1.2动量定理 教学设计-2025-2026学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦动量定理的核心知识，从牛顿第二定律出发，通过理论推导与实验验证相结合的方式，构建“力—时间—动量变化”的逻辑链条，巧妙利用小鸟撞飞机的震撼视频创设认知冲突，引导学生由生活现象走向物理本质，形成清晰的学习支架。 本设计亮点突出，融合科学思维与科学探究素养，以问题驱动贯穿始终，如用自由落体实验进行模型建构和科学论证，强化学生对变力冲量的理解；通过刹车、钉子、高空抛物等真实情境应用动量定理，体现物理观念的迁移能力。课堂注重社会责任培养，如分析安全带和安全气囊的作用，提升学生的科学态度与责任意识。对学生而言，能深化理解动量定理的本质并掌握解题思路；对教师而言，提供可直接使用的优质教学流程与典型例题，助力高效课堂落地。

《动量定理》教学设计 【课题】动量定理 【教学时间】40分钟 【教学对象】高二（下） 【教材】高中物理选择性必修第一册第一章第二节 【教学内容分析】 1． 本节在教材中的地位和作用 “动量定理”被安排在学生已熟悉的动力学基本定律的基础上，通过学生的理论探究活动，推出牛顿第二定律的另一种表达方式：“物体的动量变化率等于它所受的力”.从而明确动量定理的物理实质与牛顿第二定律是相同的，为解决力学问题提供了新的途径，尤其是碰撞的问题.这一节课可视为牛顿力学的进一步展开，为力学的重点内容，更标志着高中阶段解决动力学问题三大观点的完整建立.同时本节知识与日常生活、生产和科学研究有着密切的关系，因此学习本节书有着重要的现实意义. 2．课程标准对本节的要求 内容要求:通过理论推导和实验，理解动量定理，并用其解释生产生活中的有关现象. 教学提示：通过实验探究和理论推导，让学生经历科学论证过程，理解动量定理的物理实质与牛顿第二定律的一致性.通过创设学生感兴趣的问题情境,引导学生运用已有的概念和规律分析常见的碰撞现象. 学业要求：能从理论推导和实验验证的角度，深化对物体之间相互作用规律的理解.能用动量的知识分析和解决一维碰撞问题，并能解释生产生活中的有关现象. 3．教材内容安排 本节通过理论推导得到动量定理，再通过生产生活中的应用，创设学生感兴趣的问题情境,引导学生运用动量定理分析刹车、捶打钉子、小鸟撞扁高速飞行的飞机、高空抛物的危害等，体会动量定理分析和处理物理问题的优越性. 本节分析了物体在不为零的合力作用下，任意一段时间内物体的动量和合力作用之间的关系.用牛顿第二定律和运动学公式推导出动量定理，即物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量.物体所受的合力可以是恒定的外力，也可以是随时间的变化而变化的变力.接着,通过举例“定量讨论汽车刹车时间的问题”“分析不同质量的锤子在不同速度和接触时间下捶打钉子”“飞鸟为什么能撞扁高速飞行的飞机头部”“严禁高空抛物”等说明动量定理在生产生活中的应用，让学生体验应用动量定理来分析涉及力、作用时间、速度等问题的便捷，同时对学生进行安全教育,体现科学态度与责任. “实践与拓展”设计了让学生应用动量定理分析运动鞋减震设计原理的活动,通过创设探究学习，培养和发展学生的自主学习能力，引导学生学会用物理知识解释生活问题，培养学生学习物理的兴趣. “资料活页”围绕汽车安全问题，介绍了“安全带和安全气囊在碰撞中的保护作用”,引导学生关注汽车安全问题，增强社会责任感. 4．教材的特点 （1）从生活中的典型实例入手. （2）重视规律的应用. （3）注重培养学生的社会责任感. 5．对教材的处理 上一节学生对冲量和动量两个概念有了初步的认识，对它们的矢量性也有了初步的了解.这一节是由牛顿第二定律推导出动量定理，它的推导过程和上节引入动量概念的过程基本上一样，区别在于初速度不再为零，所以学生对这个过程还是容易接受的.教材通过物体在恒力作用下做匀变速直线运动这一特例，运用演绎方法推导出动量定理.实际上，物体在碰撞过程中遇到的作用力往往不是恒力，物体不是做匀变速运动.需要补充用积分的思想对推导过程进行了定性的说明，在类似的情况下，我们可以把实际过程分为很多短暂过程 ,每个短暂过程中物体所受的力没有很大的变化,这样对于每个短暂过程就能够应用动量定理了.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.在处理变力问题时，动量定理中的F应该理解为变力在作用时间内的平均值.另外，需要强调的是动量和冲量的矢量性，要通过例题给学生示范如何选取正方向，如何在确定正方向的前提下给冲量和动量取正负号，如何解释计算结果的正负号的含义.最后，通过课堂练习，让学生总结出应用动量定理来解决实际问题的一般步骤. 【学生情况分析】 1．学生的知识基础 学生在学习这一节时，对矢量的概念和牛顿第二定律的应用已经比较熟练，对于“动量”和“冲量”也已经有了初步的认识. 2．学生的心理特点 高中的学生具有好奇、好动、好强的心理特点.教学中要注意培养学生对物理的兴趣，多列举实际生活中的例子，调动学生学习的积极性和主动性. 3．学生的认知特点与困难 要真正理解冲量的效果是使物体获得动量，必须要经过从感性认识到理性认识的过程，教学的起始要求不能太高，要循序渐进，从生活中众多实例出发，通过分析、真正感受动量和动量定理的内涵. 【教学目标】 1．物理观念 从牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理的表达式，理解动量定理的确切含义和表达式，知道动量定理也适用于变力. 2．科学思维 会用动量定理解释碰撞现象和处理有关问题.  3．科学探究 通过理论分析，探究动量定理.  4．科学态度与责任  渗透物理学研究方法的教育，培养学生的推理能力和理论联系实际的能力；引导学生关注安全问题，能运用动量定律解释生产生活中的有关现象，增强社会责任感. 【教学重点】 （1）动量和动量变化及其矢量性的理解. （2）动量定理的推导.  （3）利用动量定理解释有关现象，并能掌握一维情况下的计算问题. 【教学难点】 （1）理解动量定理的确切含义和表达式，动量、冲量的方向问题是使用动量定理的难点. （2）如何正确理解合外力的冲量等于物体动量的变化. （3）如何正确应用动量定理分析打击和冲撞这一类短时间作用的力学问题. 【教学理念及策略】 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. 为了突破难点，通过设置多个贴近生活实例的题目，使学生认识到动量定理与牛顿第二定律的区别和联系，以及动量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. 1．教学组织形式 问题驱动的班级授课和分组教学法相结合． 2．教学方法 运用问题驱动进行规划学习内容．结合讲授法理解和认识生产和生活中的碰撞现象，运用动量定理解释生产和生活中的关于碰撞的各种问题． 3．学法指导 通过对问题的探索过程，认识到可以用动量定理解决动力学问题思路.而且从动量的角度思考问题，一般只需要考虑运动的初始状态和末状态可以简化对中间过程细节的分析.这一节课可视为牛顿力学的进一步展开，为力学的重点内容.更标志着高中阶段解决动力学问题三大观点的完整建立. 同时本节知识与日常生活、生产和科学研究有着密切的关系，因此学习本节知识有着重要的现实意义. 4．教学媒体设计 多媒体教学平台、教学一体机等. 【教学流程图】 创设情境，引入新课 通过情境展现，引起学生的认知冲突，提出物理问题，激发学生学习的兴趣和探索的欲望. 小鸟撞高速飞行的飞机带来的巨大破坏性. 理论推导，实验验证 引导学生研究碰撞现象，通过理论推导和实验验证，得到动量定律. 利用牛顿第二定律和运动学公式推导得出动量定理. 通过提问，加深学生对冲量的大小和方向. 辨析概念，深度学习 对学习内容进行深加工，学习对象的本质才能显现. 缓冲、切割等（定性）. 通过刹车、钉钉子、飞鸟撞扁高速飞行的飞机头部、严禁高空抛物四个生产和生活中的实例作为练习题，能运用动量定理解决有关问题，认识到领会运用动量定理解决问题的优越性． 汽车刹车（定量）. 钉钉子（定量）. 运用定理，解决问题 飞鸟撞扁高速飞行的飞机头部（定量）. 严禁高空抛物（定量）. 引导学生关注安全问题，能运用动量定律解释生产生活中的有关现象，增强社会责任感。 分析安全带和安全气囊在碰撞中的保护作用. 拓展延伸，深化概念   【教学过程设计】 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 【创设情景，引入新课】 播放视频：小鸟撞穿高速飞行的飞机的前窗 提出问题：一把重锤不一定能将静止的飞机前窗砸破，而一只飞鸟却能撞穿高速飞行的飞机前窗，为什么看似柔弱的小鸟的破坏性比重锤还大呢？ 认真观看，兴奋、好奇. 通过情境，引起学生的认知冲突，提出物理问题，激发学生学习的兴趣和探索的欲望. 【讨论情境，理论推导】 提出问题：在任意一段时间内，动量变化与合力有什么关系？ 提取视频关键词，引出问题. 建立模型：如图所示，我们假定一个物体质量为m，初速度为v0，在恒定合力F的作用下，经过一段时间t，速度变为vt. 理论推导：由牛顿第二定律得，合外力 F合=ma 由运动学公式 得出结论 物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量，这称为动量定理. 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.即 分组回答所提出的问题，动手推导动量定理. 学习内容深加工，帮助学生准确把握学习内容的本质，全面把握知识的内在联系﹐并由本质推出若干变式. 培养学生灵活深刻的思维品质﹐主动地去思考、探究学习内容的本质. 【创设情景，实验验证】 提出问题： 问题1：我们可以设置怎样的场景来验证动量定理的呢？ 分析其他方案的可行性，引导学生认识到自由落体运动是验证动量定理的方案是最简单可行性方案. 问题2：需要测量哪些物理量？ 问题3：怎么测量这些物理量？ 展示频闪照片. 问题4：实验过程中有哪些地方存在实验误差？为了减小实验误差，实验过程中存在哪些实验注意事项呢？ 归纳总结得到动量定理：物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量.即 F合t= mv2−mv1 或者 I=p2−p1 期待回答：物体自由落体运动. 学生分组讨论交流，设计以下实验方案. 方案一:利用起始点和第n点计算，代入I=mgnT和 pn=mvn. 如果在实验误差允许的范围内，I=mgnT和pn=mvn 相等,则验证了动量定理. 方案二:利用起始点和第n点计算，代入I=mgnT和 pn=mvn 化简得到vn=gnT .可将验证动量定理的问题转化为验证vn与n是否成正比函数关系的问题，做出v-n图像即可验证. 方案三: 联合vn=gnT 和 可得到Hn=hn+1-hn-1=2gT2·n. 于是，验证动量定理的问题转化为验证Hn与n是否成正比函数关系的问题，做出H-n图像即可验证. 通过设计自由落体运动的实验，进行模型建构、科学推理、科学论证，培养学生使用科学证据的意识和评估科学证据的能力. 【辨析概念，深度学习】 通过提问，帮助学生理解动量定理的适用条件。 一、冲量的大小 提出问题1：一个物体静止在桌面上，受到重力和桌面的支持力，一段时间后，为什么物体的动量没有发生变化呢？ 提出问题2：如果运动物体所受合外力大小是随时间均匀变化的变力呢？ 根据以前学的知识，我们有哪些方法可以求出匀变速直线运动的位移？ 提出问题3：如果运动物体所受合外力是大小不随时间均匀变化的变力呢？ 我们可以把实际过程细分为很多短暂过程（如图），每个短暂过程中物体所受的力没有很大的变化，这样对于每个短暂过程就能够把合力看成是恒力.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.在动量定理处理变力问题时，式中的F应该理解为变力在作用时间内的平均值. 我们知道力和时间的乘积在改变物体的动量时具有一定的物理意义.我们把这个乘积定义为冲量，用字母I来表示，通过前面的学习，我们知道冲量也是矢量. 二、冲量的方向 提出问题1：冲量的方向是怎样的？ 提出问题2：一个小球在重力和绳子拉力的作用下，从A点摆动到B点（如图）.这段时间里，重力冲量的方向是什么？ 提出问题3：那绳子拉力冲量的方向呢？ 总结：对于恒力的冲量，冲量的方向即为恒力的方向.如果是变力的冲量，冲量的方向可能与任意时刻力的方向都不同，可以通过动量变化量的方向求解得出. 三、联想与构建 提出问题1：我们已经学习了动量定理，大家有没有发现这个定理的表述和表达式与我们之前的某个定理非常类似. 提出问题2：将动量定理、动能定理和牛顿运动定律进行比较，你有什么发现？ 期望回答：动量定理里的力应该是物体所受到的合外力. 期望回答：可以做F-t图像，求图像下的面积来表示变力的冲量. 期望回答：仍然可以做F-t图像，求图像下的面积来表示变力的冲量. 期望回答：与力F的方向相同. 期望回答：竖直向下. 期望回答：不是绳子拉力的方向. 期望回答：动能定理. 期望回答：动量定理是力对时间的积累效果，产生了冲量，是物体动量改变的原因；动能定理是力对空间的积累效果，产生了功，是物体动能改变的原因；牛顿运动定律是力的瞬间作用效果，产生了加速度，是物体速度改变的原因. 借助“质疑"“归纳”“演绎”探究”等学习过程，让学生与学习内容建立紧密联系的过程，只有这样学生才能对学习内容进行深加工，学习对象的本质才能显现. 学生所学习的知识不是零碎的、杂乱的，而是有体系、有关联、有结构、有逻辑线索、系统的.学生也不应该孤立地学习知识，而是在教师的引导下，调动以往的旧知识，以往的生活经验去联想、构建，以融会贯通的方式对新知识进行学习. 【迁移应用，学习检验】 解释动量定理在生产生活中的应用. 例题1：汽车刹车问题（Δp一定，改变t，研究F的大小） 例题2：锤钉子问题（t一定，改变Δp，研究F大小） 例题3：小鸟撞高速飞行的飞机问题（解决课堂一开始引入的问题） 例题4：高空抛物的危害 展示图片，引导学生利用动量定理解释. 例题1：一辆质量为2200 kg的汽车正在以90 km/h的速度匀速行驶.突然前方出现复杂路况，如果驾驶员马上轻踩刹车逐渐制动，汽车在21 s内停下；如果驾驶员马上急踩刹车紧急制动，可在3.8 s内使车停下．求这两种情况下使汽车停下的平均作用力. 例题2：（1）用质量为0.2 kg 的锤子捶打竖直墙壁上的一颗钉子．锤子接触钉子的瞬间，速度的大小为5 m/s，锤头反弹起来时，速度的大小为2 m/s，锤子与钉子接触时间为0.1 s，则锤子对钉子平均打击力的大小是多少? （2）若锤子捶打和反弹的速度不变，锤子与钉子接触时间也不变，改用一个质量为0.4 kg 的锤子捶打，则锤子对钉子的平均打击力的大小是多少? （3）若锤子捶打速度的大小变为10 m/s，反弹速度的大小不变，锤子与钉子接触时间也不变，锤子质量为0.2 kg，则锤子对钉子平均打击力的大小是多少? 解决课堂引入的问题. 例题3：有一飞机与小鸟迎面碰撞，已知小鸟的质量为1 kg，飞机的速度为200 m/s，小鸟速度相对飞机非常慢，速度为20 m/s，设小鸟与飞机相撞的作用时间为0.01 s，期间的作用力可以看成是恒力，碰撞后小鸟与飞机的挡风玻璃融为一体，飞机与小鸟碰撞后飞机速度几乎不因此改变. （1）求小鸟与飞机之间的碰撞力大小. （2）这相当于一个多重的物体的重力？ 例题4：假设从 20层高楼楼顶（每层楼高约3 m）落下一个质量为0.1 kg的苹果，苹果落到楼下地面时与地面相撞，撞击时间为0.1 s.我们来算一下苹果撞击地面的平均撞击力F有多大？ 提出问题：应用动量定理解决问题的思路. 期望回答： （1） Δp一定，t长，F小（如缓冲）； （2） Δp一定，t短，F大（如机床切割）； （3） F小，t长，Δp大（如飞机起飞）. 解：如图所示，设汽车初始运动方向为正方向.汽车的初速 ν0=90 km/h=25 m/s 初动量 p0=mν0=5.5×104 kg·m/s 末动量 pt=mνt=0 根据动量定理Ft=pt−p0得 将t = 21 s和t = 3.8 s分别代入上式，求出平均作用力分别为–2.6 x 103 N、–1.4 x104 N.负号表示平均作用力的方向与汽车速度的方向相反. 解：取打击前锤子的速度方向为正方向，由动量定理，有 FΔt = mv2- mv1 在（1）的情况下，有F=-14 N； 在（2）的情况下，有F=-28 N； 在（3）的情况下，有F=-24 N； 由牛顿第三定律可知，在（1）（2）（3）情况下，锤子对钉子的平均打击力的大小分别为14 N，28 N，24 N. 归纳总结：1.确定研究对象：一般为单个物体； 2.明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量； 3.明确研究对象的初末状态及相应的动量； 4.选定正方向，确定在物理过程中研究对象的动量的变化； 5.根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解. 在教学中利用真实的情境，让学生将所学的知识进行迁移和应用，让学生举一反三，闻一知十，既是培养学生思维灵活性、广阔性的重要手段﹐也是提高学生解决实际问题能力的主要途径. 解决课堂引入问题，让学生将所学的知识进行迁移和应用，是培养学生思维灵活性、广阔性的重要手段﹐也是提高学生解决实际问题能力的主要途径. 引导学生关注高空抛物的危害，增强社会责任感。 通过总结，更好地理解应用动量观念解决实际问题的思路． 【拓展延伸，深化概念】 提出问题： 1.分析在汽车碰撞中，安全带和安全气囊是如何起保护作用的？ 2.为了可以最大程度保证驾乘人员的行车安全，我们可以做哪些事情？ 学生思考，并回答问题. 引导学生关注安全问题，能运用动量定律解释生产生活中的有关现象，增强社会责任感. 【回顾总结，作业巩固】 提出问题： 1.请同学们回忆本节课学习的主要内容. 2.归纳本节课的学习要点. 作业：完成课本上的练习. 1.学生回忆本节课的主要学习内容. 2.与老师一起总结本节课的主要学习内容. 总结物理知识，建构知识结构，有利于增强学生对知识的灵活应用，更好地理解各物理量及它们之间的内在联系；通过作业巩固知识，加深理解，提升应用能力. 【板书设计】 1．动量定理 物体所受合力的冲量等于物体动量的改变量，即F合t＝mv2－mv1. 2．动量定理的适用范围 （1）动量定理不但适用于恒力,也适用于随时间变化的变力. （2）动量定理不仅适用于宏观低速物体，也适用于微观高速物体. 3．应用动量定理解决问题的思路 （1）确定研究对象：一般为单个物体. （2）明确物理过程：受力分析，求出合外力的冲量. （3）明确研究对象的初末动量. （4）选定正方向，根据动量定理列方程，统一单位后代入数据求解. 1 学科网（北京）股份有限公司 $