为什么要引入动量!主要解决什么实际问题
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发布时间：2022-04-24 18:28
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时间：2023-08-18 09:09
摘要：从说教材、学情分析、教学方法、教学程序四个方面详细阐述了动量定理这节课的地位、作用、重点、难点，分析了学生的实际知识情况，采用的教学方法和教学的三个环节。
关键词：动量定理 冲量 动量的变化
本节课的内容是全日制普通高级中学物理第二册（人教版）第一章第二节《动量定理》。
一、说教材
1．教材的地位和作用：
本章引入动量这个新概念并结合牛顿第二定律推导出《动量定理》。《动量定理》侧重于力在时间上的累积效果。为解决力学问题开辟了新的途径，尤其是打击和碰撞的问题。这一章可视为牛顿力学的进一步展开，为力学的重点章。
《动量定理》为本章第二节，是第一节《动量和冲量》的继续，同时又为第三节《动量守恒定律》奠定了基础。所以《动量定理》有承前启后的作用。同时《动量定理》的知识与人们的日常生活、生产技术和科学研究有着密切的关系，因此学习这部分知识有着广泛的现实意义。
2．本节教学重点：
（1）动量定理的推导和对动量定理的理解；
（2）利用动量定理解释有关现象和一维情况下的定量分析。
3．教学难点：
动量定理的矢量性，也就是如何正确理解“合”外力的冲量等于物体“动量的变化”。尤其是方向的一致性，即合外力的冲量的方向和动量变化量的方向一致。
4．教学目标：根据教材、大纲和学生情况，制定本节课的教学目标有三个方面：
● 知识与技能
（1）能从牛顿运动定律和运动学公式推导出动量定理的表达式。
（2）理解动量定理的确切含义，知道动量定理适用于变力。
（3）会用动量定理解释有关现象和处理有关的问题。
● 过程与方法
（1）通过对动量定理的探究过程，尝试用科学探究的方法研究物理问题，认识物理模型工具在物理学的作用。
（2）能够应用动量定理处理一些与生产和生活相关的实际问题，在分析、解决问题的过程中培养交流、合作能力。
● 情感态度与价值观
（1）有参与科技活动的热情，有从生活到物理，从物理到生活的意识。
（2）有主动与他人合作的精神，有团队意识。
（3）关心国内、国外科技发展现状与趋势，有振兴中华的使命感与责任感，有将科学服务于人类的意识。
二、学情分析
高一学生思维方式要求逐步由形象思维向抽象思维过渡，因此在教学中需以一些感性认识作为依托，加强直观性和形象性，以便学生理解。
学生有根据加速度来分析力和运动的知识准备，利用2004年1月4日美国航天局的“勇气号”探测器着陆火星的图片，创设问题情景，激发学生的兴趣，让学生把物理现象自然过渡到新知识点上，从而引导学生应用已掌握的基础知识，通过理论分析和推理判断来获得新知识。
撞击、打击现象是学生在生活中比较熟悉的，也是他们容易发生兴趣的现象。充分发挥图片、录像和演示实验的作用，符合他们好奇、好动、好强的心理特点，调动他们学习的积极性和主动性。
三、教学方法
应用实验导入法、分组实验法，启发学生通过自己的思考和讨论来探究动量定理。
四、教学程序
本节课分为三个环节，图片新闻创设情景；建立模型共同探究；应用动量定理。
第一环节：创设情景
通过图片新闻的方式，应用多媒体展示“勇气号”探测器成功登陆火星过程的一组图片，创设问题情境导入新课，让同学们产生感性认识。结合他们的生活经验，大部分同学会意识到有一系列措施减小撞地速度，安全气囊的作用是延长作用时间。为了使思路明朗化，提出三个简单问题：
（1）摩擦降（图1）、降落伞（图2）和反向发动机（图3）的作用是什么？
（2）安全气囊（图4）的作用是什么？
（3）采取这些措施最终的目的是什么？
通过上述问题，大部分同学应该想到是为了减小撞击力，还会粗浅地认为，对于同一个物体，撞前速度越小，撞击力越小；撞击时间越长，撞击力越小。
通过问题情景的创设，极大的调动了学生的情感注意力和情感体验力，为师生共同发现问题、提出问题、探究问题、解决问题打下了基础。把高科技的情景引入课堂，体现时代性，符合新课程标准的基本理论。
第二环节：建立模型
这时候速度、时间、动量、冲量、力等几个物理量在学生的头脑中还需要整合，从感性认识进一步上升到理性认识。师生共同建立物理模型，这个模型为水平面上的物体，在合力F的作用下，经过一段时间t，动量由mv0变为mvt。引导同学们根据所学到的牛顿运动定律的知识，去整理这几个物理量之间的关系，探索动量变化跟所受合力的冲量之间的关系。这与新课程标准中提倡的鼓励学生体验自然规律发现的过程，从而建立对自然科学的认识和掌握研究科学的方法是一致的。
在这个模型的基础上，通过推导，大部分同学会得到一个表达式：
Ft=mvt-mv0 或 Ft=△P
这时不要急于归纳它的物理意义，而是给出学生想像和讨论的时间，让同学们试着解释它，刚开始可能得到一些不完整的结论，比如“冲量等于动量之差”或“冲量等于动量相减”，或“冲量引起动量发生变化”。随着讨论的深入，引导同学们回忆动量的变化这个概念。在求同存异的过程中，探究出合冲量和动量变化量的关系，比如数量关系，因果关系会逐渐清晰，但方向关系还没有特别明朗化。在同学们基本理解的基础上，老师总结并板书动量定理的内容。在师生共同解决问题的学习中，通过原有知识的激活，然后再通过顺应过程重建新知识与原有知识结构之间的联系，使认知发展从一个平衡状态进入另一个更高的发展平衡状态，这一点符合学生的学习建构理论。
当同学们基本能运用动量定理初步解决恒力的问题时，可引伸到动量定理也适用于随时间变化的力，比如打击力或撞击力，但这个力F应取作用时间内的平均力。这样可以开阔学生的思路，便于他们自觉的运用所学知识来处理问题。
第三环节：定性应用
为了培养学生在物理学中从实践到理论，再用理论来指导实践的研究方法。鼓励学生将学习到的物理知识与日常生活、生产技术联系起来。首先围绕定理Ft=△P分情况进行讨论。
首先设置一个问题：如果把鸡蛋从一米高的地方释放，摔到水泥地上，碎了，采取什么措施可保证鸡蛋不摔碎？让同学们设计多种方案，他们会猜测在地上铺上沙子，或放一盆水，或海绵等一些弹性好的物质，接着利用有代表性的弹性好的海绵加以验证，把同学们的设计留成兴趣作业。对那些有创造力的设计，给予充分的欣赏和肯定。
减小力的作用。继续和同学们一块分析生活中常见的现象，展示图片（图5），引导同学自己找出生产、生活中的更多例子。
为了引导学生全面思考问题，继续通过播放录像创设了下列的物理情景：铁锤钉钉子，冲床冲压钢板并提出问题。让同学们继续归纳出共性规律：作用时间短，作用力大。引导学生自己找出生产、生活中的更多例子，充分发挥学生的主体作用，培养他们知识迁移的能力。
通过运用对比的方法，对上述两类问题深入分析，使学生对动量定理加深了理解。实现了“学中做”和“做中学”的结合。促使学生从理性认识再到感性认识，符合认识论。
在定性分析的基础上，再次举出第一节的例题，给出这个例题有三个目的：
第一个目的是在上一节分析碰撞过程中动量变化量的基础上，这节课给出撞击的时间，同学们可以应用动量定理来计算撞击力的大小。
在师生共同分析的过程中，第二个目的也就基本达到了，探索出了怎样应用动量定理解题的关键步骤，比如必须首先规定正方向，求动量的变化，再应用动量定理列方程求未知量。
第三个目的：突破难点，也就是动量定理的矢量性，设计两个有梯度的问题来降低难度。
例1：质量为0．1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到一个坚硬的障碍物后被弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动，接触时间为0．02秒，小球受到的弹力的平均值有多大？
问题（1）：物体动量变化量是什么方向？
问题（2）：联系你学过的弹力产生的条件，从形变的角度分析弹力的方向，合力冲量的方向应该是什么方向？
通过这样的比较，同学们将发现：合力冲量的方向与动量变化量的方向相同，使动量定理的矢量性这个难点具体化和逐渐明朗化。
为了进一步突出重点和突破难点，继续研究第一节中“思考与讨论”题。
思考与讨论：
例2：一个质量为0．2kg的钢球，以2m/s的速度斜射到坚硬的大理石板上，入射的角度为45°，碰撞后被斜着弹出，弹出的角度也是45°，速度仍为2m/s。
问题：除了能应用平行四边形分析撞击过程中的动量的变化的方向，能否根据动量定理来分析小球动量的变化？
有上节课的基础，根据平行四边形定则，能够判断动量变化的方向垂直于接触面；根据弹力方向的判断，合冲量的方向也在这个方向上。为了使问题形象化，准备了一个小动画，以显示撞击的过程中小球的形变，以明确小球受到的弹力的方向，进而显示合冲量的方向。以此深入地体会动量定理的表达式是一个矢量式。整个过程以学生为主体，避免了老师的“一言堂”，做到了“老师搭台，学生唱戏”，在课堂上增强了自主学习和合作学习的氛围。
神州5号的成功发射和回收，是中国航天技术的又一个里程碑。通过录像和图片，让同学们围绕动量定理，来分析神州五号如何采取一系列措施实现软着陆的。当同学们发现自己能够用新知识解决如此惊天动地的伟大创举时，必然热血沸腾，激发他们的爱国热情，树立正确的科学观，培养他们振兴中华，将科学服务于人类的使命感和责任感。
至此，这一节课的学习基本结束，老师根据板书小结本节课的重点-动量定理的内容，留作业：
1．P123．3，4。
2．科技小论文：围绕2003年4月7日世界卫生日的主题“道路安全”观察在汽车和摩托车等交通工具中，都有什么样的安全措施，应用你学习的知识，尤其是动量定理加以分析。实现从物理到生活，从理论到实践。
