資源簡介

1.3 《動量守恒定律》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 人教版高中物理選擇性必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于人教版選擇性必修第一冊第一章第三節，是“動量”單元的核心內容之一。在學習了動量、沖量和動量定理的基礎上，本節進一步探討系統在不受外力或合外力為零時動量保持不變的規律——動量守恒定律。教材通過實驗現象引入，結合理論推導，幫助學生建立守恒思想，并通過典型實例（如碰撞、反沖）加深理解。本節內容不僅承上啟下，為后續學習彈性碰撞、非彈性碰撞及原子物理打下基礎，也體現了物理學中“守恒”這一基本思想方法。
學情分析
高二學生已具備一定的力學基礎，掌握了牛頓運動定律、動能、動量等基本概念，具備初步的矢量運算能力。但在理解“系統”“內力與外力”“守恒條件”等抽象概念時仍存在困難。學生容易將動量守恒與機械能守恒混淆，且對矢量性重視不足。此外，學生習慣于用牛頓定律分析問題，對守恒思想的應用尚不熟練。因此，教學中需通過真實情境、實驗模擬和對比分析，幫助學生突破認知障礙，建立科學的物理觀念和思維習慣。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解動量守恒定律的內容及其適用條件，能準確表述定律的數學表達式。
2. 能區分系統內力與外力，掌握判斷系統動量是否守恒的基本方法。
科學思維
1. 通過從動量定理推導動量守恒定律，體會從個別到一般、從局部到整體的科學推理過程。
2. 能運用動量守恒定律分析和解決簡單的實際問題，如碰撞、反沖等，提升模型建構與邏輯推理能力。
科學探究
1. 通過觀察氣墊導軌碰撞實驗或視頻，提出問題、收集數據、分析現象，歸納出動量守恒的規律。
2. 能設計簡單的實驗方案驗證動量守恒，體驗科學探究的基本流程。
科學態度與責任
1. 認識動量守恒定律在科技發展（如火箭發射、交通事故分析）中的重要作用，增強科學應用意識。
2. 在合作探究中培養嚴謹求實、尊重證據的科學態度，體會物理規律的普適性與簡潔美。
教學重點、難點
重點
1. 動量守恒定律的內容、表達式及適用條件。
2. 運用動量守恒定律解決一維碰撞類問題。
難點
1. 理解“系統動量守恒”的條件，特別是“合外力為零”的判斷。
2. 在實際問題中正確選取研究系統，區分內力與外力。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗觀察法
教具準備
氣墊導軌及滑塊（帶擋光片）、光電門、數據采集器、多媒體課件、動量守恒模擬動畫
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，激發思考
【5分鐘】 一、創設生活情境，引發認知沖突 （一）、播放視頻：冰面上兩人互推后反向滑行
教師播放一段視頻：兩位同學站在光滑冰面上，面對面站立，其中一人用力推另一人，結果兩人同時向相反方向滑開。提問：為什么沒有主動推的人也會運動？推力是相互的，但他們的運動狀態發生了怎樣的變化？
引導語：從牛頓第三定律我們知道，作用力與反作用力大小相等、方向相反。但為什么兩人會同時運動？他們的“運動量”是否有什么規律？今天，我們就用“動量”這個物理量來揭開這個謎題。
（二）、回顧舊知，搭建認知橋梁
教師提問：上節課我們學習了動量和動量定理。請同學們回憶：什么是動量？它的定義式是什么？動量定理的內容又是什么？
在學生回答后，教師板書：動量 p = mv（矢量），動量定理 Δp = F合t。強調動量是矢量，具有方向性，而動量定理描述的是單個物體動量變化與合外力沖量的關系。接著提問：如果我們將這兩個互推的同學看作一個整體，這個“整體”的總動量會如何變化呢？這就是我們今天要研究的核心問題。 1. 觀看視頻，思考現象背后的物理原理。
2. 回憶并回答動量與動量定理的相關知識。
3. 嘗試從“整體”角度思考動量的變化。
4. 提出初步猜想：總動量可能保持不變。
評價任務 現象描述：☆☆☆
概念回憶：☆☆☆
初步猜想：☆☆☆
設計意圖 通過貼近生活的視頻情境，激發學生興趣，引發認知沖突，促使學生從“力”的思維轉向“動量”的思維。通過回顧舊知，為新知識的學習搭建腳手架，引導學生從單個物體過渡到“系統”視角，自然引出本節課的主題。
實驗探究，發現規律
【12分鐘】 一、演示實驗：氣墊導軌上的滑塊碰撞 （一）、介紹實驗裝置與原理
教師展示氣墊導軌實驗裝置，簡要介紹其作用：通過噴氣使滑塊懸浮，極大減小摩擦力，近似實現“光滑”條件。裝置配有光電門和數據采集器，可精確測量滑塊碰撞前后的速度。
實驗設計：使用兩個質量不同的滑塊（m 、m ），先讓其中一個滑塊靜止，另一個以一定初速度與其發生碰撞。記錄碰撞前后兩滑塊的速度。
（二）、進行實驗并采集數據
教師操作實驗，分別演示以下三種情況：
1. 彈性碰撞：滑塊A（質量m ）以速度v 向靜止的滑塊B（質量m ）運動，碰撞后兩滑塊分開運動，記錄v 和v ；
2. 完全非彈性碰撞：碰撞后兩滑塊粘連在一起共同運動，記錄共同速度v；
3. 反向運動：兩滑塊相向運動發生碰撞，記錄前后速度。
每次實驗后，教師將數據投影到屏幕上，包括質量、速度（含方向）、動量計算值。
二、數據分析，歸納規律 （一）、引導學生計算系統總動量
教師引導學生以“兩滑塊組成的系統”為研究對象，計算碰撞前系統的總動量 p前 = m v + m v ，碰撞后系統的總動量 p后 = m v + m v （注意速度的正負表示方向）。
例如：設向右為正方向，m =0.2kg，v =1.0m/s，m =0.3kg，v =0，則 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，則 p后 = 0.2×(-0.2) + 0.3×0.8 = -0.04 + 0.24 = 0.2kg·m/s。發現 p前 = p后。
（二）、組織小組討論，歸納結論
教師組織學生分組討論：在上述三種不同類型的碰撞中，系統碰撞前后的總動量有何共同特點？是否總是相等？什么條件下這個規律成立？
在學生討論后，教師總結：實驗表明，在碰撞過程中，盡管每個物體的動量都發生了變化，但整個系統的總動量保持不變。這一規律被稱為動量守恒定律。 1. 觀察實驗裝置，理解其減小摩擦的原理。
2. 記錄實驗數據，計算碰撞前后的系統總動量。
3. 小組討論數據規律，嘗試歸納動量守恒的條件。
4. 匯報討論結果，提出“系統動量守恒”的猜想。
評價任務 數據記錄：☆☆☆
動量計算：☆☆☆
規律歸納：☆☆☆
設計意圖 通過直觀的實驗演示和精確的數據采集，讓學生親眼見證動量守恒現象，增強感性認識。通過計算和對比，引導學生從具體數據中抽象出普遍規律，培養數據分析與歸納能力。小組討論促進合作學習，提升科學探究素養。
理論推導，深化理解
【10分鐘】 一、從動量定理出發推導守恒條件 （一）、建立雙物體系統模型
教師在黑板上畫出兩個相互作用的物體A和B，設它們的質量分別為m 和m ，初速度為v 和v ，末速度為v 和v 。A對B的作用力為F，B對A的反作用力為-F（牛頓第三定律）。
（二）、對每個物體應用動量定理
對物體A：其所受合外力為-F（假設無其他外力），則動量變化 Δp = m v - m v = -FΔt；
對物體B：其所受合外力為F，則動量變化 Δp = m v - m v = FΔt；
將兩式相加：(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）、拓展至多物體系統與外力分析
教師指出：上述推導中，F與-F是系統內力，它們的沖量和為零。如果系統不受外力，或所受外力的矢量和為零，則系統總動量保持不變。強調“系統”的選擇至關重要，如冰面上互推的兩人，若將兩人視為系統，地面摩擦力極小可忽略，則系統動量守恒；若只研究其中一人，則受外力作用，動量不守恒。
板書：動量守恒定律——如果一個系統不受外力，或者所受外力的矢量和為零，這個系統的總動量保持不變。數學表達式：p + p + ... = p + p + ... 或 Σp = 常量。 1. 理解雙物體相互作用的受力分析。
2. 跟隨教師推導，理解內力沖量和為零。
3. 掌握動量守恒的數學表達式。
4. 明確“系統”與“外力”的判斷方法。
評價任務 公式推導：☆☆☆
矢量理解：☆☆☆
條件判斷：☆☆☆
設計意圖 通過嚴密的數學推導，將實驗現象上升為理論規律，幫助學生理解動量守恒的本質是系統內力不改變總動量，只有外力才能改變系統總動量。強化“系統”觀念和矢量意識，突破教學難點，提升科學思維水平。
案例分析，應用遷移
【13分鐘】 一、典型例題：子彈射入木塊 （一）、呈現問題情境
題目：一顆質量為m=10g的子彈，以v =500m/s的水平速度射入靜止在光滑水平面上的木塊，木塊質量M=1.99kg。子彈留在木塊中，求子彈與木塊共同運動的速度v。
（二）、引導學生分析解題步驟
1. 確定研究系統：子彈和木塊組成的系統。
2. 分析受力：水平方向無外力（光滑面），豎直方向重力與支持力平衡，合外力為零，系統動量守恒。
3. 建立坐標系：取子彈初速度方向為正方向。
4. 列動量守恒方程：mv + M×0 = (m + M)v
代入數據：0.01×500 + 0 = (0.01 + 1.99)v → 5 = 2v → v = 2.5m/s
5. 結論：共同速度為2.5m/s，方向與子彈初速度相同。
二、拓展應用：火箭推進原理 （一）、播放火箭發射動畫
教師播放火箭升空動畫，提問：火箭在真空中如何前進？它沒有地面可推，靠什么獲得動力？
（二）、建立反沖模型
引導學生分析：火箭與噴出的燃氣組成系統。在噴氣瞬間，燃氣向后高速噴出，獲得向后的動量；根據動量守恒，火箭必然獲得向前的動量，從而實現推進。強調這是動量守恒在反沖現象中的典型應用。
三、辨析討論：動量與機械能守恒 （一）、提出問題
教師提問：在上述子彈射入木塊的過程中，系統動量守恒，機械能是否也守恒？
引導學生計算：初動能 E = mv = ×0.01×(500) = 1250J；末動能 E = ×2×(2.5) = 6.25J。動能大幅減少，轉化為內能。
結論：動量守恒不一定機械能守恒，兩者守恒條件不同。 1. 閱讀題目，明確物理情境。
2. 小組合作，分析系統與受力。
3. 列式計算，得出結果并討論。
4. 理解反沖現象中的動量守恒。
評價任務 系統判斷：☆☆☆
方程列解：☆☆☆
能量辨析：☆☆☆
設計意圖 通過典型例題，引導學生規范應用動量守恒定律解題，強化“選系統、判外力、定方向、列方程”的解題流程。通過火箭反沖案例，拓展知識應用，體現物理與科技的聯系。通過動量與機械能的對比辨析，深化對守恒條件的理解，避免概念混淆。
課堂總結，升華主題
【5分鐘】 一、結構化回顧核心內容 （一）、梳理知識脈絡
教師引導學生共同回顧：本節課我們從生活現象出發，通過實驗探究發現了動量守恒的規律，再通過理論推導明確了其成立條件——系統合外力為零。我們學會了如何選擇系統、判斷守恒條件，并應用于碰撞與反沖問題。動量守恒定律與能量守恒、電荷守恒一樣，是自然界最基本的守恒定律之一。
二、升華物理思想與人文情懷 （一）、感悟守恒之美
正如物理學家諾特定理所揭示：每一種對稱性都對應著一個守恒定律。動量守恒源于空間平移對稱性——物理規律在空間中任何位置都相同。這不僅是數學的簡潔，更是宇宙運行的深層秩序。愛因斯坦曾說：“宇宙最不可理解之處，就在于它是可以理解的。”動量守恒定律，正是人類用理性之光照亮自然奧秘的一束光芒。
讓我們帶著這份對規律的敬畏，在探索世界的旅途中，不斷追問，不斷發現。 1. 跟隨教師回顧本節知識要點。
2. 理解動量守恒的物理思想與哲學意義。
3. 感受物理規律的普適性與美感。
4. 思考科學探索的價值與意義。
評價任務 知識回顧：☆☆☆
思想理解：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 通過結構化總結幫助學生構建清晰的知識框架。通過引用諾特定理和愛因斯坦名言，將物理規律上升到科學哲學高度，激發學生的科學情懷與探索精神，實現知識、能力與價值觀的統一。
作業設計
一、基礎鞏固
1. 下列說法正確的是（ ）
A. 只要系統內存在摩擦力，動量就不可能守恒
B. 系統所受合外力為零，系統動量守恒
C. 系統動量守恒時，機械能也一定守恒
D. 動量守恒只適用于碰撞過程
2. 質量為60kg的人站在質量為40kg的小車上，小車靜止在光滑水平面上。人從車頭走向車尾，相對于車的速度為1m/s。求人走動時，車相對于地面的速度大小和方向。
二、能力提升
3. 如圖所示，質量為m的小球A以速度v 與靜止的質量為2m的小球B發生彈性碰撞（無機械能損失）。求碰撞后兩球的速度。
（提示：同時滿足動量守恒和機械能守恒）
三、實踐探究
4. 查閱資料，了解我國“長征”系列火箭的推進原理，寫一段200字左右的文字，說明其中蘊含的動量守恒思想。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. B（解析：A錯誤，內力不影響動量守恒；C錯誤，如完全非彈性碰撞；D錯誤，反沖等也適用）
2. 設車速度為v，方向與人走動方向相反。以人+車為系統，水平方向合外力為零，動量守恒：
0 = m人(v人 - v) + m車(-v) → 0 = 60(1 - v) + 40(-v) → 60 - 60v - 40v = 0 → 100v = 60 → v = 0.6m/s，方向與人走動方向相反。
二、能力提升
3. 由動量守恒：mv = mv + 2mv → v = v + 2v
由機械能守恒： mv = mv + ×2mv → v = v + 2v
聯立解得：v = -v /3，v = 2v /3（負號表示A球反彈）
板書設計
1.3 動量守恒定律
【左側】實驗現象
→ 冰面互推
→ 氣墊導軌碰撞
→ 數據：p前 = p后
【中部】定律內容
若 ΣF外 = 0，則 Σp = 常量
m v + m v = m v + m v
↑
系統：研究對象的集合
內力：系統內相互作用力
外力：系統外物體施加的力
【右側】應用實例
→ 子彈打木塊：mv = (m+M)v
→ 火箭反沖：燃氣向后，火箭向前
→ 守恒思想：宇宙的深層秩序
教學反思
成功之處
1. 以生活情境導入，有效激發了學生興趣，實現了從“力”到“動量”的思維轉變。
2. 實驗演示與數據分析相結合，讓學生在“做中學”，深刻理解了動量守恒的規律。
3. 通過理論推導與案例辨析，突破了“系統”與“外力”判斷的難點，提升了科學思維能力。
不足之處
1. 實驗環節時間略緊，部分學生未能充分參與數據處理過程。
2. 對于動量矢量性的強調仍需加強，個別學生在解題時忽略方向。
3. 火箭反沖的動畫展示可進一步優化，增強直觀性。

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