原理。
2. 记录实验数据,计算碰撞前后的系统总动量。
3. 小组讨论数据规律,尝试归纳动量守恒的条件。
4. 汇报讨论结果,提出“系统动量守恒”的猜想。
评价任务 数据记录:☆☆☆
动量计算:☆☆☆
规律归纳:☆☆☆
设计意图 通过直观的实验演示和精确的数据采集,让学生亲眼见证动量守恒现象,增强感性认识。通过计算和对比,引导学生从具体数据中抽象出普遍规律,培养数据分析与归纳能力。小组讨论促进合作学习,提升科学探究素养。
理论推导,深化理解
【10分钟】 一、从动量定理出发推导守恒条件 (一)、建立双物体系统模型
教师在黑板上画出两个相互作用的物体A和B,设它们的质量分别为m 和m ,初速度为v 和v ,末速度为v 和v 。A对B的作用力为F,B对A的反作用力为-F(牛顿第三定律)。
(二)、对每个物体应用动量定理
对物体A:其所受合外力为-F(假设无其他外力),则动量变化 Δp = m v - m v = -FΔt;
对物体B:其所受合外力为F,则动量变化 Δp = m v - m v = FΔt;
将两式相加:(m v - m v ) + (m v - m v ) = -FΔt + FΔt = 0;
整理得:m v + m v = m v + m v ,即 p + p = p + p 。
(三)、拓展至多物体系统与外力分析
教师指出:上述推导中,F与-F是系统内力,它们的冲量和为零。如果系统不受外力,或所受外力的矢量和为零,则系统总动量保持不变。强调“系统”的选择至关重要,如冰面上互推的两人,若将两人视为系统,地面摩擦力极小可忽略,则系统动量守恒;若只研究其中一人,则受外力作用,动量不守恒。
板书:动量守恒定律——如果一个系统不受外力,或者所受外力的矢量和为零,这个系统的总动量保持不变。数学表达式:p + p + ... = p + p + ... 或 Σp = 常量。 1. 理解双物体相互作用的受力分析。
2. 跟随教师推导,理解内力冲量和为零。
3. 掌握动量守恒的数学表达式。
4. 明确“系统”与“外力”的判断方法。
评价任务 公式推导:☆☆☆
矢量理解:☆☆☆
条件判断:☆☆☆
设计意图 通过严密的数学推导,将实验现象上升为理论规律,帮助学生理解动量守恒的本质是系统内力不改变总动量,只有外力才能改变系统总动量。强化“系统”观念和矢量意识,突破教学难点,提升科学思维水平。
案例分析,应用迁移
【13分钟】 一、典型例题:子弹射入木块 (一)、呈现问题情境
题目:一颗质量为m=10g的子弹,以v =500m/s的水平速度射入静止在光滑水平面上的木块,木块质量M=1.99kg。子弹留在木块中,求子弹与木块共同运动的速度v。
(二)、引导学生分析解题步骤
1. 确定研究系统:子弹和木块组成的系统。
2. 分析受力:水平方向无外力(光滑面),竖直方向重力与支持力平衡,合外力为零,系统动量守恒。
3. 建立坐标系:取子弹初速度方向为正方向。
4. 列动量守恒方程:mv + M×0 = (m + M)v
代入数据:0.01×500 + 0 = (0.01 + 1.99)v → 5 = 2v → v = 2.5m/s
5. 结论:共同速度为2.5m/s,方向与子弹初速度相同。
二、拓展应用:火箭推进原理 (一)、播放火箭发射动画
教师播放火箭升空动画,提问:火箭在真空中如何前进?它没有地面可推,靠什么获得动力?
(二)、建立反冲模型
引导学生分析:火箭与喷出的燃气组成系统。在喷气瞬间,燃气向后高速喷出,获得向后的动量;根据动量守恒,火箭必然获得向前的动量,从而实现推进。强调这是动量守恒在反冲现象中的典型应用。
三、辨析讨论:动量与机械能守恒 (一)、提出问题
教师提问:在上述子弹射入木块的过程中,系统动量守恒,机械能是否也守恒?
引导学生计算:初动能 E = mv = ×0.01×(500) = 1250J;末动能 E = ×2×(2.5) = 6.25J。动能大幅减少,转化为内能。
结论:动量守恒不一定机械能守恒,两者守恒条件不同。 1. 阅读题目,明确物理情境。
2. 小组合作,分析系统与受力。
3. 列式计算,得出结果并讨论。
4. 理解反冲现象中的动量守恒。
评价任务 系统判断:☆☆☆
方程列解:☆☆☆
能量辨析:☆☆☆
设计意图 通过典型例题,引导学生规范应用动量守恒定律解题,强化“选系统、判外力、定方向、列方程”的解题流程。通过火箭反冲案例,拓展知识应用,体现物理与科技的联系。通过动量与机械能的对比辨析,深化对守恒条件的理解,避免概念混淆。
课堂总结,升华主题
【5分钟】 一、结构化回顾核心内容 (一)、梳理知识脉络
教师引导学生共同回顾:本节课我们从生活现象出发,通过实验探究发现了动量守恒的规律,再通过理论推导明确了其成立条件——系统合外力为零。我们学会了如何选择系统、判断守恒条件,并应用于碰撞与反冲问题。动量守恒定律与能量守恒、电荷守恒一样,是自然界最基本的守恒定律之一。
二、升华物理思想与人文情怀 (一)、感悟守恒之美
正如物理学家诺特定理所揭示:每一种对称性都对应着一个守恒定律。动量守恒源于空间平移对称性——物理规律在空间中任何位置都相同。这不仅是数学的简洁,更是宇宙运行的深层秩序。爱因斯坦曾说:“宇宙最不可理解之处,就在于它是可以理解的。”动量守恒定律,正是人类用理性之光照亮自然奥秘的一束光芒。
让我们带着这份对规律的敬畏,在探索世界的旅途中,不断追问,不断发现。 1. 跟随教师回顾本节知识要点。
2. 理解动量守恒的物理思想与哲学意义。
3. 感受物理规律的普适性与美感。
4. 思考科学探索的价值与意义。
评价任务 知识回顾:☆☆☆
思想理解:☆☆☆
情感共鸣:☆☆☆
设计意图 通过结构化总结帮助学生构建清晰的知识框架。通过引用诺特定理和爱因斯坦名言,将物理规律上升到科学哲学高度,激发学生的科学情怀与探索精神,实现知识、能力与价值观的统一。
作业设计
一、基础巩固
1. 下列说法正确的是( )
A. 只要系统内存在摩擦力,动量就不可能守恒
B. 系统所受合外力为零,系统动量守恒
C. 系统动量守恒时,机械能也一定守恒
D. 动量守恒只适用于碰撞过程
2. 质量为60kg的人站在质量为40kg的小车上,小车静止在光滑水平面上。人从车头走向车尾,相对于车的速度为1m/s。求人走动时,车相对于地面的速度大小和方向。
二、能力提升
3. 如图所示,质量为m的小球A以速度v 与静止的质量为2m的小球B发生弹性碰撞(无机械能损失)。求碰撞后两球的速度。
(提示:同时满足动量守恒和机械能守恒)
三、实践探究
4. 查阅资料,了解我国“长征”系列火箭的推进原理,写一段200字左右的文字,说明其中蕴含的动量守恒思想。
【答案解析】
一、基础巩固
1. B(解析:A错误,内力不影响动量守恒;C错误,如完全非弹性碰撞;D错误,反冲等也适用)
2. 设车速度为v,方向与人走动方向相反。以人+车为系统,水平方向合外力为零,动量守恒:
0 = m人(v人 - v) + m车(-v) → 0 = 60(1 - v) + 40(-v) → 60 - 60v - 40v = 0 → 100v = 60 → v = 0.6m/s,方向与人走动方向相反。
二、能力提升
3. 由动量守恒:mv = mv + 2mv → v = v + 2v
由机械能守恒: mv = mv + ×2mv → v = v + 2v
联立解得:v = -v /3,v = 2v /3(负号表示A球反弹)
板书设计
1.3 动量守恒定律
【左侧】实验现象
→ 冰面互推
→ 气垫导轨碰撞
→ 数据:p前 = p后
【中部】定律内容
若 ΣF外 = 0,则 Σp = 常量
m v + m v = m v + m v

系统:研究对象的集合
内力:系统内相互作用力
外力:系统外物体施加的力
【右侧】应用实例
→ 子弹打木块:mv = (m+M)v
→ 火箭反冲:燃气向后,火箭向前
→ 守恒思想:宇宙的深层秩序
教学反思
成功之处
1. 以生活情境导入,有效激发了学生兴趣,实现了从“力”到“动量”的思维转变。
2. 实验演示与数据分析相结合,让学生在“做中学”,深刻理解了动量守恒的规律。
3. 通过理论推导与案例辨析,突破了“系统”与“外力”判断的难点,提升了科学思维能力。
不足之处
1. 实验环节时间略紧,部分学生未能充分参与数据处理过程。
2. 对于动量矢量性的强调仍需加强,个别学生在解题时忽略方向。
3. 火箭反冲的动画展示可进一步优化,增强直观性。