《動量守恒定律》教學設(shè)計

《動量守恒定律》教學設(shè)計一、教材分析（一）分析本節(jié)課在新教材中核心素養(yǎng)的體現(xiàn)。動量守恒定律既是本章的核心內(nèi)容，也是整個高中物理的重點內(nèi)容。在學生學習了動量、沖量和動量定理之后，以動量定理為基礎(chǔ)，在探究碰撞過程中不變量的環(huán)節(jié)中，體現(xiàn)學習中的探究精神，強調(diào)物理學中“不變量”的思想，設(shè)置情景、問題與學生交流探討，加深學生對知識的理解與掌握，發(fā)展對學科的興趣與熱情，培養(yǎng)學生的科學思維和科學探究能力。（二）對比在必修與選擇性必修中其他關(guān)聯(lián)章節(jié)。動量守恒定律是高中物理階段繼牛頓運動定律、動能定理以及機械能守恒定律之后的又一重要的解決問題的基本工具。動量守恒定律對于宏觀物體低速運動適用，對于微觀物體高速運動同樣適用；不僅適用于兩個物體組成的系統(tǒng)，也適用于多個物體組成的系統(tǒng)。因此，動量守恒定律不僅在動力學領(lǐng)域有很大的應用，在日后的物理學領(lǐng)域如原子物理等方面都有著廣泛的應用，是解決物理問題的幾大主要方法之一。二、學生分析本節(jié)課之前學生已經(jīng)理解了動量概念的生成以及動量定理的建構(gòu)過程，建立起了沖量與動量變化之間的關(guān)系，但對系統(tǒng)內(nèi)物體間的互相作用還沒有認知和關(guān)聯(lián)。本節(jié)課要求學生不但能用實驗進行探究，還有能用所學的動量定理和牛頓運動定律關(guān)系式進行理論推導，對物體相互作用過程中系統(tǒng)的動量守恒加深理解；知道動量守恒定律的普適性；會用動量守恒定律分析解釋物理問題的方法，體會自然界的和諧與統(tǒng)一。三、核心素養(yǎng)目標科學思維：能夠?qū)嶋H問題中的對象和過程轉(zhuǎn)化成物理模型，培養(yǎng)學生的模型建構(gòu)能力。物理概念：理解系統(tǒng)、內(nèi)力、外力的概念，理解動量守恒定律及守恒條件，能運用動量守恒定律解決一維碰撞問題，了解動量守恒定律的普適性，發(fā)展相互作用觀?？茖W探究：引導學生經(jīng)歷科學探究過程，學會用動量定理和牛頓第三定律理論推導動量守恒定律，養(yǎng)成科學推理和科學論證的物理思維習慣?？茖W態(tài)度與責任：能應用動量守恒定律解釋生活現(xiàn)象，進一步加深對動量守恒定律的理解，培養(yǎng)學生的科學思維。四、教學重點通過兩輛小車的碰撞實驗，探究碰撞過程中的不變量，培養(yǎng)學生的科學探究能力。利用動量定理推導動量守恒，培養(yǎng)學生的模型建構(gòu)能力。知道并理解動量守恒定律成立的條件，通過應用動量守恒定律解決生活中的問題，加深對動量守恒定律的理解。五、教學難點如何創(chuàng)造條件探究系統(tǒng)動量守恒，探究碰撞過程中的不變量，分析動量守恒的研究對象、研究過程和適用條件，對學生的科學思維和科學探究能力要求較高。六、學習方法觀察法、實驗探究法、討論法、推理歸納法七、教學過程（一）情境導入：尋找那一抹中國紅教師活動：創(chuàng)設(shè)探究情境：北京冬奧會已經(jīng)進入倒計時階段，同學們知不知道本次冬奧會有幾項新增項目？有一項是短道速滑男女混合接力，剛剛結(jié)束的短道速滑世界杯北京站中，中國隊在此項目上奪得冠軍。重溫激動人心的時刻，播放2021短道速滑世界杯北京站混合接力2000米決賽：學生活動：觀看中國隊奪冠圖片?！蛟O(shè)計意圖：聯(lián)系熱點問題導入新課，激發(fā)學生探究的熱情。觀看中國隊奪冠視頻，強化學生的愛國熱情和情懷，落實立德樹人的根本任務(wù)，培養(yǎng)學生科學態(tài)度與責任素養(yǎng)。教師活動：中國隊能取得傲人的成績，除了運動員強大的自身實力之外，完美科學的交接也是非常重要的，為了幫助運動員提升成績，需要運用高科技手段幫助運動員科學訓練，請再次重點觀察運動員的交接環(huán)節(jié)。重放兩名運動員交接環(huán)節(jié)學生活動：重點觀看運動員交接圖片?！蛟O(shè)計意圖：重復播放交接環(huán)節(jié)視頻，重點觀察現(xiàn)象，強化運動過程以便于提煉物理模型。從實際出發(fā)，在熟悉的運動中找出新問題導入新課，起到對新知識內(nèi)化的作用，培養(yǎng)學生科學思維的物理核心素養(yǎng)。教師活動：動畫模擬運動員交接教師活動：提出任務(wù)：(1)在完美的交接背后蘊含了什么樣的物理規(guī)律？(2)利用實驗裝置怎么模擬運動員交接情境？學生活動：深度思考：如何根據(jù)運動情境建構(gòu)物理模型進行研究幫助運動員科學訓練?！蛟O(shè)計意圖：通過視頻播放，設(shè)置研究情境提出任務(wù)。引發(fā)學生深度思考。從運動員交接到動畫模擬到實驗儀器模擬，加強從情境中提煉模型的能力，能夠?qū)嶋H問題中的對象和過程轉(zhuǎn)化成物理模型，培養(yǎng)學生的模型建構(gòu)能力。（二）新課教學利用已有的實驗裝置模擬運動員交接時相互作用運動情況1.項目一：探究碰撞中的物理量之間的規(guī)律教師活動：繼續(xù)以提煉出來的運動模型為例進行理論研究。如圖所示，在光滑水平桌面上做勻速運動的兩個物體A、B，質(zhì)量分別是m1和m2，沿同一直線向同一方向運動，當B追上A時發(fā)生碰撞，碰撞前A、B速度分別是v1和v2，碰撞后A、B的速度分別是v1'和v2'。碰撞過程中A受到B對它的作用力大小是F1，B所受A對它的作用力大小是F2。碰撞時，兩物體之間力的作用時間很短，用Δt表示。◎設(shè)計意圖：研究模型始終以最初提煉追擊碰撞為例，尋求理論支撐的必要性，對較復雜的問題進行模型化處理。學生活動：思考理論依據(jù)的方案，并進行分析、交流、修訂并最終確定。教師活動：提示：實驗探究定量得出結(jié)論有兩種方法：兩物體的動量變化量等大反向，和系統(tǒng)在碰撞前后動量之和相等。利用已學的知識，哪一種更容易找到理論依據(jù)？更容易實現(xiàn)？引導學生思考。學生活動：充分討論和研究，在分享交流的基礎(chǔ)上確定研究方案：動量定理?！蛟O(shè)計意圖：為了揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律需要進行理論研究。繼續(xù)以運動員交接提煉出的物理模型為例進行理論推導。提煉出理想模型更符合學生的認知。通過理論推導培養(yǎng)學生的物理思維，初步理解動量守恒的思想。而在確定研究方案的過程中，充分調(diào)動學生的思維，根據(jù)實驗探究的思路進行討論：對系統(tǒng)動量求和的方法只能說明系統(tǒng)在相互作用前后兩個狀態(tài)的動量不變，而不能揭示系統(tǒng)在相互作用的過程中動量是否變化，所以，引導學生從動量定理入手來研究系統(tǒng)內(nèi)各物體動量變化的規(guī)律，進而找到系統(tǒng)動量不變的本質(zhì)原因。確定理論推導的方案。學生活動：理論研究，分享推導過程和結(jié)論，根據(jù)動量定理推導系統(tǒng)動量守恒。解：規(guī)定向右為正方向以小車A為研究對象，根據(jù)動量定理得F1Δt=m1v1'?m1v1①對小車B為研究對象，根據(jù)動量定理得?F2Δt=m2v2'?m2v2②根據(jù)牛頓第三定律F1=F2③由①②③式得m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'結(jié)論：當系統(tǒng)合外力矢量和為零時，系統(tǒng)動量守恒?！蛟O(shè)計意圖：引導學生經(jīng)歷科學探究過程，學會用動量定理和牛頓第三定律理論推導動量守恒定律，養(yǎng)成科學推理和科學論證的物理思維教師活動：梳理深化，整理所學知識。1．系統(tǒng)：由兩個（或多個）相互作用的物體構(gòu)成的整體叫作一個力學系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。內(nèi)力：系統(tǒng)中物體間的作用力，叫作內(nèi)力。外力：系統(tǒng)以外的物體施加給系統(tǒng)內(nèi)物體的力，叫作外力。2．動量守恒定律（1）內(nèi)容：如果一個系統(tǒng)不受外力，或者所受外力的矢量和為零，這個系統(tǒng)的總動量保持不變。（2）表達式：p1+p2=p'1+p'2或m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'教師活動：問題：小車A的動量怎樣變化？小車B的動量怎樣變化？小車A和小車B組成的系統(tǒng)動量守恒嗎？學生活動：兩小車分別向左、右運動，他們獲得了動量，但兩小車的動量方向相反，系統(tǒng)動量的矢量和仍然為0，等于系統(tǒng)的初動量兩小車分別向左、右運動，他們獲得了動量，但兩小車的動量方向相反，系統(tǒng)動量的矢量和仍然為0，等于系統(tǒng)的初動量◎設(shè)計意圖：通過以上等演示實驗，引導學生從實際出發(fā)，在實驗中總結(jié)出動量守恒的適用條件教師活動：完成引課情境提出的任務(wù)：短道速滑運動員交接情境：如何進行交接能幫助運動員提高成績？“猛推”一下時后面的運動員運動狀態(tài)發(fā)生怎么樣的變化才能更好的幫助前面運動員？◎設(shè)計意圖：從生活情境中提出并準確表述可探討的物理問題，通過本節(jié)課的學習得以解決，回扣情境引入。應用思考：發(fā)射點火后，火箭是如何獲得向上的速度的？請利用所學知識對這個現(xiàn)象進行解釋。教師活動：科技在生活中應用體現(xiàn)在方方面面，對于綜合國力的提升也有顯著作用，根據(jù)我們今天所學知識，應用不僅僅體現(xiàn)在提升運動成績上，火箭技術(shù)也成為我國國力提升的體現(xiàn)之一：重溫神州十三號發(fā)射視頻。學生活動：深度思考，利用本節(jié)課所學知識定性解釋火箭發(fā)射基本原理。◎設(shè)計意圖：隨著近幾年我國航空航天事業(yè)的高速發(fā)展，有關(guān)航空航天的知識成為熱點，結(jié)合我國古代對火箭的發(fā)明，提高學生的民族自豪感。能用動量守恒定律解釋生活現(xiàn)象和實際問題，在基于證據(jù)和邏輯的問題探討中發(fā)表自己的見解。能通過神州十三號的發(fā)射情境，培養(yǎng)學生的愛國情懷，落實立德樹人的根本任務(wù)，引導學生思考生活現(xiàn)象中蘊含的物理規(guī)律，激發(fā)學生學習物理的積極性，培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。八、教學反思（一）物理觀念方面的教學反思本節(jié)課在物理觀念方面的核心素養(yǎng)主要是運動與相互作用觀和能量觀，首先創(chuàng)設(shè)運動員接力交屆的情境，猜想碰撞前后的不變量，激發(fā)學生探究的熱情，探究過程中物理量的規(guī)律，培養(yǎng)學生的相互作用觀。通過將實際的碰撞簡化為光滑水平面上的碰撞問題，利用動量定理推導動量守恒，初步理解動量守恒的思想，加深對動量守恒定律的認識，了解動量守恒定律在宏觀、微觀等方面的普適性，豐富學生的物理觀念。（二）科學思維方面的教學反思本節(jié)課在科學思維方法的核心素養(yǎng)主要是模型建構(gòu)、