第一章第1节 动量定理 教案-- 2020-2021学年高二下学期物理鲁科版选修3-5

《用动量概念表示牛顿第二定律》教学设计 [教学目标]   1、知识与技能: （1）从动量的角度理解力与运动的关系，即用动量概念表示牛顿第二定律。 （2）冲量概念、动量定理规律式的理解。 2、过程与方法： （1）利用趣味实验引入课堂，创设情境，引导学生从牛顿第二定律到动量定理的推导，并完成例题及变式的求解。 （2）例题采用学生体验或视频呈现情景的方式给出，在这个过程中将新知识逐渐渗透给学生。 3、情感、态度与价值观： （1）通过探究式的学习体验，活跃学生思维，培养学生实事求是的科学态度，引导学生用科学思想和方法对原始问题进行建模、分析并解决。 （2）通过学生展示和教师示范例题的求解，培养学生规范答题的习惯、分析和解决实际问题的能力，以及科学思维能力、科学的语言文字表达能力。 （3）深化学生对动量观点的认识，真正意义上完成高中阶段解决动力学问题的三大物理观点的完整建立。 【教学重难点】 教学重点：冲量的定义、定义式，动量定理的表达式、矢量性、物理意义及适用范围的学习；牛顿第二定律和动量定理在具体问题中如何选用更优方法是本节课的教学重点。 教学难点：力学观点根深蒂固，学生难以优先考虑动量观点。因此用动量观点解决动力学问题思路的建立是难点。 [教学方法及手段] 以引导探究法为主，创设情境营造体验式课堂。本节课的设计要把课堂充分还给学生，促进学生自主学习，通过课前实验创设情境，调节课堂气氛。以原始问题的呈现——情景创设——学生讨论与展示为主线进行新课教学，增强了物理与生活的联系，体现了“理论与实际相结合，从物理走向社会的理念”。为了把课堂还给学生，加强这节课的探究性、参与程度，我还增加了几个课堂体验实验，让学生在亲身体验中学习，加深对本节内容的理解。 为了突破难点，通过一题多问、一题多解的题目设置，使学生认识到动量定理与牛顿第二定律的区别和联系，以及定理在不同情况下的运用方法，从而达到明晰定理内涵、完成知识迁移之目的。由此，正如有论者所言：通过变式教学由易到难、由近及远、由抽象到生态化的系统平台，学生思维方法的训练可以有序展开和逐步提升，并能成为突破物理思维障碍的“利器”。 【教学过程】 教学过程 教 师 活 动 学 生 活 动 设计意图 创设情境 忆旧求新 进行新课 理解应用 新课引入 实验： 1、这是两个鸡蛋，老师让它们从相同的高度落下，大家仔细观察有什么现象？（引导：质量一定，速度变化量一定，有海绵的作用时间较长，无海绵的作用时间短，说明作用时间长短会影响合外力的大小。） 2、老师给大家带来两根棒棒糖送给大家，分别以不同的速度扔给学生，接到速度大的棒棒糖的学生手比较疼。（质量一定，速度变化量不一样，作用时间一定，速度变化量大的对应的合外力比较大，说明速度变化量会影响合外力的大小。） 3、老师这还有一个更大的棒棒糖，谁想要，让大棒棒糖和小棒棒糖从同一高度自由下落，这位同学说说你的感受？（质量不同，速度变化量一定，作用时间一定，质量大的棒棒糖对应的合外力比较大，说明质量会影响合外力的大小。） 引导：通过刚刚的实验，我们发现，合外力的大小和物体的质量、速度变化量、时间都有着密不可分的关系。大家可以大胆猜测一下（合外力的大小与物体的动量变化的快慢有关）。 那么到底是不是这样呢？我们可以通过一个简单的推导来加以验证。 如何推导呢？老师给大家一点小提示。 进行新课 物理建模过程： 我们假设物块在恒定外力的作用下做匀加速直线运动，设物块在t时刻初速度为v，在t′时刻的末速度为v′。将牛顿第二定律中的加速度稍作展开，看看你能发现什么？ 如图所示，由牛顿第二定律得，合外力 由于， 所以 F=．．．．．．．．．．．（1） [启发]由此可见，力与动量变化是什么关系？ [介绍]这就是牛顿第二定律的另一种表达方式——物体动量的变化率等于它受到的合外力。 不知道大家注意到没有，我们得出合外力F等于动量变化率，变化率大家都很熟悉了，以前我们还学到过速度变化率是平均加速度，位移变化率是平均速度，因此动量变化率的物理意义是什么呢？ 平均作用力。 2、冲量、动量定理 [引申]上式也可写成 ．．．（2） 反映了怎样的物理意义？   表达式左边是物体从t时刻到t′时刻动量的变化量，右边是物体所受合外力与这段时间的乘积。 也就是说，物体动量的变化量，不仅与力的大小和方向有关，还与时间的长短有关。 这个量反映了力对时间的积累效应。物理学中把力F与作用时间t的乘积定义为力的冲量，记为，即，单位：NS，读作“牛顿秒”。 如果以力F为纵坐标，时间t为横坐标，那么就可以用他们所围成的面积来表示力对时间的累积效应，即力的冲量。 如果物体在运动过程中受到的是变力呢？同样用直线与坐标轴所围成的面积表示力的冲量，这时候我们可以用平均力F在相同的作用时间内的冲量来进行等效替代，当然需要保证图中直线围成的三角形面积和矩形围成的面积相等。 将（2）式写成 ．．．．． （3） （3）式表明，物体动量的变化量等于它所受合外力的冲量，这个结论叫做动量定理。 接下来，我们一起来看一下动量定理在现实生活中有哪些广泛的应用？ 三、理解应用： 1、定性分析 情景1：播放水刀切相机视频 思考：水刀为何能形成如此强大的杀伤力？ 解释：现代技术常用的“水刀”是将水从高压水枪中射出，形成一个很细的水束，水喷射速度达到2000m/s，“水刀”能切割物体是因为水和物体接触时单位面积上的动量变化率很大，也就是压强很大。 情景2：学生体验接篮球的过程，屈手臂而不伸直手臂。 情景3：学生体验 老师这里有一杯喝了让人开心的冰镇可乐，能将下面的纸条抽出而可乐不掉落，可乐就是你的了。（老师先尝试，动作较慢，后让学生上来调整，分享秘诀：一个字快！） 趣味视频（抽桌布） 正如大家所看到的那样，利用动量定理我们可以解释生活中的很多现象。其实它还有很多优点等待大家去发现。我们一起来体验一下下面这道题。 2、定量计算 例题4：　质量ｍ＝10kg的物体，放在光滑水平面上，现施Ｆ＝100Ｎ的水平推力，求该物体在２秒时的速度？ (解法一，用牛顿定律和运动学公式求解；解法二，用动量定理求解) 面对问题，大家总习惯于牛顿第二定律，其实动量定理也有他的优势。我们先来观察一下他们的构造和特点。 状态式 过程式 结论： 牛顿第二定律具有瞬时性，物体在各个时刻受到合外力作用在瞬时立即产生相应的加速度； 而动量定理则是一条反映物理过程的规律，它是力在一段时间上的积累过程（冲量），研究的时物体始末两状态的动量变化。 老师示范使用动量定理解题的基本步骤并规范答题过程。 展示学生牛顿第二定律解题的过程。 运用动量定理解题步骤： （1）确定研究对象； （2）明确研究过程，对研究对象进行受力分析。 （3）找出物体的初末状态并确定相应的动量； （4）选定正方向； （5）根据动量定理列方程求解； 结论：都是好方法。 变式一：假设水平面不光滑，有摩擦力ｆ＝40Ｎ，其他条件不变，求物体２秒时的速度。(动量定理) 变式二：在变式一中，如果在２秒时撤去外力Ｆ，物体还能运动多久（设摩擦力不变）？ (解法一，分过程用动量定理；解法二，全过程用动量定理。) 学生展示与交流 四、课后总结: 动量定理的优点：不考虑中间过程，只考虑初末状态。 求解时间时比较方便。 力的瞬时效果:牛顿第二定律 力对空间的积累:动能定理+(= 力对时间的积累: 动量定理 五、课后作业 1、书《问题与练习》 2、阅读“科学漫步”，收集有关“汽车碰撞试验”的资料。 注意到力对鸡蛋持续作用了一段时间。 观察、思考并回答。       讨论：物体动量的变化率等于它受到的力。   分析、计算、并用希沃授课助手即时展示学生结果并加以点评。 类比分析得出动量变化率更准确的物理意义——平均作用力。 反映了力对一段时间的积累效应。 探究：如果物体所受的力不是恒力，对动量定理的表达式应该怎样理解呢？（F-t图像帮助理解） 展示结果： 或 讨论交流： 1、 合外力冲量是物体动量变化的原因。 2、 物体动量变化的大小和它所受合外力冲量的大小相等，方向相同。 讨论得出 结论一： 力的作用时间一定, 动量变化越大,作用力就越大; 动量变化越小,作用力就越小; 结论二： 动量变化一定，作用时间越长，作用力越小；作用时间越短，作用力越大。 结论三： 作用力一定,作用时间越短， 动量变化越小，所以可乐的位置基本不变。 小结：对动量定理的认识: （1）可适用于变力问题。 （2）I是合外力的冲量，是ΔP的原因(要做受力分析。 （3）注意公式的矢量性(可以设定正方向。 学生模仿老师的答题过程进行解题。展示后进行纠错和总结。 培养学生规范答题的好习惯（教师板书给出标准答题过程） 科学漫步开拓学生思维。 让学习在笑声中开始；创造轻松的课堂气氛。引导学生将实际问题简化，建立物理模型解决问题。       培养学生运用数学工具处理问题的能力和对知识点的整合能力  从动量角度理解力与运动的关系。让学生了解物理学的史实   培养学生科学思维能力、科学的语言文字表达能力。   体验概念的形成过程。   强化对于动量定理的理解。学生在交流过程中互相提醒、补充，增强合作意识。     插入多媒体视频和课堂体验，活跃气氛、激发兴趣。 体验成功喜悦，从感性认识到理性认识。 从情景视频和学生体验中获得对动量定理更深的理解。用科学的观点解释生活现象。       让学生感受动量定理“两态一过程”的显著特征。   本例题经由两次拓展，充分展现了动量定理与牛顿定律的区别和联系，在不同情形下的定理应用，可达到训练学生知识迁移能力的效果。 整合分散的知识点，形成知识体系。 【教学反思】　 1、动量定理与学生之前接触到的物理知识最大的不同是时间参量的介入，从时间参量的影响效果出发更容易给学生造成认知上的冲突。而且，教材中提到动量定理不仅适用于恒力情形，也适用于变力情形，但是对于为什么适用于变力情形并没有给出具体说明，不能有理有据地给学生呈现定理的来龙去脉，致使学生对定理的应用范围没有清晰透彻的理解。 2、教学中采用引导和活动相结合的形式，使学生尽量多地参与到课堂教学中来，通过自主探究合作讨论的学习方式。 3、在富有开放性的问题情境中，学生思路开阔了，思维火花闪现了，这时教师如果没有给学生提供尝试的机会，学生又成为接受知识的容器，这样会严重阻碍学生探究能力的发展，因此，教学中要变先讲后练为先尝试后点拨，把学习的主动权交给学生。 4、教师在提问时要有导向性，应充分发挥学生的主体作用，自己的主导作用，要善于引导学生多读多思考，从而理解问题。 5、在课堂设计的过程中，教师要尽可能预见可能出现的问题，课堂上遇到无法解决的问题，课后要查阅资料，请教别人，明确认识后再告诉学生，教师也要保持学习的习惯。 v′ v F t t p p t t mv v m t t v v m                F F 0 t0 t $