第2节 动量守恒定律及其应用（表格式教学设计） 物理鲁科版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦动量守恒定律的核心内容，从“神奇跷跷板”实验导入，通过问题链引导学生逐步建立系统观念、内力外力区分和动量守恒条件的认知框架，形成由现象到本质、由个体到系统的逻辑递进学习路径。 本设计以科学思维为主线，融合模型建构与科学推理，如碰撞过程的受力分析与动量定理推导，体现物理学科的严谨性；借助朗威光电测速传感器开展实验验证，强化科学探究能力，提升数据处理与误差分析意识；同时融入火箭推进、乌贼喷水等真实情境，激发科学态度与责任，培养学生用物理规律解释自然现象的能力。教师可直接套用其结构化流程，学生则在动手实践中深化理解，实现素养导向的教学落地。

第2节 动量守恒定律及其应用（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第2节 动量守恒定律及其应用 教学 目标 物理观念 能理解动量守恒定律的内容（系统总动量保持不变的条件）及矢量性，建立对系统相互作用过程中动量关系的物理观念。 科学思维 能通过推导动量守恒定律，分析碰撞、爆炸等系统受力情况，判断定律适用性并解决问题，提升系统分析与逻辑推理能力。 科学探究 能参与“验证动量守恒定律”实验，设计方案（如碰撞实验）测量动量变化，分析数据验证定律，提高实验操作与归纳能力。 科学态度 与责任 通过了解动量守恒定律在火箭推进、粒子碰撞等科技领域的应用，感受其科学价值，培养运用规律探索自然的兴趣。 教学 重难点 重点：掌握动量守恒定律的条件及在实际问题中的应用。 难点：准确选取系统并分析守恒条件的适用性。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 神奇跷跷板：两辆固定有磁铁的小车（质量不同）用棉绳套在一起。将两车放到自制的跷跷板上，调整跷跷板平衡，然后烧断绳子，猜想跷跷板怎么样了？ 慢镜头回放：车子不动，跷跷板的平衡就很困难，车子动起来，跷跷板居然还能保持平衡。这两辆小车运动的背后，到底隐藏着什么规律？ 观看实验和视频。猜想。 回答提问。 新课讲授 一、建模推导 展示情景：如图中在光滑水平桌面上做匀速运动的两个物体A，B，当B追上A时发生碰撞。碰撞后A、B的速度分别是v′1和v′2。碰撞过程中A所受B对它的作用力是F1，B所受A对它的作用力是F2。碰撞时，两物体之间力的作用时间用Δt表示。你能根据以上信息推导A、B碰撞之后动量之和的变化情况吗？引导学生思考回答。 【问题1】（受力分析）碰撞过程中物体 A、B 受到哪些力的作用？影响 A、B 动量变化的是哪些力的冲量？ 【问题 2】规定向右为正方向，请确定 A、B 系统在碰撞前的总动量和碰撞后的总动量？ 填好下表： 对 A 应用动量定理 对 B 应用动量定理 根据牛顿第三定律 系统 初态 总动量 系统 末态 总动量 教师板书：两个物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和。 【问题 3】探究系统动量变化的原因？ （1）观察两车的动量定理表达式，加工、变形、组合，看是否有新的发现。 （2）组织学生讨论； （3）引导学生分享； （4）学生分享中，建立系统、内力、外力的概念； 【教师板书：一、系统、内力、外力】 （5）学生分享中，明确系统总动量的变化原因； 【问题4】挖掘动量守恒的条件？ （1）明确：内力并不能改变系统的总动量；系统总动量的变化原因是合外力的冲量； （2）在系统不受外力，或者所受外力矢量和为零时，系统总动量就不变； （3）追问：在任意一段时间内都不变吗？也即是说，任意两个时刻总动量相等，即称动量守恒。 （4）物体和物体在相互作用时所遵循的这一规律，即动量守恒定律。 回答提问； 齐读课本。 新课讲授 二、实践佐证 朗威光电测速传感器 小车质量输入电脑软件，蓝牙实时传输速度信号，软件辅助描绘二个小车 的速度时间图像。选择作用前后的二个时刻，记录比较初、末状态的总动量。 【问题1】一维碰撞的其它形式， 请同学们思考讨论？其它形式的碰撞过程 动量是否守恒？ 一维碰撞的其它情况主要分为： （1）A、B 同向运动，且 v2>v1, （2） A、B 反向运动，发生对撞且 v2>v1 (3)A 运动，与静止的 B 发生碰撞后粘在一起 等几种类型。 学生活动：学生操作两辆小车的运动，完成其它碰撞类型的实验。 【问题 2】实验验证中系统的总动量并不是完全守恒的？有微小偏差的原因是什么？ 碰撞过程中有微小的外力影响，这些外力有冲量会改变系统总动量。但是 外力远远小于内力，所以可以忽略不计。 前后照应： 1、跷跷板上两车分开过程，系统动量是否守恒？ 单独提问：引导学生按照标准步骤完成，即： （1）选系统：两辆车； （2）定过程：从烧断绳子开始向两侧运动的过程；（3）受力分析判断条件：重力和支持力，外力矢量和为零； （4）找到初末总动量：由静止释放，系统初动量为零，弹开时两车都获得了动量，系统动量还守恒？（学生可能达到“方向”），单独请学生说出此刻总动量的表达式； （5）列式：得到 m1v1=m2v2 （6）提问：这是哪个时刻的速度关系（任意时刻） 2、分析总结： （1）每辆小车的动量是否保持不变？（不是） （2）保持不变的是？（系统总动量） 这里体现动量守恒的研究对象的系统性； 【教师板书：4.（1）系统性】 （3）系统总动量是各个物体动量代数相加吗？（不是，矢量求和） 这里体现动量守恒的矢量性； 【教师板书：（2）矢量性】 （4）速度具有相对性，所以表达式中的速度应先全部统一相对同一惯性参考系。 这是动量守恒的相对性。 【教师板书：（3）相对性】 3、解释现象：为什么两车运动时，跷跷板可以保持平衡？ （1）（初中已学）杠杆平衡条件： 得到 m1l1=m2l2 （2）提问：表达式中的长度是怎么形成的？（小车的位移） （3）提问：如何利用之前小车动量守恒的方程得到跷跷板的平衡条件？ 思考讨论，单独提问 阅读材料： 1、列举宏观物体间相互作用的实例 2、微观粒子的相互作用同样适用 通过拓展资料的补充，让学生课后自行阅读了解。 3、普适性说明 动量守恒定律是一条独立且普遍的规律，大到天体间的相互作用，小到如质子、中子等微观粒子的相互作用，都遵守动量守恒定律。 【例题1】如图所示是一个物理演示实验，图中自由下落的物体A和B被反弹后，B能上升到比初位置高的地方。A是某种材料做成的有凹坑的实心球，质量为m1=0.28 kg.在其顶部的凹坑中插着质量为m2=0.1 kg的木棍B，B只是松松地插在凹坑中，其下端与坑底之间有小空隙。将此装置从A下端离地板的高度H=1.25 m处由静止释放，实验中，A触地后在极短时间内反弹，且其速度大小不变，接着木棍B脱离球A开始上升，而球A恰好停留在地板上，则反弹后木棍B上升的高度为（重力加速度g取10 m/s2）（　　） A．4.05 m B．1.25 m C．5.30 m D．12.5 m 【答案】A 【详解】由题意可知，A、B做自由落体运动，根据v2=2gH 可得A、B的落地速度的大小v=A反弹后与B的碰撞为瞬时作用，A、B组成的系统在竖直方向上所受合力虽然不为零，但作用时间很短，系统的内力远大于外力，所以动量近似守恒，则有m1v－m2v=0＋m2v′2B 上升高度h= 联立并代入数据得h=4.05 m 故选A。 针对训练1如图，在一个平静的足够深的水池中，木球通过细线连接一个铁球，二者一起以速度v竖直向下匀速运动，铁球质量是木球的4倍，运动过程水的阻力忽略不计（浮力不可忽略）。某时刻细线断开，当木球运动至最深处时，铁球的速度为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】细线断开后，只要铁球还未沉底，木球还未浮出水面，二者组成的系统竖直方向上动量守恒，木球运动至最深处瞬间，速度为0，设木球质量为m，铁球质量为4m，有 解得 故选A。 认识情景，了解原理，明确实验目的。 参与分析、答问； 单独提问。 学生课后阅读补充资料。 课 堂 练 习 1．在下列几种现象中，所选系统动量守恒的是（　　） A．光滑斜面置于光滑水平面上，一个物体沿斜面滑下，物体和斜面系统动量守恒 B．在光滑水平面上运动的小车迎面撞上一静止的小车，两车系统的动量守恒 C．运动员将铅球从肩窝开始加速推出，运动员和铅球系统的动量守恒 D．从高空平抛落下的重物落在静止于地面上的车厢中，重物和车厢系统的动量守恒 【答案】B 【详解】A．光滑水平面上放一斜面，斜面也光滑，一个物体沿斜面滑下，以物体和斜面为一系统，系统在竖直方向上存在加速度，合外力不为零，动量不守恒，故A错误； B．在光滑水平面上， 运动的小车迎面撞上一静止的小车，以两车为一系统，系统所受合外力为零，动量守恒，故B正确； C．运动员将铅球从肩窝开始加速推出， 以运动员和铅球为一系统，运动员受到地面的摩擦力作用，系统所受合外力不为零，动量不守恒，故C错误； D．从高空平抛落下的重物落在静止于地面上的车厢中， 以重物和车厢为一系统，重物在与车厢作用过程中存在竖直向上的加速度，所以系统在竖直方向上所受合外力不为零，动量不守恒，故D错误。 故选B。 2.如图所示，一根直杆靠在墙壁上向下滑动一段距离，水平地面光滑，竖直墙壁粗糙。直杆下滑过程中（　　） A．仅水平方向动量守恒 B．仅竖直方向动量守恒 C．水平、竖直方向的动量均守恒 D．水平、竖直方向的动量均不守恒 【答案】D 【详解】直杆在水平、竖直方向受到的合力均不为0，两个方向动量均不守恒。 故选D。 3.一枚火箭搭载着卫星以速率v0进入太空预定位置，由控制系统使箭体与卫星分离．已知前部分的卫星质量为m1，后部分的箭体质量为m2，分离后箭体以速率v2沿火箭原方向飞行，若忽略空气阻力及分离前后系统质量的变化，则分离后卫星的速率v1为（ ） A．v0-v2 B．v0+v2 C． D． 【答案】D 【知识点】动量守恒定律的内容、应用范围和推导 【分析】本题考查动量守恒定律 【详解】系统分离前后，动量守恒： ，解得： ，故ABC错误；D正确． 4.如图所示，质量均为m的两个小球A、B用长为L的轻质细绳连接，B球穿在光滑水平细杆上，初始时刻，细绳处于水平状态，将A、B由静止释放，空气阻力不计。从释放到A球运动到最低点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．A、B组成的系统动量守恒 B．A球运动到最低点时速度为 C．A球机械能减小了 D．A球运动到最低点时，细绳上的拉力大小为5mg 【答案】D 【详解】A．A、B组成的系统在水平方向上不受外力，在竖直方向上受到细杆的弹力作用，所以A、B组成的系统动量不守恒，但A、B组成的系统在水平方向上动量守恒，故A错误； B．A球运动到最低点时，根据A、B组成的系统在水平方向上动量守恒有 根据A、B组成的系统机械能守恒有 联立解得，A球运动到最低点时速度为 故B错误； C．则A球减小的机械能为 故C错误； D．A球运动到最低点时，A球相对于B球的速度为 根据牛顿第二定律有 解得，A球运动到最低点时，细绳上的拉力大小为 故D正确。 故选D。 5.乌贼在水中运动方式是十分奇特的，它不用鳍也不用手足，而是靠自身的漏斗喷射海水推动身体运动，在无脊椎动物中游泳最快，速度可达。逃命时更可以达到，被称为“水中火箭”。如图所示，一只悬浮在水中的乌贼，当外套膜吸满水后，它的总质量为，遇到危险时，通过短漏斗状的体管在极短时间内将水向后高速喷出，从而迅速逃窜，喷射出的水的质量为，则喷射出水的速度为（　　）    A． B． C． D． 【答案】C 【详解】根据题意可知，乌贼逃命速度为，设喷射出水的速度大小为，取乌贼逃命方向为正方向，由动量守恒定律有，解得，故选C。 6.如图，建筑工地上将桩料打入泥土的打夯机示意图。打桩前先将桩料扶正立于地基上，桩料进入泥土的深度忽略不计。已知夯锤的质量为M=80kg，桩料的质量为m=20kg。某次打桩时，将夯锤提升到距离桩顶h0=0.2m处由静止释放，夯锤自由下落。夯锤砸在桩顶上后，立刻随桩料起向下运动。桩料进入泥土的深度为h=0.2m，取g=10m/s2。求：桩料受到的平均阻力大小。 【答案】1640N 【详解】夯锤与桩料碰撞前，夯锤做自由落体运动，则有 代入数据解得 取向下为正方向，打击过程内力远大于外力，故系统动量守恒，夯锤与桩料碰撞后两者共速，则有 代入数据解得 设桩料进入泥土的最大深度为h，对夯锤与桩料，由动能定理得 代入数据解得 课 堂 小 结 我们通过单个物体的动量定理，推导出系统动量变化的原因，并从中挖掘出系统动量守恒的条件，得到物体相互作用过程中的守恒定律。 板 书 设 计 2.动量守恒定律及其应用 一、系统、内力、外力 二、系统：I合外=ΔP总 三、动量守恒定律 1.内容 2.表达式：m1v1+m2v2= m1v1′+m2v2′ 3.条件 4.（1）系统性 （2）矢量性 （3）相对性 作业 布置 1.计算两物体碰撞前后的动量，验证动量守恒（提供具体质量与初速度数据）。 2.设计气垫导轨实验方案，说明如何通过测量速度验证动量守恒，列出关键步骤及误差分析。 3.分析汽车碰撞测试中动量守恒定律的应用，解释安全气囊的作用（200字以内）。 教学反思 1.气垫导轨演示中，学生因观察角度差异对碰撞过程理解不统一，后续应增设慢动作回放功能或分组同步观测。 2.部分学生难以区分内力与外力，需增加“火箭发射”“车厢对接”等动态示意图辅助分析。 3.学生能解基础碰撞题，但面对多物体系统时易忽略方向性，建议补充“人船模型”分层练习强化矢量运算能力。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $