高中物理 人教版 選修一《動量守恒定律》單元第二課時

2022年安徽省普通高中物理新課程新教材優(yōu)質(zhì)課評選暨優(yōu)秀課例匯集活動教材版本人教版高中物理教材授課章節(jié)選擇性必修第一冊第一章《1.2動量定理》授課教師邵德川學(xué)校名稱合肥市肥東一中

2022年安徽省普通高中物理新課程新教材優(yōu)質(zhì)課評選暨優(yōu)秀課例匯集活動課時教學(xué)設(shè)計2022年11月15日《1.2動量定理》教學(xué)設(shè)計一、教材分析1.1.1理解沖量和動量。通過理論推導(dǎo)和實驗，理解動量定理和動量守恒定律，能用其解釋生活中的有關(guān)現(xiàn)象。知道動量守恒定律的普適性。教材通過物體在恒力作用下做勻變速直線運動這一特例，運用演繹方法推導(dǎo)出動量定理。動量定理不僅適用于恒力情況，而且適用于變力情況，正因為適用于變力情況，它才有廣泛的應(yīng)用。不過，因其理論推導(dǎo)較難，在中學(xué)階段不宜要求過高，教材用積分的思想（在物理必修課程中曾有所滲透）進行了定性的說明。這樣可以開闊學(xué)生的思路，便于他們自覺地運用所學(xué)知識來處理問題。在變力的情況下，動量定理公式中的作用力應(yīng)理解為變力在作用時間內(nèi)的平均值。二、學(xué)情分析1.學(xué)生剛剛接觸了動量的概念，此時為其提供相關(guān)的生活實例，能夠激發(fā)學(xué)生強烈的好奇心和求知欲。學(xué)生渴望通過學(xué)習(xí)、應(yīng)用物理知識，來解釋、解決生活中的現(xiàn)象和問題，從而收獲成就感和滿足感。2.學(xué)生已經(jīng)掌握了力、加速度、動量、牛頓第二定律等知識基礎(chǔ)，具有一定的分析推理能力，能夠通過簡單的建模來解決問題。但面對復(fù)雜情境，學(xué)生還是有較大的困難。3.動量定理具有矢量性，使用過程各物理量方向需要進行統(tǒng)一的規(guī)定，這與學(xué)生原有的習(xí)慣略有不同，給學(xué)生運用動量定理解決問題帶來困難。三、教學(xué)目標(biāo)物理觀念 通過創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷沖量和動量概念的形成過程，理解沖量、動量和動量變化量等概念；通過對動量定理的學(xué)習(xí)，進一步發(fā)展學(xué)生的運動與相互作用觀。理解動量以及動量的變化，會計算一維問題中的動量變化；理解沖量概念，理解動量定理及其表達式；理解動量與動能，動量定理與動能定理的區(qū)別?？茖W(xué)思維 通過對動量定理的理論推導(dǎo)，理解動量定理，并能用其解釋生產(chǎn)生活中的現(xiàn)象、解決實際問題，提升科學(xué)推理能力；科學(xué)探究通過驗證動量定理等實驗，來培養(yǎng)學(xué)生提出問題、收集證據(jù)、解釋交流等能力。四、教學(xué)重與難點教學(xué)重點：動量定理的推理和運用動量定理解決問題教學(xué)難點：動量定理的矢量性五、教學(xué)資源實驗器材：雞蛋、海綿、軌道、小車、光電門和數(shù)字計時器、自制碰撞實驗裝置等多媒體資源：實驗視頻、多媒體課件六、方法與策略本節(jié)主要采用基于大單元教學(xué)下的以問題為導(dǎo)向教學(xué)法，具體教學(xué)法有：問題引導(dǎo)、實驗探究、分組討論、合作學(xué)習(xí)、講授與評價等。教學(xué)中始終以現(xiàn)實問題為主線，在驅(qū)動問題的提出和各個任務(wù)的學(xué)習(xí)中采取了問題引導(dǎo)法；探究法則是在學(xué)生自主設(shè)計實驗方案中得以體現(xiàn)；學(xué)生分組利用討論法得出彈性碰撞和非彈性碰撞的概念的內(nèi)容；教師的講授和評價，則貫穿在項目實施的各個補充環(huán)節(jié)。以問題為導(dǎo)向教學(xué)法最大程度保障了學(xué)生的主體性和教師的主導(dǎo)性，整個教學(xué)過程始終圍繞教學(xué)目標(biāo)展開。七、教學(xué)過程（一）引入新課【演示實驗1】雞蛋實驗【問題1】將雞蛋從相同的高度由靜止釋放，當(dāng)雞蛋落到海綿墊上或瓷盤子中，你會看到什么現(xiàn)象？【問題2】兩個雞蛋與地面的接觸過程有何不同？結(jié)論：時間不同。師：看來，同一個物體在初末速度相同的情況下，力的作用時間的不同對應(yīng)著力的大小不同，下面我們就來具體探究一下他們之間的定量關(guān)系。（二）活動一：理論探究，建立沖量概念理論探究：一個質(zhì)量為m的物理在光滑的水平面受到力F的作用，做勻變速直線運動。在初始時刻的速度為v1，經(jīng)過一段時間t，它的速度為v2。求解物體所受恒力的大小。結(jié)論：F=eq\f(mv′–mv,Δt)【問題3】上節(jié)課，我們學(xué)習(xí)了動量這一概念，通過此式分析動量變化的原因是什么？結(jié)論：FΔt=Δp等式的右邊是物體在?t這段時間內(nèi)動量的變化量，左邊既與力的大小、方向有關(guān)，又與力的作用時間有關(guān)。F?t這個物理量反映了力的作用對時間的累積效應(yīng)?？磥恚篎t這一乘積很重要，我們給它起個名字，就叫沖量，它的單位是N·s，物理意義：描述了力的時間累積，是過程量。（三）活動二：演繹推理，建立動量定理過渡：有了沖量這一概念，就可以把剛才的式子可以怎樣簡化為I合＝Δp。我們把它稱為動量定理：力在一個過程中的沖量等于這個過程中動量的變化量?！締栴}4】剛才的問題中，物體在豎直方向上的支持力有沒有沖量？為何豎直方向上的動量沒有變化？結(jié)論：豎直方向上還要受到，兩個力的沖量等大反向，相互抵消；這說明沖量也是矢量，具有矢量性，同時I＝Δp中I應(yīng)該是合外力的沖量。（四）活動三：驗證動量定理【問題5】如果忽略空氣阻力，剛才實驗中，雞蛋下落的過程中，滿足動量定理嗎？那怎樣通過桌面上的器材驗證它呢？學(xué)生實驗：用重錘代替雞蛋來驗證動量定理?！締栴}6】雞蛋在落地過程中，受到的力不是恒力，變力作用下，動量依然適用嗎？怎樣計算變力的沖量？下圖1反映了某個方向不變的力隨時間的變化圖像，如何求該變力的沖量？如圖2，若物體所受的合力的方向在變化，如何求該力的沖量大小和方向？學(xué)生回憶：推導(dǎo)勻變速直線運動的位移公式也用了類似的方法?！狙菔緦嶒?】通過光電門測量小車碰撞前后的速度，通過力傳感器將得到F－t圖像。這個環(huán)節(jié)要強調(diào)一下，矢量之差的計算的注意事項。（五）活動四：應(yīng)用動量定理解釋現(xiàn)象、解決問題1.解釋現(xiàn)象【問題7】剛才的實驗中驗證了變力作用下動量定理與依然成立，怎樣確定哪一次變力在作用時間內(nèi)的平均值大一些？結(jié)論：由F均t=Δp得F均=eq\f(Δp,Δt)可知：在Δp相同的情況下，延長力的作用時間F均將會減小。由F合=eq\f(Δp,Δt)可知合力是動量的變化率，這個式子其實是牛頓第二定律的另一個表達式。雞蛋撞地球?qū)嶒灧治觥締栴}8】判斷雞蛋會不會碎，關(guān)鍵是分析哪個物理量的大??？【問題9】請同學(xué)們大致畫出碰撞過程雞蛋所受的彈力隨時間的變化圖像（忽略碰撞過程的重力）。緩沖模型：解釋開課的頭盔實驗，滲透安全教育其他例子：拳擊手套、軟墊、輪船邊的輪胎、橡皮錘、易碎物品的外包裝等。演示實驗：安全頭盔西瓜實驗。2.解決問題例一個質(zhì)量為0.18kg的壘球，以25m/s的水平速度飛向球棒，被球棒擊打后，反向水平飛回，速度的大小為45m/s。若球棒與壘球的作用時間為0.002s，球棒對壘球的平均作用力是多大？說明應(yīng)用動量定理解決問題的步驟明確研究對象，確定m進行受力分析，確定F進行運動分析，確定v選定正方向，代入動量定理進行計算例為何要禁止高空拋物？(滲透安全意識教育)質(zhì)量為m=50g的熟雞蛋，從高度為h=1.8m處自由落到板上，從接觸板到速度為零，作用時間記為△t=4ms，求雞蛋給板的平均沖擊力是多大（g取10m/s2）先讓學(xué)生猜測一下大概多少利用力傳感器來驗證(注意說明一下峰值和平均值，決定砸碎玻璃的是峰值的大小)。八、板書設(shè)計九、學(xué)習(xí)評價與作業(yè)設(shè)計【評價設(shè)計】1.過程性評價：對學(xué)生在課堂教學(xué)活動中的表現(xiàn)給以及時評價和反饋，修正學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)進階。評價依據(jù)有：學(xué)生口語報告、實驗操作過程、實驗報告完成等。2.形成性評價：對學(xué)生的課后活動作業(yè)及課時作業(yè)進行評價【作業(yè)設(shè)計】探究水刀的原理；完成教材上的課后練習(xí)題。十、教學(xué)反思1.依據(jù)課標(biāo)、教材及學(xué)情，始終以學(xué)生為中心進行教、學(xué)、評一體化設(shè)計，重視在學(xué)習(xí)活動中對學(xué)科核心素養(yǎng)的落實；基于PBL教學(xué)法實施教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、實驗驗證、得出結(jié)論，最后應(yīng)用規(guī)律。從教學(xué)效果來看，本節(jié)課能夠較好地完成教學(xué)目標(biāo)，通過多個學(xué)習(xí)活動突破了教學(xué)重難點。2.為了讓學(xué)生經(jīng)歷概念的生成過程，設(shè)計了通過三種不同介質(zhì)進行碰撞的實驗方案，并用手機慢動作功能拍攝碰撞過程，觀察碰撞時介質(zhì)的形變。本實驗先通過研究彈性不同的三種介質(zhì)的碰撞，發(fā)現(xiàn)三次碰撞中損失的動能不斷減小，再經(jīng)過合理的外推，逐步建構(gòu)了彈性碰撞這種理想模型，充分地讓學(xué)生經(jīng)歷了通過實驗建構(gòu)模型及建立概念的過程。通過對慢動作視頻中介質(zhì)的形變及形變恢復(fù)過程的觀察與研究，使學(xué)生理解碰撞的實質(zhì)以及碰撞中能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律，同時培養(yǎng)學(xué)生給予觀察分析問題的能力。另外，通過控制三對滑塊的質(zhì)量相同以及碰前初速度相同，排