1.3 动量守恒定律 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

1.3 动量守恒定律 教学设计 人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 · 第一章第3节 一、教材分析 本节是《动量守恒定律》整章的核心与落脚点，是在第1节《动量》、第2节《动量定理》基础上的综合与深化。教材以“相互作用的两个物体的动量改变”为线索，先引入系统、内力、外力的概念，再由动量定理结合牛顿第三定律推导出动量守恒定律，最后揭示其内容、表达式与适用条件。 动量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一，既适用于宏观低速，也适用于微观高速，适用范围比牛顿运动定律更广。它不仅贯穿本章后续的碰撞、反冲等内容，也是研究多物体系统动力学问题的基本工具，是高中物理力学的重要支柱。 课标要求：理解动量守恒定律的内容及守恒条件，能用动量守恒定律分析简单系统的问题。 二、学情分析 学生已掌握动量、动量变化量、冲量、动量定理等概念，能对单个物体运用动量定理，并会用牛顿第三定律分析相互作用力。但存在认知难点： （1）对“系统、内力、外力”的界定不够清晰，不能正确判断研究对象和系统所受外力； （2）不理解动量守恒的条件，容易把“动量守恒”误用在不满足条件的系统上； （3）对动量守恒的矢量性（一维情况下正方向的选取）掌握不足，解题易出错。 三、教学目标（核心素养） 1. 物理观念 理解系统、内力、外力的概念；理解动量守恒定律的内容和表达式，知道其守恒条件，能正确判断系统动量是否守恒。 2. 科学思维 经历由动量定理和牛顿第三定律推导动量守恒定律的过程，体会从单个物体到系统的分析思路；学会建立一维矢量模型，通过规定正方向应用动量守恒定律解决简单问题。 3. 科学探究 通过实验或实例验证碰撞前后系统的总动量不变，理解守恒定律的发现过程，体会守恒思想在物理学研究中的价值。 4. 科学态度与责任 了解动量守恒定律的普适性及其广泛应用（如碰撞、火箭发射、反冲等），体会物理规律揭示自然界统一性的深刻意义，培养科学探究精神。 四、教学重难点 重点：动量守恒定律的内容、表达式及守恒条件；应用动量守恒定律解决一维问题。 难点：判断系统动量是否守恒；应用动量守恒定律时正方向的选取及符号处理。 五、教学准备 PPT、动量守恒演示实验视频（如气垫导轨碰撞、小车碰撞）、例题学案。 六、教学过程（45分钟） （一）情境导入（5min） 展示碰撞现象： 1. 台球碰撞、冰壶碰撞：碰撞前后物体质量不变，但速度大小、方向改变，系统的总动量有何特点？ 2. 火箭发射：燃料向后喷出，火箭向前运动——动量在哪里保持守恒？ 回顾第1节实验：两辆小车碰撞前后，质量与速度乘积之和基本不变。提问：这一规律能否从理论上证明，并推广到一般系统？由此引出本节课——动量守恒定律。 设计意图：从学生熟悉的碰撞现象和已有实验结论入手，提出问题，激发对守恒规律的探究兴趣。 （二）新知探究一：系统、内力与外力（10min） 1. 系统：有相互作用的两个或多个物体组成的整体。 2. 内力：系统内部物体之间的相互作用力。 3. 外力：系统以外的物体对系统内物体的作用力。 举例说明：研究两辆小车碰撞时，把两车视为一个系统，两车之间的相互作用力是内力，地面对车的摩擦力、空气阻力是外力。 思考讨论：研究系统的总动量时，内力能否改变系统的总动量？为什么？ （提示：内力成对出现、等大反向，对系统的总冲量为零，故不能改变系统总动量。） （三）新知探究二：动量守恒定律的推导与理解（15min） 1. 推导过程： 设质量为 m₁ 和 m₂ 的两个物体碰撞前速度为 v₁、v₂，碰撞后速度为 v₁′、v₂′，相互作用时间为 Δt。 对 m₁ 由动量定理：F₁·Δt = m₁v₁′ − m₁v₁；对 m₂ 由动量定理：F₂·Δt = m₂v₂′ − m₂v₂。 由牛顿第三定律：F₁ = −F₂，两式相加整理得： m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′。 即系统碰撞前后总动量相等，动量守恒。 【动量守恒定律】动量守恒定律：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。 表达式：m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′。 2. 动量守恒的条件： ① 理想条件：系统不受外力作用； ② 实际条件：系统所受外力的矢量和为零（外力的合力为零）； ③ 近似条件：系统所受合外力不为零，但内力远大于外力，且作用时间极短（如碰撞、爆炸）。 3. 动量守恒的普适性：动量守恒定律不仅适用于宏观物体的低速运动，也适用于微观粒子的高速运动，是自然界最普遍的规律之一，比牛顿运动定律适用范围更广。 （四）动量守恒定律的应用（10min） 应用动量守恒定律的一般步骤： （1）明确研究对象，确定系统； （2）受力分析，判断系统是否满足动量守恒条件； （3）选定正方向，确定初、末状态各物体的动量； （4）根据动量守恒定律列式求解。 【例题 · 完全非弹性碰撞】光滑水平面上，质量 m₁ = 2 kg 的小车 A 以 v₁ = 4 m/s 向右运动，质量 m₂ = 3 kg 的小车 B 以 v₂ = 2 m/s 向左运动，两车发生正碰后粘在一起共同运动，求共同速度 v。 解：规定向右为正方向。将 A、B 视为一个系统，水平方向不受外力，动量守恒。 初动量：m₁v₁ + m₂·(−v₂)；末动量：(m₁ + m₂)·v。 由动量守恒：m₁v₁ − m₂v₂ = (m₁ + m₂)·v。 代入：2×4 − 3×2 = (2 + 3)·v，解得 v = 0.4 m/s，方向向右。 易错提醒：动量守恒中是矢量和，方向相反的速度应取负号；要先判断系统是否满足守恒条件，不能盲目套用。 动量守恒定律与牛顿运动定律的比较（对比表）： 比较项目 动量守恒定律 牛顿运动定律 研究对象 系统（多个物体） 单个物体 适用条件 系统不受外力或合外力为零（或内力≫外力） 宏观低速物体 适用对象 宏观、微观、高速、低速均适用 一般限宏观低速 是否需知过程细节 只关心初末状态，不需知内力细节 需分析各时刻受力和运动 动量守恒定律不必关心碰撞过程中的复杂内力变化，只需把握系统的初末状态，这使其在处理碰撞、反冲等问题时具有突出优势。 （五）课堂小结（3min） 师生共同梳理： 1. 系统、内力、外力：内力成对等大反向，不改变系统总动量； 2. 动量守恒定律：系统不受外力或合外力为零时总动量守恒，表达式 m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′； 3. 应用步骤：确定系统 → 判断条件 → 选正方向 → 列式求解。 （六）当堂检测 + 作业布置（2min） 课堂小练： 1. 判断：只要系统所受合外力不为零，系统动量就一定不守恒？（×，若内力远大于外力且作用时间极短，如碰撞、爆炸，可近似认为守恒） 2. 一支步枪水平发射子弹，枪和子弹组成的系统水平方向动量是否守恒？说明理由。 课后作业： 1. 教材课后习题； 2. 思考：动量守恒定律与牛顿第三定律有何联系？为什么说它是自然界最普遍的规律？为后续碰撞、反冲等问题的学习做准备。 七、板书设计 1.3 动量守恒定律 1. 系统、内力、外力 　 内力成对等大反向 → 不改变系统总动量 2. 动量守恒定律：系统不受外力或合外力为零 → 总动量守恒 　 m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁′ + m₂v₂′ 3. 条件：不受外力（理想）／合外力为零（实际）／内力≫外力（碰撞、爆炸） 4. 应用步骤：定系统 → 判条件 → 选方向 → 列式求解 八、教学反思（课后填写） 1. 学生最容易出错点：系统界定不清、遗漏外力导致误判动量守恒，应通过典型例题引导学生养成受力分析的习惯； 2. 一维情况下正方向的选取和符号处理是难点，需通过例题板演和变式训练强化； 3. 动量守恒的普适性较抽象，可结合碰撞、火箭发射等实例帮助学生体会其价值，为后续学习奠定基础。 学科网（北京）股份有限公司 $