實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律（教學(xué)設(shè)計(jì)）高二物理系列（人教版2019選擇性）

1.4實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)備課人學(xué)科物理課題1.4實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律教學(xué)內(nèi)容分析教材在第1節(jié)通過(guò)教師演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生尋求碰撞中的不變量，后面又通過(guò)理論推導(dǎo)得出了動(dòng)量守恒定律。學(xué)生通過(guò)必修課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)儲(chǔ)備了豐富的運(yùn)動(dòng)與相互作用關(guān)系的知識(shí)，初步形成了運(yùn)動(dòng)與相互作用觀和能量觀。本節(jié)主要是引導(dǎo)學(xué)生在初步掌握動(dòng)量守恒定律的基礎(chǔ)上，利用已有的知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)據(jù)分析。本節(jié)的重點(diǎn)應(yīng)放在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析上。學(xué)情分析學(xué)生學(xué)習(xí)了動(dòng)量守恒定律，熟悉在各種情境下運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解決問(wèn)題，知道動(dòng)量守恒定律的條件，這些知識(shí)幫助學(xué)生分析動(dòng)量是否守恒，為學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案提供啟發(fā)。學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案能力較差，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案缺乏全面分析，實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理能力有待進(jìn)一步提升。教學(xué)目標(biāo)1.能依據(jù)已有知識(shí)合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。2.能合理地選擇實(shí)驗(yàn)器材，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，形成結(jié)論。3.能撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，用學(xué)過(guò)的物理術(shù)語(yǔ)、圖表等交流本實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程與結(jié)論。4.堅(jiān)持實(shí)事求是，在合作中既能堅(jiān)持觀，點(diǎn)又能修正錯(cuò)誤。教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。2.教學(xué)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案。教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入提出問(wèn)題：1.系統(tǒng)動(dòng)量守恒的條件是什么？對(duì)學(xué)生回答的條件進(jìn)行標(biāo)記總結(jié)，幫助學(xué)生理解。提出問(wèn)題：2.系統(tǒng)滿足動(dòng)量守恒定律的公式是什么？引導(dǎo)學(xué)生思考：上一節(jié)課我們分別通過(guò)動(dòng)量定理和牛頓運(yùn)動(dòng)定律兩個(gè)不同的角度，理論上證明了動(dòng)量守恒定律，那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)加以驗(yàn)證呢？學(xué)生回答動(dòng)量守恒定律的條件：(1)系統(tǒng)不受外力；(2)系統(tǒng)受到外力，但外力的合力為零；(3)系統(tǒng)所受外力合力不為零，但系統(tǒng)內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，外力相對(duì)來(lái)說(shuō)可以忽略不計(jì)，因而系統(tǒng)動(dòng)量近似守恒；(4)系統(tǒng)總的來(lái)看雖不符合以上三條中的任何一條，但在某一方向上符合以上三條中的某一條，則系統(tǒng)在這一方向上動(dòng)量守恒.在回顧知識(shí)的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生深入思考，這樣過(guò)度順利，也能順利搭建學(xué)生知識(shí)體系。新課教學(xué)第一部分：實(shí)驗(yàn)思路問(wèn)題：生活中什么樣的過(guò)程可以盡可能的滿足動(dòng)量守恒的條件？碰撞過(guò)程——盡管生活中碰撞的物體所受合外力不能為零，但在這一過(guò)程中往往內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，我們可以近似認(rèn)為碰撞滿足動(dòng)量守恒定律的條件。學(xué)生嘗試回答問(wèn)題并與其他同學(xué)交流學(xué)生在進(jìn)行交流回答中加強(qiáng)對(duì)動(dòng)量守恒定律的條件的理解。第二部分：物理量的測(cè)量根據(jù)動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式：m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'，實(shí)驗(yàn)中我們需要測(cè)量哪些物理量？2.如何測(cè)兩個(gè)物體的質(zhì)量？3.如何測(cè)量物體碰撞前后的速度？根據(jù)你所學(xué)以往知識(shí)能說(shuō)出幾種？學(xué)生回答：（1）測(cè)量物體的質(zhì)量：m1和m2（2）測(cè)量物體碰撞前后的速度：v1、v2、v1'、v2'回答問(wèn)題：物體質(zhì)量可用天平直接測(cè)量回答問(wèn)題：（1）利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速（2）利用光電門(mén)測(cè)速（3）利用機(jī)械能守恒定律測(cè)速（4）利用平拋運(yùn)動(dòng)測(cè)速引導(dǎo)學(xué)生深入思考，為后面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做好鋪墊。第三部分：數(shù)據(jù)分析提出問(wèn)題：利用碰撞進(jìn)行驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律時(shí)，在數(shù)據(jù)分析上會(huì)存在哪些困難，我們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能方便數(shù)據(jù)分析？教師總結(jié)：動(dòng)量是矢量，在計(jì)算兩物體碰撞前后動(dòng)量之和時(shí)可能設(shè)計(jì)用到平行四邊形法則，這在計(jì)算上難度大，為了減少數(shù)據(jù)分析困難，我們可以利用碰撞前后物體都在同一直線上運(yùn)動(dòng)（一維碰撞問(wèn)題）。學(xué)生回答嘗試回答并交流。培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作的能力。第四部分:方案設(shè)計(jì)（一）實(shí)驗(yàn)器材展示：可供選擇的實(shí)驗(yàn)器材：提問(wèn)：你是否可以從以上器材中選擇其中的一些，設(shè)計(jì)除符合要求的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)？方案設(shè)計(jì)方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)器材：設(shè)計(jì)思路：（1）如何調(diào)整使系統(tǒng)合外力為0？（2）實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)動(dòng)量守恒？教師在學(xué)生回答問(wèn)題基礎(chǔ)上和學(xué)生一起歸納實(shí)驗(yàn)步驟：(1)用天平測(cè)量?jī)苫瑝K的質(zhì)量m1、m2，填入預(yù)先設(shè)計(jì)好的表格中。(2)安裝光電門(mén)，使兩個(gè)光電門(mén)之間的距離約為50cm。(3)導(dǎo)軌通氣后，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，使滑塊在氣墊導(dǎo)軌上保持不動(dòng)或勻速直線運(yùn)動(dòng)。(4)使兩滑塊依次發(fā)生上圖三種碰撞情況，計(jì)算滑塊碰撞前后的速度。(5)改變滑塊質(zhì)量，重復(fù)步驟(4)。(6)整理實(shí)驗(yàn)儀器，數(shù)據(jù)處理，尋找守恒量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理提出問(wèn)題：如何進(jìn)行設(shè)計(jì)分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導(dǎo)歸納并對(duì)數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步歸納得出：mA＞mB,運(yùn)動(dòng)滑塊A撞擊靜止滑塊B。mAv1=mAv2+mBv3運(yùn)動(dòng)滑塊A撞擊靜止滑塊B，撞后兩者粘在一起。mAv=(mA+mB)v共兩靜止滑塊被彈簧彈開(kāi)，一個(gè)向左，一個(gè)向右0=mAvA-mBvB實(shí)驗(yàn)結(jié)論在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個(gè)小車(chē)的動(dòng)量守恒。注意事項(xiàng)：利用該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)怎樣注意哪些事項(xiàng)？教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)注意事項(xiàng)：（1）保證是一維碰撞。（2）氣墊導(dǎo)軌是一種精度較高的現(xiàn)代化教學(xué)儀器。切忌振動(dòng)、重壓，嚴(yán)防碰傷和劃傷，絕對(duì)禁止在不通氣的情況下將滑行器在軌面上滑磨。調(diào)整水平時(shí)注意利用水平儀。（3）由于碰撞的情形很多，猜想的不變量只有在各種方案中都不變才能符合要求，成為實(shí)驗(yàn)結(jié)論。（4）考慮到速度的矢量性，記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)規(guī)定正方向。若速度方向與規(guī)定的正方向相同，則速度取正值，若速度方向與規(guī)定方向相反，則取負(fù)值。方案二：用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律實(shí)驗(yàn)器材：設(shè)計(jì)思路：（1）該實(shí)驗(yàn)動(dòng)量守恒的條件是什么？（2）實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)動(dòng)量守恒？實(shí)驗(yàn)步驟：(1)先用天平稱量出兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，注意使實(shí)驗(yàn)器的斜槽末端點(diǎn)的切線水平。(3)在地上鋪一張白紙，白紙上鋪放復(fù)寫(xiě)紙。(4)在白紙上記下重垂線所指的位置O，它表示入射小球m1碰撞前球心的豎直投影點(diǎn)。(5)先不放被碰小球，讓入射小球從斜槽上同一位置處?kù)o止?jié)L下，重復(fù)10次，用圓規(guī)畫(huà)盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)圈在里面，圓心就是入射小球不碰撞時(shí)的落地點(diǎn)。（6）把被碰小球放在斜槽軌道末端，讓入射小球從同一位置靜止?jié)L下，使它們發(fā)生正碰，重復(fù)10次，同理求出入射小球落點(diǎn)的平均位置M和被碰小球落點(diǎn)的平均位置N。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理提出問(wèn)題：如何進(jìn)行設(shè)計(jì)分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導(dǎo)歸納并對(duì)數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步歸納得出：用刻度尺測(cè)出線段OM、OP、ON的長(zhǎng)度，把兩小球的質(zhì)量和相應(yīng)的水平位移數(shù)值代入m1OP＝m1OM＋m2ON，看等式是否成立。實(shí)驗(yàn)結(jié)論m1OP＝m1OM＋m2ON結(jié)論:碰撞前兩小球的動(dòng)量之和等于碰撞后兩小球的動(dòng)量之和。利用該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)怎樣注意哪些事項(xiàng)？教師在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)注意事項(xiàng)：（1）斜槽末端要切線要水平；（2）每次小球下滑要從同一位置處由靜止釋放；（3）要保證對(duì)心碰撞，兩球必須大小相等；（4）小球的諸多落點(diǎn)要用用圓規(guī)畫(huà)盡可能小的圓把所有的小球落點(diǎn)都圈在里面，該小圓的圓心即為小球的平均落點(diǎn)；（5）入射小球的質(zhì)量m1和被碰小球的質(zhì)量m2的大小關(guān)系是m1>m2。方案三：?jiǎn)螖[測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)器材：設(shè)計(jì)思路：（1）該實(shí)驗(yàn)動(dòng)量守恒的條件是什么？（2）實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)動(dòng)量守恒？實(shí)驗(yàn)步驟：(1)先用天平稱量出兩個(gè)小球的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，注意使兩球球心在同一水平線上。(3)現(xiàn)將A球拉開(kāi)讓細(xì)繩與豎直方向夾角為θ，然后將細(xì)繩由靜止釋放，然后讓其與B球相撞，然后記下AB組合達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)細(xì)繩與豎直方向的夾角β。(4)記錄對(duì)應(yīng)的θ和β。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理提出問(wèn)題：如何進(jìn)行設(shè)計(jì)分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導(dǎo)歸納并對(duì)數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步歸納得出驗(yàn)證以下結(jié)就可以得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論結(jié)論:碰撞前兩小球的動(dòng)量之和等于碰撞后兩小球的動(dòng)量之和。方案四：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)器材問(wèn)題（1）如何調(diào)節(jié)使該實(shí)驗(yàn)裝置動(dòng)量守恒？（2）實(shí)驗(yàn)得到什么樣的結(jié)果說(shuō)明系統(tǒng)動(dòng)量守恒？實(shí)驗(yàn)步驟1)先用天平稱量出兩個(gè)小車(chē)的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝好實(shí)驗(yàn)裝置，注意使兩小車(chē)重心在同一水平線上。(3)將固定帶有打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的一端墊高，將小車(chē)放在軌道上，輕輕推動(dòng)小車(chē)，讓小車(chē)在軌道上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(4)將紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器并固定在小車(chē)A的一端，讓小車(chē)B靜止的放置在木板上；（5）先接通電源，再釋放紙帶，接著與原來(lái)靜止在前方的小車(chē)B相碰并粘合成一體繼續(xù)運(yùn)動(dòng)；（6)關(guān)閉電源，取下紙帶，換上新紙帶，重復(fù)步驟(4)(5)(6)，選出較理想的紙帶如圖乙所示；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理提出問(wèn)題：如何進(jìn)行設(shè)計(jì)分析得出什么樣的結(jié)論？教師引導(dǎo)歸納并對(duì)數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步歸納得出驗(yàn)證以下結(jié)就可以得出結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，碰撞前后兩個(gè)小車(chē)的動(dòng)量守恒。學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)方案并與其他同學(xué)進(jìn)行交流。學(xué)生在老師提出的設(shè)計(jì)思路再次完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。學(xué)生和教師一起歸納實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)提出自己的想法并交流。學(xué)生在老師提出的設(shè)計(jì)思路再次完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。學(xué)生和教師一起歸納實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)提出自己的想法并交流。學(xué)生在老師提出的設(shè)計(jì)思路再次完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。學(xué)生和教師一起歸納實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。學(xué)生在老師提出的設(shè)計(jì)思路再次完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。學(xué)生和教師一起歸納實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生嘗試回答數(shù)據(jù)分析方法。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，鍛煉學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題能力。通過(guò)設(shè)計(jì)交流鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。通過(guò)設(shè)計(jì)交流鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。課堂總結(jié)方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案三：?jiǎn)螖[測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒方案四：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒數(shù)據(jù)分析方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案三：?jiǎn)螖[測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒方案四：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒動(dòng)量物理量的測(cè)量方案設(shè)計(jì)板書(shū)設(shè)計(jì)方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案三：?jiǎn)螖[測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒方案四：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒數(shù)據(jù)分析方案一：研究氣墊導(dǎo)軌上滑塊碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒方案二：用平拋演示儀裝置驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律方案三：?jiǎn)螖[測(cè)速驗(yàn)證動(dòng)量守恒方案四：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證動(dòng)量守恒數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)思路實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒動(dòng)量物理量的測(cè)量方案設(shè)計(jì)作業(yè)設(shè)計(jì)作業(yè)分為兩塊，一是課堂練習(xí)，旨在對(duì)本堂課學(xué)習(xí)中動(dòng)量的概念和實(shí)驗(yàn)思路進(jìn)行檢測(cè)，一是分層練習(xí)，分層次的訓(xùn)練學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。教學(xué)反思與評(píng)價(jià)（一）優(yōu)點(diǎn)本節(jié)實(shí)驗(yàn)課明確將教學(xué)重點(diǎn)確定為用不同實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)思路與注意事項(xiàng)，將難點(diǎn)確定為用不同實(shí)驗(yàn)方案中各物理量的測(cè)量及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，并通過(guò)以下策略成功突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)：1.課前精心準(zhǔn)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行充分預(yù)設(shè)，然后有意按照不同實(shí)驗(yàn)方案精選器材分組準(zhǔn)備；2.課上能做到體現(xiàn)為中心教學(xué)設(shè)計(jì)，先用知識(shí)回顧，順利引入新課，再用發(fā)散問(wèn)題，順利啟發(fā)學(xué)生深入思考，按照各自手中的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案。3.學(xué)生通過(guò)交流實(shí)驗(yàn)方案，交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生對(duì)動(dòng)量守恒定律的條件和普遍適用性能有更深層次的理解。（二）不足本節(jié)實(shí)驗(yàn)課對(duì)學(xué)生預(yù)估不足，學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ粔驈?qiáng)，學(xué)生表達(dá)能力不強(qiáng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課存在以下不足：1.學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表述不完善，需要老師補(bǔ)充完善，這樣學(xué)生導(dǎo)致方案設(shè)計(jì)耗時(shí)太長(zhǎng)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)有些倉(cāng)促。2.實(shí)驗(yàn)方案二中學(xué)生找平均圓心位置及實(shí)驗(yàn)方案三重測(cè)量β值的誤差較大。4.由于時(shí)間關(guān)系，本實(shí)驗(yàn)限制各組學(xué)生實(shí)驗(yàn)器具，對(duì)學(xué)生思想培養(yǎng)力度不夠。5.教師和學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性的挖掘不夠。（三）改進(jìn)思路本實(shí)驗(yàn)繼續(xù)堅(jiān)持不同小組的實(shí)驗(yàn)方案操作的好做法，這樣學(xué)