1.3 动量守恒定律 教学设计 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第一章　动量守恒定律 第三节　动量守恒定律 一、教材分析 前面教材讲述的冲量动量及动量定理是全章的基础知识，在中学物理中，用动量定理处理的对象一般是单个物体，本节则将研究对象拓展到系统，在动量定理的基础上，推导系统的动量守恒定律并扩展到普遍规律，动量守恒定律不仅是本章的核心内容，也是整个高中物理的重点，学好本节内容对今后处理物理动力学综合问题打好基础。 二、教学目标与核心素养 【物理观念】能在一维情况下，两物体的相互作用情境中由牛顿定律及动量定理推导出动量守恒定律。理解并掌握定内容及定律成立条件，了解定律的三种矢量表达式。 【科学思维】能在具体物理情景中判断动量是否守恒，能熟练运用动量守恒定律解释现象和解决问题。 【科学探究】通过对动量守恒定律的学习，了解归纳与演绎两种思维方法的应用。 【科学态度与责任】主动与他人合作的团队精神，有将自己的见解与他人交流的愿望，培养学生将物理知识，物理规律进行分析，比较与联系，养成自主构建知识体系的意识，培养实事求是，具体问题具体分析的教学态度。 三、教学重难点 【教学重点】理解并应用动量守恒成立的条件及定律的表达式的应用。 【教学难点】理解动量守恒的实际应用价值，体会在真实物理情景中建立物理模型并应用动量守恒定律解决问题。 四、教学过程 【导入新课】从真实物理情景中建立物理模型 思考：第一节中我们通过分析一辆小车碰撞一辆静止小车，得出碰撞前后两辆小车的动量之和不变的结论。（播放视频）对于冰壶等物体的碰撞也是这样么？怎样证明这一结论？这是一个普遍的规律么？ 【新课讲授】 一、相互作用的两个物体的动量变化 1.对两个物体的碰撞过程进行理论分析B v2 m2 A v1 m1 B v2' m2 A v1' m1 F1 F2 碰撞过程 m2 m1 A v1' m1 利用动量定理对光滑水平面上的A、B两个物体在碰撞过程中对两物体进行分析： 对A应用动量定理： 对B应用动量定理： 根据牛顿第三定律： 每个时刻有 结论：两个物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和 2.思考与讨论：对动量守恒定律的理解 （1）.系统性：研究对象是相互作用的两个或多个物体 （2）.同时性：两物体碰撞后的动量之和等于碰撞前的动量之和，并且该关系式对过程中的任意两时刻的状态都适用。 （3）.条件性：两个碰撞的物体在所受外部对它们的作用力的矢量和为0的情况下动量守恒。 二、动量守恒定律的表达式和适用条件 1.系统、内力、外力 （1）系统：我们把两个（或多个）相互作用的物体构成的整体叫做一个力学系统。（分析碰撞过程，引出系统概念） （2）内力：系统中物体间的作用力叫做内力。 （3）外力：系统以外的物体施加给系统内物体的力，叫做外力。 二、动量守恒定律的表达式和适用条件 1.内容：如果一个系统不受外力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变。这就是动量守恒定律。 2.表达式： 注意：（1）矢量表达式，列式前规定正方向。 （2）各物体速度必须是相对于同一参考系（一般默认地面） 3.适用条件（通过例题，实际场景分析得出动量守恒定律的适用条件） (1)系统不受外力，或者所受外力的矢量和为零；系统受到外力，但外力的合力为零； (2)系统的内力远大于外力时，外力的作用可以忽略，系统动量守恒。 球从光滑弧面滑下，球和弧面组成的系统仅水平方向动量守恒 (3)系统在某一方向上的合外力为零时，系统在该方向上动量守恒。 思考与讨论 如图 1.3-2，静止的两辆小车用细线相连，中间有一个压缩了的轻质弹簧。烧断细线后，由于弹力的作用，两辆小车分别向左、右运动，它们都获得了动量，它们的总动量是否增加了？ 解答：它们的总动量没有增加（是总动能增加了）。 动量守恒定律与机械能守恒定律的比较 四、动量守恒定律的应用 【例题】在列车编组站里，一辆质量为1.8×104 kg 的货车在平直轨道上以2 m/s 的速度运动，碰上一辆质量为2.2×104 kg的静止货车，它们碰撞后结合在一起继续运动，求货车碰撞后的运动速度。V1 m1 m2 审题指导：（通过问题引导，明确学生的思维逻辑，便于学生掌握动量守恒定律解决问题的方式方法） 解析：以碰前货车的运动方向为正方向（以v1 方向为正）， 则v1 = 2 m/s ，v2 = 0 设两车结合后的速度为v 。 两车碰撞前的总动量为 两车碰撞后的总动量为 由动量守恒定律可得： 所以 ,代入数据得v= 0.9 m/s 【例题2】一枚在空中飞行的火箭质量为m，在某时刻的速度为v，方向水平，燃料即将耗尽。此时，火箭突然炸裂成两块（图1.3-4），其中质量为m1的一块沿着与v相反的方向飞去，速度为v1。求炸裂后另一块的速度v2。 （分析）炸裂前，可以认为火箭是由质量m1和（m-m1）的两部分组成，火箭的炸裂过程可以看作炸裂的两部分相互作用的过程。在炸裂过程中，火箭受到重力的作用，所受合外力的矢量和不为0，但是所受的重力远小于爆炸时的作用力，所以可以近似认为系统满足动量守恒定律。 （解析）以v的方向为正 火箭炸裂前的总动量为 炸裂后的总动量为 根据动量守恒定律可得： 若沿炸裂前速度v的方向建立坐标轴，v为正值，v1与v的方向相反，v1为负值。此外，一定有m-m1>0。于是，由上式可知，v2应为正值。这表示质量为(m-m1)的那部分沿着与坐标轴相同的方向飞去。这个结论容易理解。炸裂的一部分沿着相反的方向飞去，另一部分不会也沿着相反的方向飞去，假如这样，炸裂后的总动量将与炸裂前的总动量方向相反，动量就不守恒了。 总结方法：应用动量守恒定律解题的基本步骤和方法 拓展：动量守恒定律的普适性 动量守恒定律的适用范围非常广泛。近代物理的研究对象已经扩展到我们直接经验所不熟悉的高速（接近光速）、微观（小到分子、原子的尺度）领域。研究表明，在这些领域，牛顿运动定律不再适用，而动量守恒定律仍然正确。 5、 练习与应用 1.在真实的物理情景中引导学生使用动量守恒定律解题，化简动量守恒定律表达式的书写，纠正学生的错误观念。 2.5使用动量守恒定律解题，了解碰撞的特点，合理推理可能的结果，对学习第五节碰撞奠定基础。 3.子弹打木块模型，纠正学生错误意识，子弹和木块未必同速。 4.多物体多运动过程中动量守恒定律的使用，只关注初末状态，无需关注运动过程。 5.子弹打沙袋模型+功能关系，区别子弹打木块模型，时间短忽略位移，共速后再应用机械能守恒定律。 六、学生感悟与我的反思 学生感悟 通过对动量守恒定律的学习，我对子弹打沙袋这个物理情景产生了浓厚的兴趣：子弹连钢板都能打穿，凭什么打不穿沙袋呢？会不会发生课本练习与应用6中提到的子弹射入沙袋并留在沙袋中，随沙袋一起摆动的现象呢？通过网络搜索我整理出这个问题的答案。当子弹射中沙袋时，弹头会和密度极高的沙子产生激烈摩擦，这个摩擦力会快速削减子弹的前进动能，和非牛顿流体有点类似，即用手指可以轻松的插入沙子里，但是当我们用尽全力击打沙子时，沙子瞬间就像混凝土一样坚硬。所以当高速的子弹射入松软的沙子中时，沙子瞬间变成了一堵坚固的墙，阻止了子弹的前进。也就是说，沙子受到高速撞击时会比钢板还硬。但是我又有了新的问题：子弹会像老师分析的那样，在作用时间极短的前提下，沙袋的位移忽略不计吗？再次搜索视频材料我发现，一般的7.62mm口径子弹击中沙袋后，子弹会继续前进20-30厘米，在战场上，需要宽度一米以上的沙袋来抵御威力更强大的子弹，也就是说20-30厘米的减速时间对高速运动的子弹真的不值一提，沙袋的位移可以忽略不计。这让我想到如果子弹打的不是沙袋而是木头，是不是木头的位移就不能被忽略了？如我所料，这是我找到的模拟动画，原来子弹打木块是另一种物理模型。没想到通过对子弹打沙袋问题的探究又收获了新的问题答案，让我弄明白了这两个模型的区别，物理真是太奇妙啦！ 我的反思 通过本节微课程的录制，我又深度学习了新课本、新教材，并对比了旧教材的内容，发现了新旧课本中以下的区别。 1.问题的提出：新课本设置了真实的物理情景——冰壶的碰撞，让学生从实际生活出发探究动量守恒定律的普适性。 2.推导的过程：旧课本使用牛顿第二、三定律进行推导，新课本采用新学习完的动量定理推导，将动量定理引入系统中，扩大了动量定理的适用范围。 3.思考与讨论的设置：旧课本是在动量守恒的前提下提出物体动量可以改变很大的观念，新课本是让学生在真实的物理情景中讨论动量守恒定律的应用，问题的答案还可以扩展更多知识。 4.动量守恒方程的书写：旧课本强调时间顺序，新课本强调守恒关系，改变后的总动量依旧守恒。 5.练习与应用的设置： ①新课本更贴近实际生活②删掉了学生的认知难点，微观粒子的共速问题③始终重视动量守恒模型的建构，子弹打木块、子弹打沙袋、碰撞的可能性、多物体动量守恒定律的应用。 这些对比让我感觉到新课本在创设真实物理情景和物理模型的建构上下足了功夫，让初学者易于上手，能应用新学知识解决问题。更让我欣喜的是，学生可以提出我没有深入思考过的问题，并能自己尝试找到问题的答案，在此基础上提出新的问题并加以拓展，恰恰是物理核心素养提升的过程，于是我把这些都记录下来，做为我珍贵的教学资料留存。 1 学科网（北京）股份有限公司 $