沖量+動量定理.doc

教學基本信息課名沖量 動量定理是否屬于地方課程或校本課程否學科物理學段第四學段年級高二授課日期2016年6月教材書名：物理必修3-5 出版社：教育科學出版社 出版日期：2006年7月北京市中小學“京教杯”青年教師教學設(shè)計大賽教學設(shè)計參與人員姓名單位聯(lián)系方式設(shè)計者孫力北京市第八中學大興分施者孫力北京市第八中學大興分導(dǎo)者朱志勇、包建嬌大興區(qū)教師進修學他參與者指導(dǎo)思想與理論依據(jù)本節(jié)課以創(chuàng)設(shè)“從撲克牌盒下面抽出紙條”這一簡單的問題情境為切入點，采用教師引導(dǎo)下的理論與實驗探究相結(jié)合構(gòu)建動量定理的教學方案，教師提供實驗器材，通過教師引導(dǎo)、學生思考討論交流、參與探究過程、師生一起進行歸納總結(jié)得出并驗證結(jié)論。學生在親歷探究的過程中，感受概念的建立與規(guī)律的形成過程，體會用規(guī)律解釋現(xiàn)象后成功的喜悅。本節(jié)課凸顯了“從生活走向物理”的新課程理念。 如何引入沖量概念直接影響學生對沖量概念的接受和理解。先讓學生從實例中定性認識，同時啟發(fā)學生用已學的牛頓運動定律來推導(dǎo)不同物理情境中物體運動狀態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)引起動量變化的因素，從而很自然地引出新的物理量沖量，再將問題一般化，得到動量定理的表達式。這樣的設(shè)計從感性到理性，從定性到定量，從特殊到一般，體現(xiàn)了概念和規(guī)律教學應(yīng)有的意境。在認識了沖量的基礎(chǔ)上，學生根據(jù)現(xiàn)有的器材設(shè)計出驗證恒力作用下動量定理的實驗，通過獲取、分析實驗數(shù)據(jù)，用實驗的方法驗證了恒力作用下動量定理。教師引導(dǎo)學生應(yīng)用實驗器材驗證變力作用下的動量定理是否成立，完善了動量定理的適用范圍，在驗證過程中，通過獲取F-t圖像，類比v-t圖像求位移的方法求解沖量，滲透物理科學思維和方法的教育。最后用動量定理解釋生活中的問題，將理論應(yīng)用于生活。教學背景分析1、教學內(nèi)容：沖量、動量定理這部分內(nèi)容在北京高考考試說明中，屬二類要求。沖量是力對時間的積累，動量定理則反應(yīng)了這種積累產(chǎn)生的效果是改變物體的動量，它為解決打擊、碰撞等力學問題開辟了新的途徑。動量定理建立了動量和沖量間的關(guān)系，并為動量守恒定律的學習奠定了基礎(chǔ)。我們可以用動量定理解釋生活中的很多現(xiàn)象，因此學習這部分知識有廣泛的現(xiàn)實意義。沖量概念及動量定理的建構(gòu)既是本節(jié)課的重點也是難點。通過前面的學習，學生已經(jīng)具備建立沖量、動量定理所需的知識，如動量、動量的變化、牛頓運動定律及運動學公式等。本節(jié)課是通過創(chuàng)設(shè)學生熟悉的物理情景，以日常生活現(xiàn)象為依托，引導(dǎo)學生從特殊到一般的思路進行理論推導(dǎo)，建立沖量概念，獲得動量定理的表達式；然后用氣墊導(dǎo)軌、小車、傳感器等實驗器材分別對在恒力和變力作用的兩種情況下動量定理進行驗證；最后引導(dǎo)學生應(yīng)用動量定理解釋生活中的實際問題。整節(jié)課，學生在教師的引導(dǎo)下，通過觀察、推理、實驗探究、分析、歸納總結(jié)等思維活動建構(gòu)了沖量的概念和動量定理，學生的科學探究能力、思維能力、應(yīng)用能力、科學態(tài)度都獲得了發(fā)展。2、學生情況：通過本章前面的學習，學生對動量、動量變化的概念及其矢量性已經(jīng)有了較深入的認識和理解，知道了動量是描述物體運動狀態(tài)的物理量，物體運動狀態(tài)變化則動量就會變化，但還不知道動量的變化具體跟哪些因素有關(guān)；另外學生已經(jīng)能熟練使用牛頓運動定律及運動學公式分析、解決問題，且高二的學生已經(jīng)具備一定的推理、探究、設(shè)計實驗、觀察、歸納總結(jié)等能力。本節(jié)課用到的實驗儀器，包括氣墊導(dǎo)軌、光電門、數(shù)字傳感器、滑塊等，在本章第一節(jié)學生已經(jīng)接觸過，對儀器的操作和功能已有了初步的了解和體驗。對于生活中的一些現(xiàn)象，如“從同一高度雞蛋落到水泥地上易壞，而落到軟墊上不易壞”，“從高處向低處蹦時雙腿自然彎曲”等，學生已經(jīng)有了生活經(jīng)驗和體驗，但還不能用所學知識進行恰當解釋。盡管從高一到現(xiàn)在，學生已經(jīng)學習過大量的矢量，對矢量運算的方法也多次接觸，也遇到過像牛頓第二定律這樣的矢量表達式，學生仍可能在沖量及動量定理的矢量性的理解上遇到困難。3、教學方式：運用實驗探究和物理情境分析相結(jié)合的教學模式實施教學，穿插小組討論，學生觀察實驗。4、教學手段：演示實驗引導(dǎo)、探究定量實驗相結(jié)合，傳感器數(shù)字實驗室以及多媒體輔助5、技術(shù)準備： Dislab數(shù)字實驗室及其應(yīng)用軟件，光電門傳感器、力傳感器、氣墊導(dǎo)軌、計算機等教學目標1、知識與技能理解沖量的概念，知道沖量的定義，理解沖量的矢量性及其方向。能從牛頓第二定律出發(fā)，在一般的場景中推導(dǎo)出動量定理的表達式。理解動量定理的確切含義，知道動量定理適用范圍。會用動量定理解釋物理現(xiàn)象。2、過程與方法通過觀察演示實驗的不同效果，鍛煉學生對實驗的觀察、思考和定性分析能力；通過對合外力的沖量與物體動量的變化量之間的關(guān)系的探究過程，嘗試用科學探究的方法研究物理問題。通過生活中與動量有關(guān)的實例分析，培養(yǎng)學生將物理知識應(yīng)用于生活的習慣和能力，并能夠運用動量定理解釋相關(guān)現(xiàn)象。3、情感態(tài)度與價值觀通過對動量定理的探究學習，培養(yǎng)學生有參與物理學習的熱情，通過學生對實驗現(xiàn)象的觀察與思考，培養(yǎng)學生有積極主動思考的意識。建立從生活到物理，從物理到生活的基本意識。教學流程示意教師通過演示實驗用不同的速度抽取重物下的紙條，讓學生觀察并體會改變力的作用時間能夠改變物體的運動狀態(tài)。通過學生的觀察結(jié)合之前所學知識，能夠認識到作用在物體上的力的作用時間的長短與物體動量變化的多少有關(guān)系。設(shè)置學生熟悉的場景，應(yīng)用學生熟悉的牛頓第二定律來推導(dǎo)作用在物體上的恒力F的表達式，并且根據(jù)數(shù)學推導(dǎo)得出力與時間的乘積等于物體動量變化的關(guān)系。用所推導(dǎo)的結(jié)論解釋剛才實驗的現(xiàn)象。給出沖量的定義，以及動量定理的表達式。通過實驗驗證在恒力作用下等式是否成立，實驗過程中要改變外力的大小，以及作用時間的長短。再演示一個雞蛋掉落碰撞的實驗，試用這個表達式解釋一下，再通過軟件和演示實驗儀器驗證變力作用下的沖量與物體動量的變化關(guān)系。最終完善動量定理的適用范圍。動量定理的建立彌補了牛頓運動定律的不足，可以幫助我們解釋很多生活中的物理現(xiàn)象，比如飛鳥能撞碎汽車玻璃。引導(dǎo)學生思考當動量變化一定時，力的作用時間的長短會影響作用力的大小。有時候，我們需要延長時間，來減小力；有時候我們需要縮短時間來增大力。請同學們想一想生活中有哪些實際例子呢？教師引導(dǎo)學生一起分析生活實例。將所學知識學以致用。教學過程教學階段教師活動學生活動設(shè)置意圖技術(shù)應(yīng)用時間安排創(chuàng)設(shè)情境新課講解提出任務(wù)：用不同的時間抽取撲克牌下的紙條。提示學生回憶原有知識：物體運動狀態(tài)的變化和什么因素有關(guān)？并分析這兩次物體的受力情況。我們可以猜想力、時間、動量的變化量三者之間存在某些聯(lián)系。這三個物理量之間到底有什么聯(lián)系呢？下面我們共同尋找他們之間的聯(lián)系。嘗試用我們學過的運動學的相關(guān)公式和牛頓運動定律來推導(dǎo)。假設(shè)光滑水平面上一個質(zhì)量為m的物體以速度v1運動，某一時刻給物體施加一個力F經(jīng)過一段時間t速度變?yōu)関2。請同學們根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)F的表達式。F=ma=m =m整理得到Ft= mv2-mv1=p如果物體受摩擦力則： (F-f)t=mv2-mv1=p即 F合t=mv2-mv1=p等式的右邊是動量的改變量，等式的左邊是力乘以力作用的時間的就叫做這個力的沖量。F合t在物理上叫合力的沖量。F乘t就叫F的沖量，摩擦力乘摩擦力作用的時間就叫摩擦力的沖量。觀察紙條上方壓著的物體哪一次速度變化大？動量變化大？根據(jù)實驗現(xiàn)象思考物體動量變化和什么因素有關(guān)系？觀察思考自己動手推導(dǎo)具體過程，整理后分析自己動手推導(dǎo)具體過程，整理后分析結(jié)合得到的表達式觀察發(fā)現(xiàn)引起動量變化的因素學生記筆記演示實驗引入提出問題引導(dǎo)學生思考：運動狀態(tài)和物體受力以及受力時間到底有什么樣的關(guān)系？5分810分鐘實驗操作得出結(jié)論創(chuàng)設(shè)情景引出新的問題得出結(jié)論用氣墊導(dǎo)軌裝置驗證合外力的沖量與物體動量變化之間的關(guān)系的實驗。1、 驗證動量定理（恒力）介紹實驗器材：計算機，光電門傳感器，滑塊，I型擋光片，砂桶以及配重片的作用。提前將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，把研究對象滑塊放于導(dǎo)軌上，細線跨過定滑輪連接滑塊和鉤碼，引導(dǎo)學生思考哪個力能夠充當合外力（當砂桶的質(zhì)量遠遠小于滑塊質(zhì)量的時候，我們認為滑塊所受拉力為恒力）。豎直下垂的砂桶的重力表示滑塊受到的水平恒力的大?。煌ㄟ^光電門傳感器記錄滑塊依次通過兩個光電門的時間，利用平均速度代替滑塊通過光電門的瞬時速度；同時傳感器能記錄滑塊在兩個光電門之間的時間。教師引導(dǎo)學生，根據(jù)實驗獲得的數(shù)據(jù)，比較滑塊所受合力的沖量與滑塊動量變化后，發(fā)現(xiàn)在誤差允許范圍內(nèi)相等，則物體在恒力作用下的動量定理得到驗證。準備一個生雞蛋，從桌面上一定高度讓雞蛋自由下落，第一次下落接觸面為沙子表面，實驗前請學生猜測雞蛋是否破碎；第二次下落接觸面為桌子表面，依然請學生猜測雞蛋是否破碎。根據(jù)動量定理能否解釋演示實驗的結(jié)論。同時引導(dǎo)學生思考在變力的作用下是否還符合定量的關(guān)系。2、 驗證動量定理（變力）應(yīng)用力的傳感器記錄碰撞過程中變化的力的數(shù)值。根據(jù)數(shù)據(jù)記錄情況，直接計算出滑塊的動量變化，通過傳感器記錄的碰撞時的“F-t”圖線回放，選取有效區(qū)域后，啟用“其它處理”中的“積分”功能，計算出力與時間的積分值（即沖量Ft）得出動量定理的適用范圍：既適用于恒力，也適用于變力。根據(jù)實驗需要測量的物理量以及所提供的器材設(shè)計實驗環(huán)節(jié)。學生通過大屏幕看到數(shù)字計時器的變化，直接看到所有實驗計算過程。學生明確實驗?zāi)康?，理解實驗原理，弄清如何采集實驗?shù)據(jù)學生通過大屏幕看到數(shù)字計時器的變化，直接看到所有實驗計算過程。觀察、思考為什么雞蛋掉落在不同的材質(zhì)上會有不同結(jié)果，并找同學發(fā)表自己的看法學生明確實驗?zāi)康?，理解實驗原理，弄清如何采集實驗?shù)據(jù)學生在教師引導(dǎo)下，將學過的科學方法遷移，探尋處理實驗數(shù)據(jù)的方法實驗驗證不同情況下的力的沖量與物體動量變化的關(guān)系是否相等？思考，分析并理解實驗原理依據(jù)所提供的實驗器材設(shè)計如何測量實驗所需的物理量用氣墊導(dǎo)軌和光電門驗證合外力的沖量和動量變化量的關(guān)系Dislab數(shù)字實驗室系統(tǒng)氣墊導(dǎo)軌光電門傳感器Dislab數(shù)字實驗室系統(tǒng)氣墊導(dǎo)軌光電門傳感器20分1、在結(jié)論得到驗證之后，請同學依據(jù)動量定理來解釋上課開始做的抽取紙牌的現(xiàn)象。2、觀看視頻：飛鳥撞汽車展示暴力分揀快遞 屈肘接球、碼頭躉船、跳遠落地屈膝學生嘗試用動量定理來定性地解釋這些現(xiàn)象并體會生活中相類似的現(xiàn)象用動量定理解釋現(xiàn)象7分學習效果評價設(shè)計評價方式1、通過提問的方式讓學生體會沖量概念引入的必要性2、通過學生完成學案的方式讓學生動手自己根據(jù)牛頓第二定律推導(dǎo)動量定理的過程3、通過學生參與探究實驗中的設(shè)計與分析結(jié)論部分，讓學生參與實驗，完善規(guī)律的建立過程和適用范圍。4、通過解釋生活中的一些常見現(xiàn)象，讓學生熟悉動量定理。評價量規(guī)1、觀察小實驗并回答問題（1）觀察實驗中物體哪一次速度變化大？動量變化大？（2） 分析動量變化和什么因素有關(guān)系？2、將上述實驗過程簡化為以下場景，請同學根據(jù)牛頓第二定律來推導(dǎo)動量的變化。假設(shè)光滑水平面上一個質(zhì)量為m的物體以速度v1運動，某一時刻給物體施加一個力F經(jīng)過一段時間t速度變?yōu)関2。沖量概念的提出（1） 定義：（2） 定義式：（3） 單位：（4） _量，_量3、 學生能積極參與教學全過程，能夠充分的動手操作，自主的探索與合作交流。 動量定理表達式 適用范圍4、用動量定理解釋物理現(xiàn)象，課堂氣氛活躍，學習積極性高，愉快地完成了教學任務(wù)（1） 飛鳥撞玻璃視頻的解釋（2） 暴力分揀快遞（3） 曲肘接球、跳遠落地屈膝、碼頭躉船本教學設(shè)計與以往或其他教學設(shè)計相比的特點(300-500字數(shù))本節(jié)課是教科版高中物理選修3-5中第一章的內(nèi)容。但是動量定理并未出現(xiàn)在課程正式內(nèi)容中，而是出現(xiàn)在發(fā)展空間中，但是學生對這部分總有各種認識上的問題。在教學時，往往很容易忽略這部分的教學，且在高考的考試說明中，沖量、動量定理都是二類要求，動量定理本身也為解決力學問題開辟了新的途徑，所以在教學中我仍然對這部分內(nèi)容進行了精心的教學設(shè)計。對于本節(jié)課設(shè)計的特點剖析：本節(jié)課以創(chuàng)設(shè)“從撲克牌盒下面抽出紙條”這一簡單的問題情境為切入點，采用教師引導(dǎo)下的理論與實驗探究相結(jié)合構(gòu)建動量定理的教學方案，教師提供實驗器材，通過教師引導(dǎo)、學生思考討論交流、參與探究過程、師生一起進行歸納總結(jié)得出并驗證結(jié)論。學生在親歷探究的過程中，感受概念的建立與規(guī)律的形成過程，體會用規(guī)律解釋現(xiàn)象后成功的喜悅。本節(jié)課凸顯了“從生活走向物理”的新課程理念。 先讓學生從實例中定性認識，同時啟發(fā)學生用已學的牛頓運動定律來推導(dǎo)不同物理情境中物體運動狀態(tài)的變化，發(fā)現(xiàn)引起動量變化的因素，從而很自然地引出新的物理量沖量，再將問題一般化，得到動量定理的表達式。這樣的設(shè)計從感性到理性，從定性到定量，從特殊到一般，體現(xiàn)了概念和規(guī)律教學應(yīng)有的意境。在認識了沖量的基礎(chǔ)上，學生根據(jù)現(xiàn)有的器材設(shè)計出驗證恒力作用下動量定理的實驗，通過獲取、分析實驗數(shù)據(jù)，用實驗的方法驗證了恒力作用下動量定理。教師引導(dǎo)學生應(yīng)用實驗器材驗證變力作用下的動量定理是否成立，完善了動量定理的適用范圍。最后用動量定理解釋生活中的問題，將理論應(yīng)用于生活。將一些重要推導(dǎo)過程寫在黑板上讓學生能夠