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

第3节　动量守恒定律 教学分析 教学目标 1. 理解系统、内力、外力的概念，理解动量守恒定律及守恒条件，知道动量守恒定律的普适性，完善基本物理观念——守恒观。 2. 应用动量定理和牛顿第三定律，推导动量守恒定律。基于实际情境构建碰撞模型，运用动量守恒定律解决实际问题。 3. 运用视频分析运动跟踪软件验证动量守恒定律，通过问题、证据、解释和交流完成科学实验过程，提高使用数字化实验设备解决问题的能力。 4. 通过动量守恒定律的学习，感受物理中的守恒美。 教学重难点 重点：理解动量守恒定律内容及守恒条件，运用动量守恒定律解决实际问题。 难点：运用动量定理和牛顿第三定律推导动量守恒定律，运用动量守恒定律解决实际问题。 教学方法 小组合作探究法、讲授法、讨论法、实验法 课时安排 1课时 教学准备 多媒体辅助教学设备、学案等 教学设计 一、情景导入 1. 设置问题情境，做好课题引入。 演示牛顿摆碰撞实验，分别做单球释放、双球释放、两侧同数量球等高释放，两侧不同数量球等高释放，引导学生思考碰撞前后系统动量变化情况。通过对实验结果普适性的追问，自然地从实验研究转向理论推导。 2. 数字实验验证，经历科学探究 教师提供数字化视频实验方案，拍摄碰撞过程，将视频导入视频分析运动跟踪软件，设置比例标度，输入物体质量，建立坐标系，逐帧确定物体位置，分析碰撞全过程中系统动量随时间变化的情况，建立动量随时间的变化曲线，从而验证在整个碰撞过程中系统的动量守恒。 相较于传统验证实验，数字化实验方案简便、快捷，可以验证碰撞前后整个过程动量守恒，而不仅仅是某两个时刻动量相等，有利于学生建立物理观念——守恒观。视频中的碰撞过程可以取材于实际生活，促使学生体会物理源于生活。 二、新课讲授 1. 规范理论推导，培养科学思维 【提出问题】我们把碰撞的过程抽象为下面的一个模型： 如图所示，在光滑的水平桌面上做匀速运动的两个物体，质量分别为m1和m2，沿着同一直线向同一方向运动，速度分别为v1和v2，v1>v2。当B物体追上A物体时两者碰撞。碰撞后，两物体速度分别为和，请利用动量定理推导碰撞前后系统总动量的数量关系。 教师引导学生根据物理情境，利用上节课所学内容推导碰撞前后系统总动量的数量关系。在此过程中，可以提出以下引导性问题组： （1）在撞击的过程中相互作用力是恒力吗？合力的冲量可以用来表示吗? 由于作用时间很短，两物体的作用力可以看成是恒力。对m1和m2列出动量定理的方程。 m1： m2: （2）F和什么关系，这两个力的冲量有什么关系? （3）规定正方向，结合牛顿第三定律与动量定理，你有什么发现? 学生自主推导，得到表达式： 构建碰撞的理论模型，从理论推导的角度再次理解碰撞中的动量守恒规律；为后续探究动量守恒的条件的研究思路作铺垫。 【提出问题】若在以上模型中，地面粗糙，系统碰撞前后的动量还守恒吗? 小组合作，采用动量定理和牛顿第三定律进行推导，得到结论：地面粗糙的情况下，碰撞前后系统动量不守恒。 教师总结动量守恒的条件，讲授内力与外力的概念，引出动量守恒定律的内容：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。教师补充解释：动量守恒定律的适用范围是系统不受外力或系统所受的合外力为零；系统所受合外力虽不为零，但比系统内力小得多，如烟花爆炸等；系统所受合外力虽不为零，但在某个方向上的分力总和为零，则在该方向上系统的总动量保持不变，即分动量守恒。 2. 完整表述规律，形成物理观念 教师展示多种动量守恒现象的短片，总结：大到天体的碰撞，再到身边物体的碰撞（汽车、台球的碰撞等），再小到微观粒子的碰撞，都与动量守恒密切相关，这也充分体现了物质世界的多样性和统一性，而物理规律却展现出了它的简洁性与普适性。 3. 解决实际问题，加深规律理解 学生自主完成教材P14例题1， 教师展示学生成果，梳理利用动量守恒定律解决问题的基本步骤：确定研究系统；判断守恒条件；规定正方向；列式求解。 学生依据梳理的步骤自主完成P15的例题2，体会利用动量守恒定律解决问题的过程，提高解决问题的能力。 教师提问：课堂一开始的牛顿摆的实验现象如何解释? 学生小组讨论，利用动量守恒定律解释现象。 三、例题展示 【例题1】关于系统动量守恒的条件，下列说法正确的是（　　） A．静止在光滑水平面上的斜槽顶端有一小球， 小球由静止释放， 在离开斜槽前小球和斜槽组成的系统的动量守恒 B．在光滑的水平地面上有两辆小车，在两小车上各绑一个条形磁铁，他们在相向运动的过程中动量不守恒 C．一枚在空中飞行的火箭在某时刻突然炸裂成两块， 在炸裂前后系统动量不守恒 D．子弹打进木块的瞬间子弹和木块组成的系统动量守恒 例题分析： 动量守恒定律的条件为（1）系统所受的合外力为0；（2）系统的内力远大于外力；（3）若系统某方向上满足以上两点，系统某方向上动量守恒。 例题解答： D 本知识点设计说明 动量守恒定律条件的理解。 【变式训练1】 (多选题)如图，A、B两物体质量之比mA：mB3：2，静止在平板小车C上。A、B间有一根被压缩的轻质弹簧，地面光滑，当弹簧突然释放后，下列不正确的是（　　） A．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B组成的系统动量守恒 B．若A、B与平板车上表面间的动摩擦因数相同，A、B、C组成的系统动量守恒 C．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B组成的系统动量守恒 D．若A、B所受的摩擦力大小相等，A、B、C组成的系统动量守恒 答案： A 【例题2】我国女子短道速滑队曾多次在国际大赛上摘金夺银，为祖国赢得荣誉。如图所示，在某次3000m接力赛练习中，“接棒”的运动员甲提前站在“交棒”的运动员乙前面，并且开始向前滑行，待乙追上甲时，乙的速度大小为12m/s，甲的速度大小为10m/s，此时乙沿水平方向猛推甲一把，使甲以13m/s的速度向前冲出。在乙推甲的过程中，忽略运动员与冰面间在水平方向上的相互作用，已知甲、乙运动员的质量均为60kg，在乙推甲的过程中，求：乙推甲后瞬间乙的速度。 例题分析： 动量守恒定律的应用基本步骤：（1）确定研究对象与运动过程；（2）判断动量守恒条件是否满足；（3）规定正方向；（4）列式求解。 例题解答： 取甲运动员初始运动方向为正方向，乙推甲的过程中，两者所组成的系统动量守恒，有 解得，方向与甲运动员初始运动方向相同 本知识点设计说明 动量守恒定律的应用。 【变式训练2】如图，橡皮艇静止在平静的湖面，质量为m的人以水平速度跳离湖岸后落入橡皮艇中，稳定后人和橡皮艇以速度沿湖面匀速运动，不计水对橡皮艇的阻力，则橡皮艇质量为（    ） A． B． C． D． 答案： B 评价反馈 1.对下列情景说法正确的是（　　） A．图甲子弹打进木块后一起向左运动的过程，子弹和木块构成的系统动量守恒 B．图乙两同学传接篮球的过程，两同学和篮球构成的系统动量守恒 C．图丙绑有磁铁的两小车在光滑水平地面上相向运动过程，两车构成的系统动量守恒 D．图丁为光滑水平面上的A、B两小车，B静止，A获得一向右的初速度后向右运动，某时刻连接两车的细绳瞬间绷紧，然后带动B车一起运动，该过程两车组成的系统动量不守恒 答案： C 2.如图，在一个平静的足够深的水池中，木球通过细线连接一个铁球，二者一起以速度v竖直向下匀速运动，铁球质量是木球的4倍，运动过程水的阻力忽略不计（浮力不可忽略）。某时刻细线断开，当木球运动至最深处时，铁球的速度为（　　） A． B． C． D． 答案： A 3.乌贼在水中运动方式是十分奇特的，它不用鳍也不用手足，而是靠自身的漏斗喷射海水推动身体运动，在无脊椎动物中游泳最快，速度可达。逃命时更可以达到，被称为“水中火箭”。如图所示，一只悬浮在水中的乌贼，当外套膜吸满水后，它的总质量为，遇到危险时，通过短漏斗状的体管在极短时间内将水向后高速喷出，从而迅速逃窜，喷射出的水的质量为，则喷射出水的速度为（　　） A． B． C． D． 答案： C 4.如图，质量为m2=1 kg的滑块静止于光滑的水平面上，一质量为m1=5.0×10-2 kg的小球以1000 m/s的速率碰到滑块后又以800 m/s的速率被弹回，试求滑块获得的速度大小。 答案： 90 m/s 课堂小结 本节课以牛顿摆实验引入，视频分析运动跟踪软件软件实验探究碰撞过程的动量守恒，引导学生自主理论推导得到动量守恒定律，深化动量守恒条件，解决实际问题，解释实验现象。 学生经历的学习过程如下： 碰撞中的不变量：动量（课前复习）→单个物体：动量定理（课前复习）→系统：动量守恒定律（课堂重点探究）→动量守恒定律的普适性（材料学习）。 布置作业 【掌握巩固】 完成课本课后习题和学案。 板书设计 第3节动量守恒定律 1、 碰撞模型 2、 理论推导 3、 动量守恒定律 1. 系统、内力、外力 2. 表达式： 3. 守恒条件： 4、 实际应用 1. 确定研究系统和运动过程； 2. 判断守恒条件； 3. 规定正方向； 4. 列式求解。 教学反思 本节教学顺应本章知识主线，沿用经典碰撞模型，理论推导和实验探究相结合，有利于帮助学生更好地理解动量守恒定律，促进深度学习的发生。 本节课以回顾第一节小车碰撞实验结论开始，提出问题“碰撞前后物体动量之和不变是否为普遍规律”。之后基于前两节内容，利用动量定理和牛顿第三定律推导出动量守恒定律的表达式。随后引出系统、内外力概念和动量守恒定律的表述。利用“思考与讨论”栏目和两道例题加深对定律的理解和应用，最后介绍动量守恒定律的普适性。 备课资源 动量守恒定律的普适性 在经典物理学中，人们早已证实宏观物体的运动规律遵从能量守恒定律和动量守恒定律。后来在光电效应中证明了能量守恒定律在微观领域中是成立的在康普顿效应中证明了动量守恒定律在微观领域中也是成立的。说明能量守恒和动量守恒这两个定律，不仅在宏观而且在微观领域中都成立。不过在微观领域中有些现象或过程，从能量守恒定律来判断似乎是可以成立，但从动量守恒定律来判断则不能成立。因此，这一现象或过程就不能发生。在物理学发展史上有许多重大的发现，就是正确地考虑了动量守恒定律之后才得以实现的。本文从几个具体事例来说明动量守恒定律在微观领域的应用。 计算结果表明中子的质量和质子的质量是相近的。因此，当α粒子轰击Be时发射的是中子而不是γ射线。中子的发现，摆脱了当时把原子核看成是由质子和电子组成所面临的严重困扰。从而确认原子核是由质子和中子组成的，促进了核物理研究工作的飞速发展。由上述可以看出，约里奥－居里夫妇等当时所以把α源与铍作用产生的射线判断为γ射线，是因为他们忽视了微观现象也应遵守动量守恒定律。 用动量守恒定律解释微观过程而获重大成功的例子还很多，如原子和原子核的共振吸收、穆斯堡尔效应、β衰变中产生中微子等等。总之在微观领域内发生的一切过程和现象都要充分考虑能量守恒和动量守恒有时甚至还要充分考虑角动量守恒。只有这样才能对一些微观现象作出圆满解释和获得重大发现。 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $