第1节 动量和动量定理（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概念（定义、矢量性）及动量定理（合外力冲量等于动量变化量），以牛顿摆视频导入激发兴趣，通过小球撞击橡皮泥实验（不同质量、速度对撞击效果影响）引出动量，结合动量与动能比较建立物理观念，动量定理通过自主推导及冲量与功类比形成知识支架。 此资料亮点在于融合科学探究与生活实践，设计“鸡蛋落地不破”竞赛等实验活动培养学生实验设计与数据分析能力，结合安全气囊、高空抛物等实例渗透科学态度与责任，自主推导动量定理公式提升科学推理能力，为教师提供丰富案例与互动设计，助力高效教学与核心素养落地。

第1节 动量和动量定理（教学设计） 年级 高二 学科 物理 教师 课题 第1节 动量和动量定理 教学 目标 物理观念 能理解动量的概念（定义、矢量性）及动量定理的内涵（合外力的冲量等于动量的变化量），建立对力的时间累积效应的物理观念。 科学思维 能通过推导动量定理表达式，分析碰撞、打击等情境中力与时间的关系，运用定理解决实际问题，提升逻辑推理与模型建构能力。 科学探究 能参与 “探究力的冲量与动量变化关系” 实验，设计方案测量相关物理量，分析数据验证定理，提高实验设计与数据分析能力。 科学态度 与责任 理通过了解动量定理在安全防护（如汽车安全带）等领域的应用，认识物理规律的实用价值，培养运用知识解决实际问题的意识。 教学 重难点 重点：理解动量概念及动量定理的表达式与物理意义。 难点：应用动量定理分析变力问题及矢量性处理。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 牛顿摆：它们像被施了魔法的杂技演员，以相同的体重、发型（锃亮的光头）和性格（倔得像牛顿的胡子），吊在看不见的钢丝上。当最左侧的这位突然摆出摇滚歌手甩头的姿势，宇宙的物理老师都露出了的微笑。所有的碰撞都有这样的规律吗？ 观看视频，积极思考导致结果的原因。 新课讲授 一、动量 动手实验：两个大小一样但质量不一样的小球、两枚大小相同的橡皮泥。 实验一： 实验结论：甲乙小球的速度大小相同，但是质量不同，撞击效果也不同。质量越大，撞击效果也越明显。 实验二： 实验结论：相同小球以不同高度下落，获得撞击前一瞬间的速度不同，撞击效果也不同。速度越大，撞击效果也越明显。 教师总结：碰撞的效果取决于碰撞物的质量与速度，碰撞物的质量与速度称之为“物体运动的量”，物理学中，定义“物体运动的量”为动量。 1. 动量定义：物体的质量和速度的乘积。 2. 动量表达式：p＝mv。 3. 动量特点： （1）矢量性：动量是矢量，是物体的质量与速度的乘积，而不是质量与速率的乘积。 （2）瞬时性：动量是状态量，物体的动量总是指物体在某一时刻的动量，因此在计算时相应的速度应取这一时刻的瞬时速度。 4. 动量和动能的比较 动量 动能 定义式 p=mv Ek=mv2 标矢性 矢量 标量 变化决定因素 物体所受冲量 外力做功 换算关系 p=，Ek= 注意：动量变化，动能不一定变；动能变化，动量一定变化。 5. 动量的变化量 （1）定义：动量的变化等于末动量与初动量之差。 （2）表达式：Δp＝p′－p。 （3）动量变化量的求解方法 若初、末动量在同一直线上，则在选定正方向的前提下，可化矢量运算为代数运算；若初、末动量不在同一直线上，运算时应遵循平行四边形定则。 积极思考撞击效果可能与运动物体的质量和速度有关。 积极思考并回答问题。通过实际情境感受动量是矢量和状态量。 新课讲授 二、动量定理 （一）自主推导 【情景1】在光滑水平面上的质量为m 的物体在水平恒力F 的作用下，经过时间t，速度由v 变为v′。 【分析】如图所示,物体的初动量为 p= mv,末动量为p′ = mv′ , 由加速度的定义式: 由牛顿第二定律F = ma = , 可得Ft= mv′ - mv ，即Ft= p′ - p 【情景2】假设在拉力 F 和阻力f 的共同作用下，质量为m的物块的速度由v1 变为v2 ，已知两力作用的时间为 t，试运用运动学公式和牛顿第二定律来表述加速度，联立两式消去加速度，找出力与质量和速度的关系。 类比复习 高一物理我们曾经学过类似的知识，假定一个质量为m的物体在光滑的水平面上受到恒力F的作用，做匀变速直线运动，初始时刻物体的速度为v，经过一段位移∆x，它的速度为v′. 当时，我们经过推导得到的是： 我们把F∆x认为是力在位移上的累积，称为力的功。 那么我们是不是可以把F∆t 认为是力对时间的累积呢？ （三）冲量 请同学们阅读课文，自主总结。 １.定义：作用在物体上的力和作用时间的乘积，叫做该力对这个物体的冲量I，用公式表示为 I=Ft 2.单位：在国际单位制中，冲量的单位是牛·秒，符号是N·s 3.冲量是矢量：方向由力的方向决定，若为恒定方向的力，则冲量的方向跟这力的方向相同 4.冲量是过程量，反映了力对时间的积累效应 回想一下之前学习过的功，想想它与冲量有哪些异同？ 如果在一段时间内的作用力是一个变力，又该怎样求这个变力的冲量？ 把碰撞过程细分为很多短暂过程，每个短暂过程中物体所受得力没有很大的变化，这样对于每个短暂过程就能够应用 Ft=Δp，把应用于每个短暂过程的关系式相加，就得到整个过程的动量定理。在应用Ft=Δp处理变力问题时，式中F应该理解为变力在作用时间内的平均值。 思考：冲量与物体动量的改变量间的关系有什么具体定量关系？ 知识应用 问题1：跳前有哪些动作？原理是什么？落地有哪些动作？原理是什么？ 学生分析总结：跳前：弯曲身体或者用手着地从高处翻身；降低起跳重心，减小落地时的动量。落地：弯曲下肢着地，并用手辅助落地，增加缓冲时间。 问题2：解释蹦极用弹性绳、安全气囊、轮船边上的轮胎和快递盒内泡沫纸的用途？ 学生分析总结：动量变化量相同时，增加接触时间，减小力的大小。 老师总结：这一类过程就是“缓冲”。 问题3：电玩城的拳击玩具，打击一号弹板，一号弹板撞击二号弹板，通过二号弹板的力传感器得知打击力度的大小。如果力气不够，如何提高自己的分数？ 学生分析总结：关键是二号弹板受力大即可，二号弹板受力可以通过增加一号弹板的动量来增加，故只要施力时间长（拳头沿着弹板前进），也可以打出好分数。 得出：施力时间增加， 问题4：我们学校化学办公室门口的直饮机，一关阀门就有声音，为什么？（先播放视频，让学生找找哪里有声音→哪里振动→找到是天花板的输水管在振动） 学生分析总结：关闭水的阀门，水流突然停止，动量变化快，所以受力大，水管振动。 老师总结：这就是“正水锤”现象，严重的水锤甚至会打穿管壁，水花四射，造成经济损失。 问题5：老师大学宿舍有一项规定，不能在阳台栏杆上放东西，为什么？ 学生分析总结：高空坠物，动量变化量大，作用时间小，冲击的力很大。 问题6：思考接住高空坠楼小宝宝和电梯坠落时，怎么办能更好保护自己？ 学生分析总结：缓冲，弯曲腿，增加受力时间。 科学竞赛：每组发一个鸡蛋，各组同学尝试更多的方法让鸡蛋落地不破。 【例题1】如图甲，在安全气囊的性能测试中，质量为10kg的头锤从离气囊表面高5m处自由下落，与正下方的气囊发生碰撞后反向弹起，上升最大高度为0.2m。以头锤碰到气囊表面为计时零点，气囊对头锤竖直方向作用力F随时间t的变化如图乙所示，重力加速度g取。下列说法正确的有（　　） A．头锤刚碰到气囊的速度大小为10m/s B．头锤与气囊碰撞过程中合力冲量大小为80N·s C．头锤受到气囊最大作用力为2600N D．头锤受到气囊作用力F的冲量大小为120N·s 【答案】AC 【详解】A．头锤从离气囊表面H=5m处自由落到气囊的表面时，速度大小为，故A正确； B．头锤被气囊反弹h=0.2m高，则头锤离开气囊时，速度大小为 对头锤，规定竖直向上为正方向，根据动量定理，有，故B错误； CD．根据F-t图像的面积等于F的冲量可知，碰撞过程中F的冲量大小为 对头锤，有 联立解得 得 故C正确，D错误。故选AC。 针对训练1汽车碰撞试验是综合评价汽车安全性能最有效的方法，也是各国政府检验汽车安全性能的强制手段之一。在某次正面碰撞试验中，让质量的汽车以速度驶向固定的碰撞试验台，撞击后汽车的速度变为，方向与原方向相反，若碰撞时间。求： （1）碰撞前汽车动量的大小； （2）碰撞前后汽车动量的变化量； 【答案】（1）；（2），与碰后速度方向相同 【详解】（1）碰撞前汽车动量 （2）碰撞后汽车动量 取汽车碰后速度的方向为正方向，碰撞前后汽车动量的变化量 方向与碰后速度方向相同。 在老师的指导下自主完成动量定理公式的推导。 回顾知识并回答内容。 自行阅读课文并总结冲量的有关知识。 在知道微元法之后看图试图总结图片模型解决冲量的方法，并和老师一道总结变力冲量的求解方法。 就动量定理的知识去解决生活知识问题。 课 堂 练 习 1.高空抛物现象被称为“悬在城市上空的痛”，是一种极不文明的行为，而且会带来人身伤亡和重大财物损失等很大的社会危害。假设有一质量为0.5kg的玻璃瓶从45m高的楼上掉出窗外（不计空气阻力），落地时破碎，其与地面作用时间为0.1s，重力加速g取10m/s2，则玻璃瓶落地时对地面的压力是（　　） A．155N B．150N C．145N D．140N 【答案】A 【详解】规定竖直向上为正方向，玻璃瓶落地前瞬间速度为 玻璃瓶与地面作用过程，由动量定理得： 代入数据得 根据牛顿第三定律可知玻璃瓶落地时对地面的压力是155N。 故选A。 2.两个具有相同动量的物体A、B，质量分别为mA、mB，且mA>mB，比较它们的动能，则(　　) A．物体B的动能较大 B．物体A的动能较大 C．动能相等 D．不能确定 【答案】A 【详解】由动量p＝mv和动能Ek＝mv2，解得Ek＝，因为物体A、B的动量相等，质量较大的物体动能较小，所以物体B的动能较大，A正确。 3.如图所示，一网球爱好者在某次训练时，无初速地释放手中质量为58g的网球，然后在网球反弹上升途中进行击打训练。试估算该网球由静止释放后第一次落地前瞬时的动量大小约为（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】网球落地的速度，该网球由静止释放后第一次落地前瞬时的动量大小为 网球释放高度约为1.2m，则，故选B。 4.一质量为2kg的弹珠与水平地面碰撞后反弹，动能不变，弹珠反弹前后速度方向如图所示。已知与地面碰撞前弹珠的动能大小为9J，则下列说法正确的是（    ） A．碰撞前后弹珠动量方向改变的角度为60° B．碰撞前后弹珠动量大小不变 C．碰撞后，弹珠的动量大小为8kg·m/s D．弹珠碰撞前后动量变化量大小为6kg·m/s 【答案】BD 【详解】A．结合几何知识，由图可知，碰撞前后弹珠动量方向改变的角度为120°，故A错误； B．由动能与动量的关系 可知，碰撞前后动能不变，则动量大小不变，故B正确； C．由动能与动量的关系 得，碰撞后弹珠的动量大小为 故C 错误； D．结合几何知识，由图可知，弹珠动量变化量 故D 正确。 故选BD。 5.在测试汽车的安全气囊对驾乘人员头部防护作用的实验中，某小组得到了假人头部所受安全气囊的作用力随时间变化的曲线（如图）。从碰撞开始到碰撞结束过程中，若假人头部只受到安全气囊的作用，则由曲线可知，假人头部（   ） A．速度的变化量等于曲线与横轴围成的面积 B．动量大小先增大后减小 C．动能变化正比于曲线与横轴围成的面积 D．加速度大小先增大后减小 【答案】D 【详解】AB．由题知假人的头部只受到安全气囊的作用，则F—t图像的面积即合外力的冲量，再根据动量定理可知F—t图像的面积也是动量的变化量，且图线一直在t轴的上方，由于头部有初动量，由图可知，动量变化越来越大，则动量的大小一直减小到假人头静止，动量变化最大，AB错误； C．根据动量与动能的关系有，而F—t图像的面积是动量的变化量，则动能的变化量与曲线与横轴围成的面积不成正比，C错误； D．由题知假人的头部只受到安全气囊的作用，则根据牛顿定律可知a∝F，即假人头部的加速度先增大后减小，D正确。 故选D。 6.如图，在某次高空作业平台测试中，平台缆绳断裂后向下坠落。已知下落过程中两侧制动装置对平台施加的滑动摩擦力共为f=15000N，平台刚接触缓冲轻弹簧时速度为v=3m/s，此后经t=0.1s平台停止运动，轻弹簧被压缩了x=0.3m。若平台的质量为m=1200kg，g取10m/s²，不考虑空气阻力。求： (1)平台刚接触轻弹簧时加速度大小； (2)轻弹簧的最大弹性势能； (3)下落过程中轻弹簧对平台的冲量。 【答案】(1)a=2.5m/s2 (2) (3)，方向竖直向上 【详解】（1）根据牛顿第二定律可得 代入数据，解得 （2）根据能量守恒可知 代入数据，解得 （3）取竖直向上为正方向，根据动量定理可得 代入数据，解得 方向与正方向相同，竖直向上。 课 堂 小 结 板 书 设 计 第1节 动量和动量定理 一.动量 1.定义：物体的质量与速度的乘积mv。 2.定义式：p=mv. 单位：kg·m/s读作“千克米每秒”。理解要点： （1）状态量（2）相对性（3）矢量性：动量的方向与速度方向一致。 二.动量的变化量： 1.△p= p′－p 2.矢量性：方向与速度变化量△v相同。 一维情况下，通常先选取正方向，然后进行计算。 三、动量定理 1.冲量:I=FΔt 单位：N·s，读作“牛秒”。对于变力，F指平均作用力 2.动量定理: I=Δp，I指合力的冲量，变力也适用 3.注意事项：选定一个正方向，与正方向相同的矢量取正值，与正方向相反的矢量取负值。 作业 布置 1.完成教材课后习题1-3题，重点分析小球碰撞木板情境中的动量变化过程。 2.设计简易实验验证动量定理（如用弹簧测力计拉动滑块），记录数据并计算冲量与动量变化量的关系。 3.收集汽车安全气囊或拳击手套的工作原理，结合动量定理说明其缓冲作用（200字以内）。 教学反思 1.通过“碰碰车”视频引入动量概念，学生参与度高，但部分学生对速度方向与动量关系的理解仍模糊，需增加矢量分解动画辅助教学。‌ 2.碰撞实验时间不足，仅验证了定理而未充分探究变量关系。下次可改用数字化传感器实时采集F-Δt数据，提升探究深度。‌ 3.学生能复述定理，但解释“跳远沙坑”等现象时逻辑混乱。应补充更多案例分析（如汽车安全气囊设计），强化应用能力培养。 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 $