7.4 专题：动量守恒在子弹打木块模型和“滑块—木板”模型中的应用 教学设计-2026届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习教案聚焦动量守恒在子弹打木块和滑块—木板模型中的应用，按嵌入/穿透、共速过程等情境梳理考点，通过情境导入、模型解析、迁移应用、综合提升环节，结合方法指导和真题训练，帮助学生突破相对运动分析等难点。 教案采用情境化建模教学，以防弹衣测试视频引入激发兴趣，通过对比表格梳理模型异同培养科学思维，设置分层练习配合动画演示和即时反馈，有效提升学生系统分析能力，为教师把控复习节奏提供有力支撑。

课题 一轮复习：7.4专题：动量守恒在子弹打木块模型和“板块”模型中的应用 教 学 目 标 物理观念 1. 理解并掌握子弹打木块模型中系统动量守恒与机械能损失的物理本质，明确完全非弹性碰撞与穿透过程的能量转化关系。 2. 深入理解“滑块—木板”模型中滑块与木板之间的相对运动、摩擦力做功与系统内能增加的关系，建立系统的能量转化与动量转移的整体观。 3. 能从宏观现象反推微观相互作用机制，形成对动量与能量两大守恒定律协同作用的系统性认知。 科学思维 1. 运用理想化建模思想，将复杂的实际问题抽象为“子弹打木块”与“滑块—木板”两类典型物理模型，提升模型建构能力。 2. 通过多角度分析，培养学生综合运用物理规律解决复杂问题的逻辑推理与批判性思维能力。 3. 在对比固定木块与可动木块、嵌入与穿透等不同情境下，训练学生的分类讨论与变量控制思维，提升问题分析的严谨性。 科学探究 1. 设计实验方案或模拟计算流程，探究子弹初速度变化对穿透深度的影响，验证功能关系Q = f·d的普适性。 2. 通过设定不同动摩擦因数、质量比等参数，开展“滑块—木板”系统的数值模拟探究，观察共速时间、相对位移与能量损耗的变化规律。 3. 引导学生提出假设，并通过理论推导进行验证或证伪，体验科学探究的完整过程。 科学态度与责任 1. 认识到动量与能量守恒定律在工程安全设计中的重要应用价值，增强物理学习的社会责任感。 2. 在分析高速子弹击穿过程时，强调尊重生命、反对暴力的价值导向，引导学生正确看待科技发展的双刃剑效应。 3. 培养实事求是的科学态度，在面对复杂问题时不盲目套公式，而是深入分析物理过程，追求本质理解。 教学重点 1. 掌握子弹打木块模型中动量守恒定律的应用条件与表达式，理解其在嵌入与穿透两种情况下的统一性。 2. 熟练运用功能关系Q = f·Δs计算系统因摩擦产生的内能，并区分Δs为相对位移而非绝对位移。 教学难点 1. 理解“滑块—木板”模型中滑块与木板加速度不同导致的相对运动过程，准确判断何时达到共速及最大相对位移。 2. 区分不同研究对象下动量、动能、功的应用差异，避免混淆动量定理与动能定理的研究对象选择。 教学方法 议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法相结合 教具 多媒体课件、动画演示视频、白板、激光笔、实物投影仪 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 一、创设情境，导入新课 一、真实案例引入，激发探究兴趣 （1）播放新闻视频片段： 展示一段关于防弹衣测试的短视频：高速摄像机记录下子弹撞击凯夫拉纤维板的过程，子弹被拦截但材料发生明显形变。 提问引导：“为什么子弹没有穿透？它的动能去哪儿了？” 等待学生回答后总结：子弹的动能转化为材料的内能和形变能，这个过程看似简单，实则蕴含深刻的物理规律——动量与能量的协同作用。 （2）提出核心问题链： “如果我们将防弹过程简化为一个经典模型——子弹打入静止木块，会怎样？” “当木块可以自由滑动时，系统的动量还守恒吗？” “子弹穿透木块的过程中，损失的机械能如何计算？” “生活中还有哪些类似的现象？比如冰面上一个人跳上雪橇？” 通过这一系列问题，构建本节课的探究主线：**以“动量守恒+能量转化”为核心工具，破解两类经典碰撞模型的内在机制。** （3）揭示课题并板书： 在黑板中央清晰书写课题：“7.4 专题：动量守恒在子弹打木块模型和‘滑块—木板’模型中的应用”。 强调：“今天我们要像侦探一样，层层剖析这两个模型背后的物理密码。” 1. 观看视频，思考子弹动能的去向，尝试用已有知识解释现象。 2. 回答教师提问，积极参与课堂讨论，表达自己的初步猜想。 3. 明确本节课的学习目标，做好心理准备进入深度学习状态。 二、模型解析，深化理解 一、深入剖析“子弹打木块”模型 （1）呈现模型图示与基本假设： 在PPT上展示标准模型图：光滑水平面上，质量为M的木块静止，质量为m的子弹以v₀水平射入。 明确三个关键假设： ①水平面光滑→外力为零→系统动量守恒； ②子弹与木块间存在恒定阻力f→内力做功导致机械能损失； ③子弹视为质点，木块为刚体→忽略转动效应。 强调：“这些理想化条件是建立模型的基础，现实中虽不完美，但足以揭示本质规律。” （2）分情景讨论：嵌入 vs 穿透 【情景1：子弹未穿出，最终共速】 引导学生写出动量守恒方程：mv0＝(M＋m)v 追问：“此时系统机械能是否守恒？” 引导回忆完全非弹性碰撞特征：“这是机械能损失最大的碰撞类型。” 推导能量损失Q：Q＝f·s＝m-(M＋m)v2 结合功能关系：Q = f·d，其中d为子弹在木块中前进的深度（即相对位移）。 举例说明：若已知f和d，可反求Q；反之亦然。 【情景2：子弹穿出木块】 设子弹穿出后速度为v₁，木块获得速度为v₂。 再次应用动量守恒：mv0＝mv1＋Mv2 能量损失Q＝f·d＝m-(mM)，其中L为木块长度（因子弹相对木块移动距离为L）。 特别提醒：“即使穿出，只要水平面光滑，动量依然守恒！” （3）讲解例1并拓展思考 展示例1题目： 【例1】如图所示，在光滑的水平桌面上静止放置一个质量为980 g的长方形匀质木块，现有一质量为20 g的子弹以大小为300 m/s的水平速度沿木块的中心轴线射向木块，最终留在木块中没有射出，和木块一起以共同的速度运动。已知木块沿子弹运动方向的长度为10 cm，子弹打进木块的深度为6 cm。设木块对子弹的阻力保持不变。 (1)求子弹和木块的共同速度以及它们在此过程中所产生的内能。 (2)若子弹是以大小为400 m/s的水平速度从同一方向水平射向该木块，则在射中木块后能否射穿该木块？ 带领学生逐步解析： ① 动量守恒求共同速度v： mv0＝(M＋m)v⇒v＝6 m/s ② 求内能Q： Q＝m-(M＋m)v2＝882 J ③ 探究能否穿透： 假设子弹以v0'＝400 m/s的速度入射时没有射穿木块，则对以子弹和木块组成的系统，由动量守恒定律得mv0'＝(M＋m)v' 解得v'＝8 m/s 此过程系统损失的机械能为ΔE'＝mv0'2-(M＋m)v'2＝1 568 J 由功能关系有Q＝ΔE＝F阻s相＝F阻d ΔE'＝F阻s相'＝F阻d' 则，解得d'＝ cm 因为d'>10 cm，所以子弹能射穿木块。 强调：“这里的关键是利用f相同，Q∝d，进行比例推理。” （4）组织小组讨论拓展题 投影拓展题： 【拓展】在例1中，若子弹能射出木块，则： (1)当子弹射入的速度增大时，下列说法正确的是　　　　。  A.木块最终获得的动能变大 B.子弹损失的动能变大 C.子弹穿过木块的时间变短 D.木块在被击穿过程中的位移变小 (2)在木块固定和不固定两种情况下，以下说法正确的是　　。 A.若木块固定，则子弹对木块的摩擦力的冲量为零 B.若木块不固定，则子弹减小的动能等于木块增加的动能 C.不论木块是否固定，两种情况下木块对子弹的摩擦力的冲量大小相等 D.不论木块是否固定，两种情况下子弹与木块间因摩擦产生的热量相等 引导各小组讨论5分钟，鼓励画受力图与运动草图。 待讨论结束后，请代表发言，教师点评并总结： 对于(1)，C、D正确。原因：速度大→加速度相同→相对加速度不变，但相对初速大→减速至共速时间短；木块受力相同→加速度相同→时间短→位移小；产热Q=f·d相对，d相对=木块长度（穿透时），故不变。 对于(2)，D正确。产热只取决于f与相对路程，与木块是否固定无关。 1. 观察模型图示，理解理想化假设的意义。 2. 分组讨论两种情景下的物理规律，尝试独立列出方程。 3. 参与例1的计算过程，跟随教师思路完成每一步推导。 4. 小组合作探讨拓展题，绘制草图辅助分析，准备汇报结论。 三、迁移应用，类比建构 一、引出“滑块—木板”模型及其特点 （1）类比过渡： “刚才我们研究的是瞬间打击过程，现在设想一种持续作用的情景：一个物块以初速滑上静止的小车，会发生什么？” 播放动画：物块在小车上滑动，逐渐减速，小车加速，最终共速。 指出：“这正是‘滑块—木板’模型，它与子弹打木块有异曲同工之妙。” （2）归纳模型共性与特性： 共性： ① 系统水平方向不受外力 → 动量守恒； ② 存在滑动摩擦力 → 机械能不守恒，产生热量Q = f·Δs相对。 特性： ① 相互作用时间较长，需分析加速度与运动学过程； ② 滑块与木板加速度不同（a₁ = -μg, a₂ = μmg/M）； ③ 共速时相对运动停止，Δs最大 = |s₁ - s₂|。 （3）讲解例2并拆解五问 完整呈现例2题目： 【例2】质量m1＝0.3 kg的小车静止在光滑的水平面上，车长L＝1.5 m，现有一质量为m2＝0.2 kg、可视为质点的物块，以水平向右的速度v0＝2 m/s从左端滑上小车，如图所示，最后在小车上某处与小车保持相对静止，物块与小车间的动摩擦因数μ＝0.5，g取10 m/s2，求： (1)物块与小车的共同速度大小； (2)从开始到共速，物块运动的位移大小s1； (3)从开始到共速，小车运动的位移大小s2； (4)在此过程中系统产生的内能； (5)若物块不滑离小车，物块的速度不能超过多少。 逐问解析： ① 求共同速度v： 动量守恒：m2v0＝(m1＋m2)v⇒v＝＝0.8 m/s ② 物块位移s₁： 对物块用动能定理：μm2gs1=m2-m2v2⇒s1=0.336 m ③ 小车位移s₂： 对小车用动能定理：μm2gs2=m1v2-0⇒s2==0.096 m ④ 系统内能Q： 方法一：Δs=s1-s2=0.24 m，Q=μm2g·Δs=0.24 J 方法二：Q=ΔE=m2-(m1+m2)v2=0.24 J ⑤ 最大不滑离速度v₀'： 临界条件：Δs = L = 1.5 m 由m2v0'=(m1+m2)v' m2v0'2-(m1+m2)v'2=μm2gL Q = μm₂gL = ½m₂v₀'² - ½(m₁+m₂)v'² 且 m₂v₀' = (m₁+m₂)v' 联立得：v0'=5 m/s （4）提出探究性问题： “若增大μ，系统产热会如何变化？” 引导学生思考：Q = μmg·Δs，但Δs也会随μ增大而减小（因为更快共速）。 进一步提示：从能量角度看，Q = 初始动能 - 末动能，而末动能由动量守恒决定，与μ无关！ 结论：Q仅取决于初末状态动能差，与μ无关 → “产热不变”。 让学生体会“透过现象看本质”的科学思维。 1. 观看动画，对比“子弹打木块”与“滑块—木板”的异同。 2. 记录模型特点，理解加速度差异导致的运动分离。 3. 跟随教师完成例2五问的计算，掌握多角度解题策略。 4. 思考μ变化对系统的影响，参与讨论得出“产热不变”的结论。 四、综合提升，联系实际 一、跨模型整合与实际应用 （1）比较两个模型的异同表： 在白板上绘制表格，引导学生填写： 对比项 子弹打木块 滑块—木板 作用方式 瞬间冲击 持续摩擦 是否穿透 可能 否（通常） 相对位移 打入深度d 或 木块长L 滑行距离Δs 共同点 动量守恒、Q = f·Δs相对 强调：“它们都是动量守恒与能量耗散的典范。” （2）讲解例3实现综合应用 完整呈现例3题目： 【例3】如图，质量为2 kg的小球A(视为质点)在细绳O'P和OP作用下处于平衡状态，细绳O'P＝OP＝1.6 m，与竖直方向的夹角均为60°。质量为6 kg的木板B静止在光滑水平面上，质量为2 kg的物块C静止在B的左端。剪断细绳O'P，小球A开始运动。(重力加速度g取10 m/s2) (1)求A运动到最低点时细绳OP所受的拉力。 (2)A在最低点时，细绳OP断裂。A飞出后恰好与C左侧碰撞(时间极短)、碰后A竖直下落，C水平向右运动。求碰后C的速度大小。 (3)A、C碰后，C相对B滑行4 m后与B共速。求C和B之间的动摩擦因数。 分步解析： ①A摆至最低点速度：由动能定理mgl(1-cos 60°)＝m-0 ⇒v0＝4 m/s 拉力F：F-mg＝⇒F＝40 N ②A与C碰撞：水平动量守恒，A碰后水平速度为0⇒mv0＝0＋mvC⇒vC＝v0＝4 m/s ③ C与B共速过程：动量守恒mvC＝(M＋m)v 能量守恒μmgL相对＝m-(M＋m)v2⇒μ＝0.15 突出：“此题融合了圆周运动、碰撞、滑块—木板三重模型，体现综合思维的重要性。” （3）布置课堂练习与反馈 发放练习纸，包含两道变式题： 1. 若子弹质量加倍，其他条件不变，求新的共同速度与产热。 2. 若滑块初速加倍，求新的相对位移与产热。 巡视指导，收集典型错误，进行即时讲评。 1. 参与对比表格的构建，梳理两类模型的知识结构。 2. 跟进例3的复合模型分析，理解多阶段物理过程的衔接。 3. 完成课堂练习，巩固所学知识，及时纠正错误理解。 板书设计 教学反思 1. 本节课通过真实情境引入，成功激发了学生的学习兴趣。尤其是防弹衣测试视频，使抽象的物理模型变得具体可感。但在拓展讨论环节，部分基础薄弱学生跟不上节奏，今后应设计分层任务，确保全体学生都能参与有效学习。 2. 在讲解“滑块—木板”模型时，虽然使用了动画辅助，仍有学生对“为何物块位移大于木板位移”感到困惑。下次可增加慢动作回放，并配合速度—时间图像进行动态分析，帮助学生建立清晰的运动图像。 3. 综合应用题（例3）难度较高，尽管进行了分步引导，仍有近三分之一学生未能完全掌握。反映出学生在多过程问题拆解能力上的不足。后续教学中应加强“物理过程分解”专项训练，提升学生的系统思维能力。 学科网（北京）股份有限公司 $