高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册动量定理教案设计

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册动量定理教案设计，共31页。
动量定理
教学目标
1.物理观念
(1)知道冲量的概念及物理意义，能求合外力的冲量；
（2）知道动量定理及其表达式的物理意义。
2.科学思维
(1)依据牛顿第二定律和加速度定义式推导Ft与速度变化的关系式（动量定理），构建模型、科学推理、科学论证；
(2)利用“微元法”的思想解释F-t图像面积的含义，体会科学思维中的抽象方法和类比思想；
3.科学探究
观察高空坠物实验和变力作用下的碰撞实验，获取证据，论证问题，发展科学探究能力。
4.科学态度与责任
用动量定理去解决实际问题，理解缓冲现象，在实际生活中应用缓冲来解除危机，提高安全意识形成社会责任。
教学重点：
冲量概念、动量定理的含义及理解
教学难点：
1.领会求解变力冲量时的极限思想
2.动量定理表达式中矢量符号的转换
教学过程
课前准备
学生课前需查找高空坠物资料及相关法律条例。
设计意图：通过查找资料，知道高空坠物的危害，提高安全意识，远离高空坠物珍爱生命的同时增强法律意识。
新课引入
创设情境：
师：在课前同学们已经查阅过高空坠物相关资料，随着经济发展，楼房越建越高，高空坠物时有发生，一桩桩悲痛的事实引起广泛关注，在法律方面也增加了相关条例，例如：高空抛物入刑事罪自2021年3月1日开始实行。我们邀请了消防员为我们做了专业的演示实验。（播放实验视频）
实验现象：从3楼分别释放鸡蛋和苹果，将高度提升到18米后释放苹果记录观察置于地面的木板损坏情况。
提出问题：说一说视频中有什么比较明显的区别？实验采用了什么科学研究方法？
学生思考并回答：控制变量法，不同高度和不同物体的区别。
师：这些现象能用物理知识解释吗？为了解决这个问题，我们开始今天的研学之旅。
设计意图：物理观念即物理概念和规律在头脑中的提炼和升华， 是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。通过观察实验现象，提炼物理概念，并能体会实验时采用的科学研究方法，培养学生科学探究能力。
新课教学
研学一 力与动量变化有什么关系
建构模型，引发思考:
师：随着经济发展，除了住房环境的变化，我国的交通也日益月薪，其中不得不提的就是中国高铁的发展了，自2008年8月1日我国首条高速铁路正式运行，并一举成为世界第四个掌握时速300公里高铁技术的国家，到2022年9月20日，中国面向全球发布时速600公里高速磁浮交通系统，实现贴地飞行。中国高铁从无到有，从有到优，发展突飞猛进，新时代的中国速度跑出了中国人的自豪感！
说到高铁提速，我们上一节课学的物理量动量就与速度有关，老师想问问，在提速过程，动量发生了变化吗？同学们能告诉老师，引起动量变化的原因是什么？
学生讨论回答：力的作用。力是改变物体运动状态的原因
师：看来力与动量变化肯定存在某种关系，我们来讨论力与动量变化到底有什么关系，为了研究我们来创建简单情境。
在某次运行过程中，质量为 m 的高铁在力 F 的作用下（不计一切阻力）,经过 t ，速度由v增加到v，，力 F 与动量变化有什么关系？
F
学生活动：简化模型
理论推导
学生分析：
如图所示,物体的初动量为 p= mv,末动量为p′ = mv′ ,
由加速度的定义式:
由牛顿第二定律F = ma =
可得Ft= mv′ - mv ，即Ft= p′ - p
师：我们对每一个理论推导出来的结论都应该用质疑的眼光对它进行评价，这是理论探究的重要环节。结合实际情况结论是有疑问？
学生讨论：速度越大阻力越大，阻力有时不可忽略。外力可能是变力。
教师引导：牛顿第二定律中F是合力，那我们推导出来的力也是合力，如果是恒力作用时我们的理论推导可用，那如果是变力呢？
设计意图：模型建构即对客观事物进行抽象和概括的基础上，抓住其关键因素，构建能反映其本质特征的理想模型的科学抽象过程。 教师应善于利用生活中的具体实例来建构利于学生理解知识的物理模型， 使物理教学变得生活化，学生才能够切合实际的感受物理的魅力， 认知概念的本质。同时，以中国高铁发展为背景创设情境，宣扬我国科技发展，增强学生科技自信，文化自信，民族自豪感。
展学一 变力和动量变化什么关系？
比如力随时间如图所示变化，变力怎么研究呢？或者说，有没有什么条件下，变力可以近似看做恒力处理？
学生讨论：时间很短。师引导：如果时间很短，在这段短时间内，可以看做恒力处理，时间再短，这一段时间内的力看做恒力是不是更加精准了。这是一种科学什么研究方法？
学生：微元法
既然每一小段看做恒力，那我们可以对第一小段列式
F1Δt=mv1-mv0，第二小段F2Δt=mv2-mv1，以此类推FnΔt=mvn-mvn-1
因为我们要研究的是整个过程，所以需要对以上式子相加。
得到：F1Δt+F2Δt+F3Δt+……FnΔt，看上去式子很长，能不能告诉老师，这个公式在图像是什么呀？
学生：是很多小的矩形面积
师：那如果老师把时间划分到趋近于零，那这个式子表述的是什么呀？
学生;力与作用时间的累积。
师：我们简化以后得到这个式子：mvn-mv0，也就是这个过程中动量的变化。看来我们通过微元法确实导出了变力与动量变化的关系。
理论推导以后，我们来通过实验进行验证。
得出结论：无论是恒力还是变力，我们都可以得出力对时间累积等于动量变化的结论，对于变力，我们可以认为是这段时间的平均作用力跟时间的乘积，得到
设计意图：科学探究即基于观察和实验提出的物理问题、形成猜想和假设、设计实验和制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评价、反思的能力，主要包括问题、证据、解释、交流等要素。变力与动量变化关系先进行理论推导，后进行实验验证，培养学生评价能力和科学探究能力。
一、冲量 动量定理
这个结论可表达了一个重要的定理——动量定理。同学们能从表达式总结动量定理的内容吗？
生：物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化。
师：同学们看物体所受合外力的冲量等于物体的动量变化这一句，有没有熟悉的感觉呀？在之前的学习中，是不是也有一个规律是相似的呀？
生：思考并回答动能定理，合外力做功与动能变化相等。
师：式子中里在空间上的积累是做功，那么今天式子中Ft我们也用一个新的物理量定义他，叫做冲量。定义式I=Ft，标矢性：矢量，方向由力的方向决定
设计意图：通过公式总结动量定理的内容，并用类比分析的方法引出冲量的定义，让学生体会科学思维中的类比思想；
研学二 学以致用在学习了动量定理以后，我们回到开始的视频，来解决当时的问题。为何同一高度鸡蛋和苹果下落后砸出的结果不同？为何高度上升以后苹果相比之前高度，对木板损害更大？
学生：建立模型，并列式：。解释同一高度鸡蛋和苹果下落，在作用时间近似的情况下，质量大的，力越大，同一物体，高度越高v越大，所以力越大。
设计意图：培养学生建模思维以及用动量定理去解决实际问题的能力。
展学二
活动1：开启鸡蛋保卫战
实验器材：杯子，盐，水，鸡蛋等
活动要求：选择其中某些器材，或身边可用物品设计实验使鸡蛋举高后下落桌面而不摔坏学生设计实验并操作，最后展示成果。
师：杯中水对鸡蛋起到缓冲的作用，延缓了作用时间，在相同的动量变化情况下，力较小。所以不容易摔坏。
活动2：说一说生活中对动量定理的应用
二、动量定理的应用
1、生活中动量定理的应用
学生举例：操场上的跳远，安全气囊，渡口的轮胎，水果包装泡沫网，锤子钉钉子,乒乓球等等
乒乓球之所以称为国球，不仅仅是因为国家队获得很多奖牌，同时他又及其深厚的群众基础，这项运动与我们今天所学的动量定理有什么关系呢，我们来看看这个情形。
例题
v
在某次比赛期间，一个质量 为0.025 kg 的乒乓球，以 25 m/s 的水平速度飞向乒乓球拍，被球排打击后，反向水平飞回，速度的大小为45 m/s。设球排与乒乓球球的作用时间 t = 0.001 s，球拍对乒乓球的平均作用力是多大?
学生先建模后分析
v，
解 沿球飞向球拍时的方向建立坐标轴，球的初动量为p=mv=0.025×25kg.m/s=
球的末动量为
p，=mv，=0.025×45kg.m/s=
由动量定理知垒球所受的平均力为
球所受的平均作用力的大小为1750N，符号表示力的方向与坐标轴的方向相反，即力的方向与乒乓球飞来的方向相反。
注意矢量方向。
设计意图：用动量定理去解决实际问题，理解缓冲现象，在实际生活中应用缓冲来解除危机，提高安全意识形成社会责任。培养学生科学态度与责任。
课堂小结
学生回顾本节所学画出思维导图
四、作业布置
1、完成科学漫步及STSE阅读
2、到学校操场观察哪些运动可以运用动量定理分析，并从动量定理角度出发思考怎么减少运动中收到的伤害
3、完成配套的作业练习