1.1 动量 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

《1.1 动量》教学设计 ——人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 课时：1 课时（40 分钟）　课型：新授课 一、教材分析 本节是人教版（2019）高中物理选择性必修第一册第一章《动量守恒定律》的第1节，是学生在学习了必修课程中的牛顿运动定律、机械能等知识后，进一步研究相互作用过程中物理量守恒规律的起始课。教材以《寻求碰撞中的不变量》为线索，通过演示实验（两个完全相同钢球的碰撞、质量不同小球的碰撞）和定量探究实验（滑轨上小车碰撞），引导学生经历问题、猜想、实验、数据分析、得出结论的科学探究过程，发现碰撞过程中质量与速度的乘积之和保持不变，从而引入动量概念。 动量是物理学中最基本的概念之一，它是从动力学角度描述物体运动状态的重要物理量，对时间的变化率即为力。动量概念的引入，为后续学习动量定理、动量守恒定律奠定基础，也为解决碰撞、爆炸等作用时间极短的问题提供了新的思路。教材通过实验探究让学生认识到mv这个物理量在碰撞过程中保持不变，从而自然地引入动量概念，体现了课程标准中通过实验了解动量概念的要求。 本节内容包括两部分：一是寻求碰撞中的不变量，通过演示实验和定量探究实验引导学生发现碰撞过程中的不变量；二是动量，介绍动量的定义、单位、矢量性以及动量的变化量。教学重点是动量概念的建立和动量变化量的计算，教学难点是动量的矢量性和动量变化量的矢量运算。 二、学情分析 学生在必修课程中已经学习了牛顿运动定律、动能、重力势能等概念，对力和运动的关系有了一定的认识，也具备了初步的实验探究能力。在初中和高中必修阶段，学生已经了解了动能与物体质量和速度的关系，知道动能是标量。学生在生活中对碰撞现象有丰富的感性认识（如台球碰撞、汽车碰撞等），但对碰撞过程中什么物理量保持守恒缺乏理性思考。 从认知特点来看，高二学生已经具备了一定的抽象思维能力和逻辑推理能力，但对矢量运算仍然存在困难，特别是动量变化量的矢量性运算（尤其是一维情况下的正负号运算）是学生容易出错的地方。学生在学习本节内容时，可能会出现以下困难：一是难以理解为什么要引入动量概念，对mv这个物理量的重要性认识不足；二是对动量的矢量性理解不深，容易忽略速度方向对动量的影响；三是在计算动量变化量时，容易忘记先规定正方向，导致正负号出错。 因此，教学中要充分利用实验探究，让学生在实验中发现问题、提出猜想、验证猜想，自然地引入动量概念；要通过具体例题和练习，帮助学生掌握动量变化量的矢量运算方法，特别要强调先规定正方向的重要性。 三、教学目标（核心素养目标） （1）物理观念：了解生产生活中的各种碰撞现象，知道碰撞是物体之间在极短时间内的相互作用；理解动量的概念，知道动量的定义式、单位和矢量性，认识动量是描述物体运动状态的物理量；理解动量变化量的概念，会计算一维情况下动量的变化量；能区分动量与动能。 （2）科学思维：经历寻求碰撞中不变量的探究过程，体会探究过程中猜想、推理和证据的重要性；能对实验数据进行分析处理，从实验数据中发现碰撞过程中质量与速度乘积之和保持不变的规律；通过动量与动能的比较，培养比较分析和归纳概括的思维能力。 （3）科学探究：通过演示实验和学生分组实验，观察碰撞现象，提出可探究的物理问题；能根据实验目的设计实验方案，使用光电计时器等器材收集实验数据；能对实验数据进行分析，发现碰撞过程中的不变量；能根据实验结果对猜想进行验证，得出结论。 （4）科学态度与责任：通过实验探究，培养严谨求实的科学态度和合作交流的学习精神；通过了解动量概念在航天、微观粒子研究等领域的应用，认识物理学对科技进步和社会发展的重要作用，增强学习物理的兴趣和责任感。 四、教学重难点 教学重点：动量概念的建立（动量的定义、定义式、单位、矢量性）；动量变化量的计算（一维情况下动量变化量的矢量运算）。 教学难点：动量的矢量性（动量方向与速度方向相同，动量是矢量）；动量变化量的矢量运算（先规定正方向，将矢量运算转化为代数运算，注意正负号的物理意义）；动量与动能的区别和联系。 五、教学方法与教学准备 教学方法：实验探究法、讲授法与讨论法相结合、多媒体辅助教学法、讲练结合法。 教学准备：多媒体课件（含台球碰撞视频、汽车碰撞图片、演示实验动画、课堂练习）；演示实验器材（两根长度相同的线绳、两个完全相同的钢球A和B、一个质量大于B的钢球C、铁架台）；学生分组实验器材（带光电计时器的滑轨、两辆小车、天平）；大号乳胶气球（做一做实验用）。 六、教学过程（40 分钟） （一）新课导入（约 3 分钟） 教师播放视频：台球比赛中白球撞击彩球的精彩瞬间。 教师提问：同学们，在台球比赛中，白球撞击彩球后，白球的运动状态发生了什么变化？彩球的运动状态又发生了什么变化？碰撞前后，会不会有什么物理量保持不变呢？如果有，这个物理量会是什么？ 学生活动：观看视频，思考并自由发言。 教师引导：在生活中，我们经常会遇到各种碰撞现象，如台球碰撞、汽车碰撞、球类比赛中的碰撞等。碰撞是物体之间在极短时间内的相互作用。碰撞前后物体的速度都发生了变化，那么在碰撞过程中，有没有什么物理量是保持不变的呢？今天我们就来通过实验探究这个问题，学习一个新的物理量——动量。 （二）寻求碰撞中的不变量（约 15 分钟） 1.演示实验一：两个完全相同钢球的碰撞（约 4 分钟）。 教师演示：用两根长度相同的线绳，分别悬挂两个完全相同的钢球A、B，且两球并排放置。拉起A球，然后放开，让A球与静止的B球发生碰撞。 教师提问：同学们观察到了什么现象？碰撞前后两球的速度有什么关系？ 学生活动：观察实验现象，思考并回答。 教师引导学生分析：碰撞后A球停止运动而静止，B球开始运动，最终摆到和A球被拉起时同样的高度。这说明碰撞后A球的速度大小不变地传递给了B球，碰撞前后两球速度之和是不变的。 教师追问：那么，所有的碰撞都有这样的规律吗？如果两个球的质量不同，碰撞前后两球的速度之和还会不变吗？ 2.演示实验二：质量不同小球的碰撞（约 4 分钟）。 教师演示：将上面实验中的A球换成大小相同的C球，使C球质量大于B球质量，用手拉起C球至某一高度后放开，撞击静止的B球。 教师提问：同学们观察到了什么现象？碰撞后B球获得的速度和C球碰撞前的速度相比，哪个大？两球碰撞前后的速度之和还相等吗？ 学生活动：观察实验现象，思考并回答。 教师引导学生分析：碰撞后B球获得较大的速度，摆起的最大高度大于C球被拉起时的高度。这说明质量大的C球与质量小的B球碰撞后，B球得到的速度比C球碰撞前的速度大，两球碰撞前后的速度之和并不相等。 教师提问：两球碰撞前后系统是否存在一个不变的物理量呢？请同学们猜想一下。 学生活动：分组讨论，提出猜想。 教师引导学生提出猜想：猜想一，两个物体碰撞前后动能之和不变，所以质量小的球速度大；猜想二，两个物体碰撞前后速度与质量的乘积之和可能是不变的；也许还有其他猜想。 教师指出：到底哪个猜想是正确的？我们需要通过定量实验来验证。 3.实验探究：滑轨小车碰撞实验（约 7 分钟）。 教师介绍实验装置和实验方法：两辆小车都放在滑轨上，用一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，碰撞后两辆小车粘在一起运动。小车的速度用滑轨上的光电计时器测量。 教师说明：m1是运动小车的质量，m2是静止小车的质量；v是运动小车碰撞前的速度，v'是碰撞后两辆小车的共同速度。 教师展示实验数据表格（教材表1.1-1），请三位同学分别计算：第一组同学计算碰撞前后的动能之和，第二组同学计算碰撞前后质量与速度的乘积之和，第三组同学计算碰撞前后速度之和。 教师引导学生分析数据：从实验数据可以看出，对于这三种情况，两辆小车碰撞前后，动能之和并不相等，但是质量与速度的乘积之和却基本不变。 教师强调：这个实验结果告诉我们，对于发生碰撞的两个物体来说，它们的mv之和在碰撞前后可能是不变的。这使我们意识到，mv这个物理量具有特别的意义。 （三）动量（约 15 分钟） 1.动量的定义、单位和矢量性（约 6 分钟）。 教师讲解：物理学中把质量和速度的乘积mv定义为物体的动量，用字母p表示。定义式为p = mv。 教师强调：动量是一个新的物理量，同学们要注意理解它的定义式中v的含义。v是瞬时速度，所以动量具有瞬时性，是状态量，对应某一时刻或某一位置。动量的单位由质量和速度的单位构成，在国际单位制中，动量的单位是千克米每秒，符号是kg·m/s。 教师强调动量的矢量性：动量是矢量，动量的方向与速度的方向相同。这一点非常重要，同学们在以后的学习中会反复用到。 教师举例：一个质量为2kg的物体，速度为3m/s向东，它的动量大小为p = mv = 6 kg·m/s，方向向东；如果物体速度变为3m/s向西，它的动量大小仍然为6 kg·m/s，但方向向西，动量发生了变化。 2.动量的变化量（约 6 分钟）。 教师讲解：动量变化量Δp等于末动量减去初动量，即Δp = p' - p = mv' - mv = mΔv。 教师强调：动量变化量Δp是矢量，方向与Δv方向相同。 动量变化有三种情况：一是速度大小变化（方向不变），二是速度方向变化（大小不变），三是速度大小和方向都变化。 教师讲解一维情况下动量变化的运算：如果物体沿直线运动，即动量始终保持在同一条直线上，在选定坐标轴的方向之后，动量的运算就可以简化成代数运算。 教师强调：计算动量变化量时，必须先规定正方向，然后确定初动量和末动量的正负，最后用末动量减去初动量。 教师讲解例题（教材例题）：一个质量为0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到坚硬的墙壁后弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动。碰撞前后钢球的动量变化了多少？ 教师引导学生分析：动量是矢量，虽然碰撞前后钢球速度的大小没有变化，但速度的方向变化了，所以动量的方向也发生了变化。为了求得钢球动量的变化量，需要先选定坐标轴的方向，确定碰撞前后钢球的动量，然后用碰撞后的动量减去碰撞前的动量求得动量的变化量。 教师板书解题过程：取水平向右为坐标轴方向。碰撞前钢球的速度为6m/s，碰撞前钢球的动量为p = mv = 0.1×6 kg·m/s = 0.6 kg·m/s。碰撞后钢球的速度v' = -6m/s，碰撞后钢球的动量为p' = mv' = -0.1×6 kg·m/s = -0.6 kg·m/s。碰撞前后钢球动量的变化量为Δp = p' - p = (-0.6 - 0.6) kg·m/s = -1.2 kg·m/s。 教师强调：动量的变化量是矢量，求得的数值为负值，表示它的方向与坐标轴的方向相反，即Δp的方向水平向左。 教师引导学生做一做：让一位同学把一个充气到直径1.5m左右的大乳胶气球，以某一速度水平投向你，请你接住。把气放掉后气球变得很小，再把气球以相同的速度投向你。两种情况下，你的体验有什么不同？这是为什么呢？ 学生活动：两位同学上台体验，其他同学观察思考。 教师引导学生分析：充气后的气球质量大，以某一速度投来时动量大，接时需要更大的力；放气后的气球质量小，以相同速度投来时动量小，接时需要的力小。这说明动量与质量有关，在速度相同时，质量越大动量越大。 3.动量与动能的区别和联系（约 3 分钟）。 教师引导学生比较动量和动能：动量是矢量，方向与速度方向相同，单位是kg·m/s；动能是标量，没有方向，单位是J。动量的大小与速度的一次方成正比，动能的大小与速度的二次方成正比。动量变化时动能不一定变化（如匀速圆周运动，速度方向时刻改变，动量时刻变化，但速度大小不变，动能不变）；动能变化时动量一定变化（速度大小变化，动量一定变化）。动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，二者之间有定量关系：p平方等于2mEk。 教师举例：正在玩旋转秋千的游客，他每一时刻的动量相同吗？每一时刻的动能相同吗？ 学生活动：思考并回答。 教师引导分析：游客做匀速圆周运动，速度的方向时刻改变，所以动量时刻变化；速度的大小不变，所以动能不变。 （四）课堂小结与练习（约 7 分钟） 教师引导学生回顾本节课内容：本节课我们通过实验探究了碰撞过程中的不变量，发现质量与速度的乘积之和在碰撞前后基本不变，由此引入了动量概念。动量是物理学中把质量和速度的乘积mv定义为物体的动量，用字母p表示，p = mv。动量是矢量，方向与速度方向相同，单位是kg·m/s。动量变化量Δp = p' - p = mΔv，是矢量，方向与Δv方向相同。计算一维情况下动量变化量时，必须先规定正方向，将矢量运算转化为代数运算。动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，动量是矢量，动能是标量，动量变化时动能不一定变化，动能变化时动量一定变化。 教师强调核心概念和方法：动量是状态量，具有瞬时性；动量是矢量，方向与速度方向相同；计算动量变化量要先规定正方向；动量与动能的区别和联系。 【课堂练习】 1. 关于物体的动量，下列说法中正确的是（ ） A.物体的动量越大，其惯性越大 B.物体的动能发生变化，其动量可能不变 C.物体的动量越大，其动能越大 D.物体的动量发生变化，其动能可能不变 解析：惯性大小由质量决定，动量大质量不一定大，A错误；动能变化说明速度大小变化，动量一定变化，B错误；动量大如果质量很大速度可能很小，动能不一定大，C错误；动量发生变化可能只是方向变化大小不变（如匀速圆周运动），动能不变，D正确。答案D。 2.一个质量为2kg的物体，速度由向东的3m/s变为向西的3m/s，它的动量和动能是否发生变化？如果发生变化，变化量各是多少？ 解析：动量是矢量，速度方向变化了，动量变化了；动能是标量，速度大小不变，动能不变。取向东为正方向，初动量p = mv = 6 kg·m/s，末动量p' = -6 kg·m/s，动量变化量Δp = p' - p = -12 kg·m/s，方向向西。动能Ek = ½mv² = 9J，动能变化量为0。 七、板书设计 1.1 动量 一、寻求碰撞中的不变量 1.演示实验一：两个完全相同钢球碰撞，碰撞后A球静止B球获得A球速度，速度之和不变 2.演示实验二：质量不同小球碰撞，B球获得速度大于C球碰撞前速度，速度之和不相等 3.实验探究：滑轨小车碰撞，碰撞前后动能之和不相等，质量与速度乘积之和基本不变 二、动量 1.定义：物理学中把质量和速度的乘积mv定义为物体的动量，用字母p表示 2.定义式：p = mv 3.单位：千克米每秒（kg·m/s） 4.矢量性：动量是矢量，方向与速度方向相同 5.瞬时性：动量是状态量，对应某一时刻或某一位置 三、动量的变化量 1.定义式：Δp = p' - p = mv' - mv = mΔv 2.矢量性：Δp是矢量，方向与Δv方向相同 3.一维运算：先规定正方向，将矢量运算转化为代数运算 四、动量与动能的区别和联系 动量：矢量，方向与速度方向相同，p = mv，单位kg·m/s；动能：标量，Ek = ½mv²，单位J；动量变化时动能不一定变化（如匀速圆周运动），动能变化时动量一定变化；关系：p平方等于2mEk 八、作业布置 1.完成教材练习与应用第1、2题，巩固动量的概念和动量变化量的计算。 2.思考：动量和动能都是描述物体运动状态的物理量，它们有什么区别和联系？用表格或文字总结二者的异同。 3.观察生活中的碰撞现象（如球类比赛、交通安全等），思考动量概念在其中的应用，写一段200字左右的观察笔记。 九、教学反思（简述） 本节课以寻求碰撞中的不变量为主线，通过演示实验和定量探究实验，引导学生经历科学探究过程，自然地引入动量概念。教学中注重实验探究，让学生在观察实验现象、提出猜想、验证猜想的过程中理解动量概念的来龙去脉，避免了直接灌输概念的枯燥感。从课堂反应来看，学生对演示实验兴趣浓厚，能够积极参与讨论和思考，对碰撞过程中的不变量有了直观的认识。 在教学过程中，要注意以下几点：第一，演示实验的成功是本节课的关键，实验前要认真调试器材，确保实验现象明显；如果钢球碰撞现象不够明显，可以用气垫导轨或传感器辅助演示。第二，在引入动量概念时，要充分利用实验数据，让学生自己计算碰撞前后动能之和与质量速度乘积之和，通过对比发现mv之和基本不变，从而认识到mv这个物理量的重要性，而不是教师直接给出结论。第三，动量的矢量性是教学难点，要通过具体例子（如钢球撞墙反弹）让学生理解动量方向变化也会导致动量变化，不能只注意大小而忽略方向。第四，动量变化量的计算要强调先规定正方向的重要性，通过例题和练习让学生掌握一维情况下的矢量运算方法，特别要注意正负号的物理意义。第五，动量与动能的区别和联系是易混点，要通过具体例子（如匀速圆周运动中动量变化而动能不变）帮助学生理解二者的区别，同时给出定量关系p平方等于2mEk，帮助学生建立知识联系。第六，本节课实验探究占用时间较多，动量变化量的练习时间可能不足，实际教学中可以根据学生的掌握情况适当调整，如果学生对动量变化量掌握不扎实，可以在下一节课开始时再安排一定时间进行巩固练习。 2 学科网（北京）股份有限公司 $