第六节 自然界中的守恒定律（表格式教学设计）物理粤教版2019选择性必修第一册

该高中物理教学设计聚焦自然界中的守恒定律，核心梳理动量守恒、机械能守恒及能量守恒定律的本质、成立条件与适用范围。通过展示自然动态图片及铁球碰撞、炮弹发射等问题导入，衔接前期所学守恒知识，搭建认知支架。 资料以核心素养为导向，物理观念上通过表格分析深化守恒本质理解，科学思维结合生活情景与典例（如气球载人动量守恒、滑块碰撞问题）培养分析综合能力，科学探究通过课堂练习（神舟飞船机械能守恒问题）提升实际应用能力。结构化教学突出重难点，助力教师高效授课，帮助学生形成守恒思想与解决问题能力。

第六节　自然界中的守恒定律 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第六节　自然界中的守恒定律 教学 目标 物理观念 通过表格分析整理，加深学生对动量守恒、机械能守恒和能量守恒定律的认识与理解。能从守恒定律中认识到其本质是某种物理量保持不变。 科学思维 通过生活情景的分析，能恰当的表达出系统中能量的转化情况，培养学生的语言表达能力、分析综合能力。通过对例题的求解，认识科学世界的美丽，体会物理公式反映出的自然界的秩序与规律。 科学探究 通过例题求解，引导学生在生产和生活中发现物理量守恒的问题，并能运用动量、能量的思想解决实际问题;能综合应用动量守恒、机械能守恒和能量守恒定律，分析、处理信息，进而描述、解释生产和生活中的实际问题。 科学态度 与责任 通过学习自然界中的守恒定律，体会自然界的和谐统一性，发展对科学的好奇心和求知欲，学会用守恒的思想去探索自然规律。 教学 重难点 1.认识守恒定律的本质(重点)。 2.理解动量守恒、机械能守恒、能量守恒定律及成立条件和适用范围(重点)。 3.用守恒定律解决实际问题(重难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：自然现象丰富多彩，物质运动千变万化，物理学家在繁杂的变化中发现了物质运动遵循各种物理量的守恒定律，如动量守恒定律、机械能守恒定律、能量守恒定律、电荷守恒定律等.这些守恒定律反映了自然界的和谐与统一。请欣赏自然之美。（展示动态图片） 【问题思考】（展示动态图片） 提问：铁球在碰撞过程中，满足什么守恒呢？炮弹在发射过程中，又满足什么守恒呢？学完本节课内容，大家就明白了！ 学生思考问题。 新课讲授 一、守恒与不变和对称 教师：在上述例子中，我们不难发现要讨论物理量的守恒离不开与之相互作用的物体，请结合教材，说说什么是系统？ 学生：讨论物理量的守恒离不开与之相互作用的因素。物理学上常将物体及与之相互作用的因素视为一个系统。 教师：要怎样才能保持系统内物理量不变呢？ 学生：没有系统外的因素使系统的某些物理量发生改变，物理量只在系统内部转移或转化。 教师：如果有系统外的因素会怎样呢？ 学生：系统内部某个物理量的增加量（或减少量）等于系统外部的输入（或抽取）量。 教师：回想一下，我们学过了哪些守恒定律？这些守恒定律的成立条件和适用范围又是什么？ 学生：（1）动量守恒定律 ①成立条件：合外力为零；内力远大于外力；单方向上动量守恒； ②适用范围：微观、宏观、宇观都适用，是自然界最普适的基本定律。 （2）机械能守恒定律 ①成立条件：除重力和弹力外，其他力做功代数和为零； ②适用范围：只考虑初末状态，不管物体的运动过程。 （3）能量守恒定律 ① 系统增加（或减少）的机械能，必定有其他形式的能减少（或增加），系统内的总能量保存不变； ②适用范围：自然界普遍定律。 教师：自然界中，守恒定律体现了物理规律的一种重要特征——对称性。物理规律的对称性就是某种物理状态或过程在一定的变换下，它服从物理规律的不变。请同学们结合学过的知识，列举一些常见的具有对称性的规律或概念。 学生：抛体运动、光的可逆性、电流产生磁场与电场感应的对称性；正电荷负点、N和S磁极、作用力和反作用力等。 教师：正因为自然界的“简单性”和“对称性”，造就了自然界的和谐与统一。随着人类社会的进步，人类对能源的利用途径发生了改变。思考一下， 我们要怎样有效地开发和利用各种新能源呢？ 学生：大力开发水能、生物能等常规能源，加强核能、太阳能、风能、海洋能、地热能以及其他各种新能源的研究和利用，从而不断扩大人类的能源种类和来源。 结合教材，思考并回答问题。 新课讲授 二、典例分析 教师：同学们说得很好！接下来，我们一起来看看几个关于这些守恒定律应用的例子。 【典例1】质量为的气球下吊一轻质绳梯，梯上站着质量为的人。气球以速度沿竖直方向匀速上升，如果人加速向上爬，当他相对于梯的速度达到时，以竖直向上为正方向，气球的速度将变为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】取气球和人整体为研究对象，最初以速度匀速上升，合力为零，系统在竖直方向动量守恒，以地面为参考系，设气球的速度为，则人的速度为，则由动量守恒定律可得 解得，故选B。 【典例2】（多选）如图所示，现有甲、乙两滑块，质量分别为3m和m，以相同的速率v在光滑水平面上相向运动，发生碰撞．已知碰撞后，甲滑块静止不动，则（　　） A．碰撞前总动量大小为2mv B．碰撞过程动量不守恒 C．碰撞后乙的速度大小为2v D．碰撞属于非弹性碰撞 【答案】AC 【详解】A．取向右为正方向，碰撞前总动量为3mv－mv＝2mv，A正确； B．碰撞过程两滑块组成的系统在水平方向不受外力，则系统动量守恒，B错误；C．设碰撞后乙的速度为v′，由动量守恒定律得3mv－mv＝0＋mv′，解得v′＝2v，C正确；D．碰撞前总动能为·3mv2＋mv2＝2mv2，碰撞后总动能为0＋m（2v）2＝2mv2，碰撞前后无机械能损失，碰撞属于弹性碰撞，D错误． 【典例3】（多选）如图所示，将一质量、半径为的光滑半圆形槽静置于光滑水平面上，今让一质量为小球自左侧槽口从点静止开始落下，则以下结论中正确的是（　　）    A．小球在半圆槽内运动的全过程中，小球与半圆槽构成的系统动量守恒 B．小球在半圆槽内运动的全过程中，小球与半圆槽构成的系统机械能守恒 C．小球到达最低点时，小球的速度大小是 D．小球到达右边最高点时，小球通过的水平位移是 【答案】BD 【详解】A．小球在半圆槽内运动的全过程中，小球与半圆槽构成的系统水平方向受力为零，所以水平方向动量守恒，故A错误；B．小球在半圆槽内运动的全过程中，小球与半圆槽构成的系统只有重力做功，所以系统机械能守恒，故B正确；C．球到达最低点时,根据系统水平方向动量守恒，可得 ，由系统机械能守恒，可得。联立，可得 ，故C错误；D．根据人船模型结论，可得又 ，解得，故D正确。故选BD。 学生完成例题解答。 课 堂 练 习 1.(多选)在光滑水平面上A、B两小车中间有一弹簧(不与小车连接)，如图所示，用手抓住小车并将弹簧压缩后使小车处于静止状态，将两小车及弹簧看作一个系统，下列说法中正确的是(　　) A.两手同时放开后，系统总动量始终为零 B.先放开左手，再放开右手后，动量不守恒 C.先放开左手，后放开右手，总动量方向向左 D.无论何时放手，两手放开后，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，但系统的总动量不一定为零 答案　ACD 解析　两手同时放开A、B两小车后，系统所受合外力为零，系统动量守恒，由于系统初动量为零，则系统总动量为零，故A正确；先放开左手，此过程两车与弹簧组成的系统所受合外力不为零，系统动量不守恒，但是两手都放开后，系统所受的合力为零，动量守恒，故B错误；先放开左手，系统所受合外力的冲量方向向左，系统总动量方向向左，再放开右手后，系统动量守恒，总动量的方向向左，故C正确；无论何时放手，两手放开后，系统所受合外力为零，系统动量守恒，在弹簧恢复原长的过程中，系统总动量都保持不变，如果同时放手，系统总动量为零，如果不同时放手，系统总动量不为零，则系统的总动量不一定为零，故D正确。 2.(多选)神舟载人飞船在发射至返回的过程中，以下哪些阶段中飞船(与地球组成的系统)的机械能是守恒的(　　) A.飞船升空的阶段 B.飞船绕地球在椭圆轨道上的运行阶段 C.返回舱在大气层以外向着地球做无动力飞行的阶段 D.降落伞张开后，返回舱下降的阶段 答案　BC 解析　飞船升空的阶段，推力做正功，飞船的机械能增加，A错误；飞船在椭圆轨道上绕地球运行的阶段，只受万有引力作用，重力势能和动能之和保持不变，飞船的机械能守恒，B正确；返回舱在大气层外向着地球做无动力飞行阶段，只有万有引力做功，飞船的机械能守恒，C正确；降落伞张开后，返回舱下降的阶段，飞船克服空气阻力做功，机械能减小，D错误。 3.如图所示，质量m＝60 kg的运动员以6 m/s的速度从高h＝8 m的滑雪场A点沿斜坡自由滑下。以最低点B所在水平面为参考平面，g＝10 m/s2，一切阻力可忽略不计。求： (1)运动员在A点时的机械能； (2)运动员到达最低点B时的速度大小； (3)运动员继续沿斜坡向上运动能到达的最大高度。 答案　(1)5 880 J　(2)14 m/s　(3)9.8 m 解析　(1)运动员在A点时的机械能 EA＝Ek＋Ep＝mv2＋mgh＝5 880 J。 (2)运动员从A运动到B的过程，根据机械能守恒定律得EA＝mv 解得vB＝14 m/s。 (3)运动员从A运动到斜坡上最高点的过程，由机械能守恒定律得EA＝mghm 解得hm＝9.8 m。 4.质量为5 g的子弹以300 m/s的速度水平射向被悬挂着质量为500 g的木块，设子弹穿过木块后的速度为100 m/s，重力加速度g取10 m/s2，则： (1)试用动量定理证明子弹射入木块的过程中，子弹和木块组成的系统动量守恒； (2)求子弹穿过木块后的瞬间，木块获得的速度大小。 答案　(1)mv1＋Mv2＝mv0　(2)2 m/s 解析　(1)设子弹质量为m，射入木块前的速度为v0，穿出后的速度为v1，木块质量为M，获得的速度为v2，射入过程中，木块受到的平均作用力为F，作用时间为t。以子弹的初速度v0的方向为正方向，对子弹应用动量定理有－Ft＝mv1－mv0 对木块应用动量定理有Ft＝Mv2－0 上面两式相加有0＝mv1－mv0＋Mv2 即mv1＋Mv2＝mv0，子弹和木块组成的系统动量守恒。 (2)由动量守恒定律有mv1＋Mv2＝mv0 解得v2＝2 m/s。 5.如图所示，在光滑的水平面上，有一质量为M的长木板以一定的初速度向右匀速运动，将质量为m的小铁块无初速度地轻放到长木板右端，小铁块与长木板间的动摩擦因数为μ。当小铁块在长木板上相对长木板滑动L时与长木板保持相对静止，此过程长木板对地的位移为l，求这个过程中： (1)小铁块增加的动能； (2)长木板减少的动能； (3)系统机械能的减少量； (4)系统产生的热量。 答案　(1)μmg(l－L)　(2) μmgl　(3)μmgL (4)μmgL 解析　画出这一过程长木板与小铁块位移示意图，如图所示。 (1)以小铁块为研究对象，根据动能定理得μmg(l－L)＝ΔEk，即小铁块动能的增加量等于滑动摩擦力对小铁块做的功。 (2)摩擦力对长木板做负功，根据功能关系得ΔEkM＝－μmgl，即长木板减少的动能等于长木板克服摩擦力做的功μmgl。 (3)在重力势能不变的情况下，系统机械能的减少量等于系统动能的减少量，则有ΔE＝ΔEk＋ΔEkM＝－μmgL，即系统机械能减少了μmgL。 (4)小铁块与长木板间相对滑动的位移为L，根据能量守恒定律，有Q＝μmgL，即滑动摩擦力对系统做的总功等于系统因摩擦而产生的热量，也等于系统减少的机械能。 课 堂 小 结 本节教材首先介绍了系统的概念，引导学生从守恒定律中认识到其本质是某种物理量保持不变。并以大量的文字详细讲述了动量守恒定律、机械能守恒定律和能量守恒定律的内容，以及延伸了定律的使用范围和条件。辅之以例题，旨在加深对守恒定律的理解，并能利用守恒定律解释生活中的情景。 板 书 设 计 第六节　自然界中的守恒定律 一、守恒与不变和对称 （1）动量守恒定律 ①成立条件：合外力为零；内力远大于外力；单方向上动量守恒； ②适用范围：微观、宏观、宇观都适用，是自然界最普适的基本定律。 （2）机械能守恒定律 ①成立条件：除重力和弹力外，其他力做功代数和为零； ②适用范围：只考虑初末状态，不管物体的运动过程。 （3）能量守恒定律 ① 系统增加（或减少）的机械能，必定有其他形式的能减少（或增加），系统内的总能量保存不变； ②适用范围：自然界普遍定律。 二、典例分析 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习”。 2.配套分层作业。 教学反思 本节是本章的最后一节内容。教材从大视角概括物理量的守恒，并再次深化动量守恒、机械能守恒和能量守恒的使用条件和范围，是对前面所学知识的一次巩固与延伸。从守恒定律中认识到其本质是某种物理量保持不变，是对守恒思想的一次升华。通过了解自然界中的守恒定律，认识外部世界的美妙。 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 $