動量守恒定律單元教學設計（一）單元基本信息學科物理實施年級高二設計者高考資源網課程標準模塊物理選擇性必修“第一章動量守恒定律”使用教材人教版選擇性必修第一冊單元名稱動量守恒定律單元課時8節（二）單元教學規劃1.主題名稱： 動量守恒定律2.主題概述：（1）單元分析本單元是圍繞“運動和相互作用”物理觀念的建構和發展，以動量守恒定律這一大概念組織的教學設計理念，整合本單元的動量、沖量和動量定理等概念規律，在此基礎上，進一步挖掘教學內容中隱含的“守恒”等跨學科概念、認識方式、研究方法等隱性知識，發展學生的“運動和相互作用”的大觀念。這些知識學習將為學生終身發展、應對現代和未來社會發展的挑戰打下基礎。在本單元設計中通過創設“碰撞”等大情境，引導學生深度學習，伴隨著學生的認識發展，逐漸形成解決問題的一般化大思路。設計適當的學習策略，有效地調動學生學習的主動性。加強學習診斷，以精準診斷和及時反饋矯正，提升教學的針對性和有效性。（2）學習者分析本模塊在學生初步形成的運動與相互作用觀念和能量觀念的基礎上，引導學生通過研究碰撞現象，拓展對物理世界的認識和理解。通過探究碰撞過程中的守恒量，進一步發展學生運動與相互作用的觀念和能量觀念，使其了解物理規律具有適用范圍和條件。通過實驗探究和理論推導，讓學生經歷科學論證過程，理解動量定理的物理實質與牛頓第二定律的一致性。通過創設學生感興趣的問題情境，引導學生運用已有的概念和規律分析常見的碰撞現象，建構彈性碰撞等模型，學會用守恒定律解決問題的方法。在研究碰撞現象實驗過程中，進一步領會守恒思想，提高建模能力。通過根據碰撞中的數據收集及處理來論證碰撞中的能量變化問題，增強學生的證據意識，提升科學論證能力，從而引導學生從相互作用和能量的角度認識碰撞的特征，為深入學習和研究后續學習打好基礎。通過拓展學生的視野，從動量守恒定律的普適性來認識自然界的統一性。核心概念：動量和動量變化量，沖量和動量定理，動量守恒定律，彈性碰撞和非彈性碰撞內容結構：1/12呈現方式：第一節“動量”：（安排1課時）上課伊始，演示一個利用大乳膠球的男生對碰實驗，并同時拋出一個問題：“分別用充氣后和放氣后的大乳膠球，以等大速度的水平快速投向你，那種接起來比較困難呢？”采取這種方式引入本章教學，也是提升學生對本節課知識探究的激發和引導。然后由學生舉行生活中這樣的例子，啟發學生以點概面，形成歸類思想和初步的碰撞建模意識。再根據“牛頓擺”演示實驗操作，開始新課教學。教學中首先提出“碰撞有什么規律？”的認識，然后通過實驗探究，提出了碰撞中的物理量——動量，并對動量進行認識和了解。反映出知識的認知來源以及知識理解和應用，體現學科思維能力的培養教育目標。第二節“動量定理”：（安排1課時）在第一節知識學習的基礎上，強化能力認識，所以本節課開始通過讓學生起立后小幅度起跳，通過雙膝彎曲著地和雙膝豎直著地，感受腳面所受地面支持力的大小，并通過建模思想，構建一維碰撞的條件，由學生來推導“Ft=mv2mv1”表達式，結合所學知識進行分析，順利成章提出沖量的概念，并認識和了解動量的變化量，通過學生的積極參與和認知發展，提出動量定理。在隨后的教學中，再次讓學生回歸新課引入的學生活動：為什么兩次著地的受理不同分析，結合生活舉行更多的例子，并能夠根據定理進行數據分析和計算，提升學生的邏輯推理和數據運算能力。第三節“動量守恒定律”（安排2課時）：在第二節學習的基礎上，通過“創設情境發現問題”環節中凸顯問題意識和模型建構的思維培養，將研究對象由單一物體上升到系統分析認知能力，再通過“構建模型理論推理”環節，結合學過的動量定理應用，推導系統內的動量守恒2/12定律，重視學生邏輯思維的培養過程，體現學習中的重點突破，再由“總結定律分析解釋”教學環節根據物體的受力情況分析，得出動量守恒定律的條件，這對于發展學生的運動與相互作用觀念和科學思維至關重要。本節課強調理論推導和實驗的統一，要求學生不但能用所學的牛頓運動定律和動量定理推導得出動量守恒定律，還要通過實驗進行探究或驗證，對物體相互作用過程中系統的動量守恒加深理解。在此過程中，學生通過學習物理學研究問題的基本思路和方法，發展科學推理能力和科學論證能力，促進對物理知識的進一步關聯整合，同時深化對“系統”的認識。讓學生在不同情境中應用動量守恒定律解釋現象，分析和解決問題。動量守恒定律雖然可以通過牛頓運動定律和運動學公式推導得出，但是物理學的研究表明，動量守恒定律比牛頓運動定律的適用性更廣，對研究宏觀物體和微觀粒子都適用。第四節“實驗：驗證動量守恒定律”（安排2課時）：在理論推導得到動量守恒定律后，設計實驗去驗證，采用理論+實驗結合的方式得到普遍規律。實驗思路為：驗證動量守恒定律，因此需要建立動量守恒定律的實驗情境：如氣墊導軌+光電門實驗、平拋儀實驗，從易操作、簡單的模型入手：利用平拋儀實驗開始驗證；提出問題：想要驗證動量守恒定律，需要測量哪些物理量？如何測量這些物理量？利用這兩個問題完成實驗設計和數據處理模塊，根據實驗設計和實驗裝置分析誤差所在，最后根據實驗結果得到實驗結論。第五節“彈性碰撞和非彈性碰撞”（安排1課時）：經過前面四節的學習，學生已經從實驗到理論，再從理論到實驗，對碰撞中的動量守恒有了較為清晰的認識，所以本節課的引入繼續以“牛頓擺”的生活實例進行問題展現：“在各種碰撞中能量又是如何變化的”，將動量和能量實現自然結合，彰顯大單元教學的延續性。再通過學生回顧驗證動量守恒定律的實驗中，探究氣墊導軌上滑塊碰撞時的動量守恒的兩種情況：滑塊碰撞后分開和滑塊碰撞后粘連，結合實驗數據分析引導學生對比兩種情況的區別，并研究小車碰撞前后的動能變化，總結得出碰撞的種類彈性碰撞和非彈性碰撞。再結合課件和學生的理論推導彈性碰撞和非彈性碰撞進行規律分析，結合實例進行探究，提高學生的科學推導能力和綜合應用能力。第六節“反沖現象火箭”（安排1課時）：本節課是源于前五節知識和規律認知后實際應用，體現“物理源于生活，用于社會”的學科特點，所以本節知識結構相對簡單，但彰顯的知識鞏固和知識的實際運用尤為重要，特別是對動量守恒定律知識的復習應用。在教學中結合農田、園林噴灌和水上極限運動現象分析，引導學生對反沖現象的學習，提升學生從實際問題中提煉出物理模型的能力，并結合動量守恒定律對常見的反沖現象做出解釋，再介紹火箭的飛行原理，在此基礎上定量分析火箭的速度，進一步掌握反沖現象在生活中的應用。最后閱讀“科學漫步”，3/12既對火箭知識進行了拓展，又進一步介紹我國在航天事業中的成就，有利于激發學生的愛國熱情。從上述對本章每節的內容分析過程會發現本章知識安排具有很強的邏輯性，在介紹完動量知識后，順理開始研究動量的變化及變化原因，由此得出沖量和動量定理，這樣的過程安排一是體現學生的認知規律和思維養成，在物理知識學習的同時重視學習者的學習能力培養；二是可以將“沖量是動量轉化的量度”這個思路顯性化，讓學生對該思想以及運動與相互作用觀念有更清晰的認知。本章最后一部分內容設置了守恒的初步思想，從前兩節對碰撞知識的認識中，學生已經可以直接感受到運動過程中動量在相互轉化，動量守恒定律也是將該過程顯性化，更加清晰地認識到某些運動中會存在一些量是守恒的。單元教學流程：育人價值：通過本章的學習，不僅為解決力學問題開辟了新的途徑，學生對自然的認識也將更加深入。在解決問題時讓同學體會到科學概念的力量在于它具有解釋和概括一大類自然現象的能力。在這方面能量概念的作用十分突出，科學規律能夠把握物體運動的本質，特別守恒思想的學習，讓學生在觀念上認識到，自然是有規律可循的。3.主題學情分析本單元中的大多數概念，學生在必修第一冊和第二冊學習已經有了運動與相互作用觀念和能量觀念，而這些概念的掌握和理解情況直接關系著教學的起點和教學策略的選擇。就相關知識對學生進行了調查研究，分析發現學生在學習相關概念時容易產生許多誤區。學生對碰撞有認識，但是缺少理論分析和規律養成，并且一些學生把力和能量混淆在一起，這對本章的學習有很大的障礙。調研還發現，學生對守恒思想認識不準確、系統認識不明確、規律認識不清晰，不能準確區分系統“內”和“外”；不能準確理解碰撞的瞬間作用。動量守恒定律這部分內容有一定的綜合性，它會涉及到學生之前學習運動與相互作用和能量等知識，比如受力分析、運動過程分析、4/12動能計算、機械能變化等。同時這部分內容也具有一定的抽象性，尤其是動量、沖量概念的理解，對學生的抽象思維提出了較高的要求，從而使學生在學習動量守恒定律部分內容時可能會感覺到一定的困難。單元學習目標4.1物理觀念層面通過學習，使學生能夠形成以下觀念本章動量及其守恒定律都是圍繞形成運動與相互作用觀念的線索來設計的。該內容也是學生形成運動與相互作用觀念的基礎。教科書幫助學生形成這一物理觀念的作法主要體現在章結構的設計上，從上述教科書編寫的邏輯線索所反映的章結構特點，可以使學生有效地運用“動量”的概念認識“相互作用”。具體體現為：（1）理解動量、沖量的概念及其矢量性，理解動量的變化，并要求學會動量變化量的求解。（2）能在一維情況下，兩物體的相互作用情境中由牛頓定律及運動學公式推導動量定理和動量守恒定律。（3）理解并掌握定內容及定律成立條件，并通過實驗用不同的方法探究碰童中的動量守恒。（4）通過學習理解彈性碰撞、非彈性碰撞，了解正碰(對心碰撞)，能結合動量守恒定律對反沖現象做出解釋，培養學生的運動與相互作用觀和能量觀。要幫助學生形成上述觀念，下面的“科學思維”層面的目標是具有支撐作用的。4.2科學思維層面在中學物理教學中，如何引入動量的概念是需要研究的一個問題。本章在處理這個問題上，關注的不僅僅是它的定義，而是更關注引導學生在“尋求碰撞中的不變量”標題下的實驗設計，深化動量概念的形成過程。同時教科書以動量概念的建立過程為例，通過“科學方法”欄目，給出了“抽象與概括”的科學方法問題．任何科學概念的形成、規律的建立都不會是簡單拼湊得出的，它需要嚴格的科學歸納、推理和論證等過程。具體體現為：（1）能從引導探索的形式理解動量的概念和意義，通過理論推導掌握動量定理和動量守恒定律，培養學生思考分析能力，能熟練運用知識解釋現象和解決問題。（2）能有實驗研究問題的設計能力，科學的對各物理量進行測量和分析，達到驗證動量守恒定律的目的。（3）通過實例分析，會應用動量、能量的觀點解決一維碰撞問題。（4）培養學生物理建模的思維，學會從多角度分析物理問題，培養學生科學嚴謹的邏輯思維，5/12進一步提高學生運用動量守恒定律分析和解決實際問題的能力。在學生學習思維能力養成的同時，更要注重學生學習認知層面，所以“科學探究”起到至關重要的作用。4.3科學探究層面科學探究素養的培養要做到不失時機。本章教科書雖然沒有冠以“探究”字樣的探究性實驗呈現，但是科學探究思想的滲透是貫穿整章設計的。從整體的設計思路，可以反映教科書是如何引導學生經歷科學探究過程，完成動量守恒定律的學習的。具體體現為：（1）通過對尋找碰撞前后守恒量的探究過程，嘗試用科學探究的方法研究物理問題，認識物理模型工具在物理學中的應用。（2）通過實例分析，能夠利用動量定理解釋緩沖、碰撞等有關現象和解決實際問題。（3）通過對動量概念及動量守恒定律的學習，了解歸納與演繹兩種思維方法的應用，經過思考和動手操作，經歷實驗探究過程發現規律。重視實驗中要注重各物理量之間的相互關系，加深對物體相互作用過程中系統動量守恒的理解。（4）通過學生分組探究碰撞現象的特點，應用動量守恒定律和機械能守恒定律去解決典型的碰撞問題，推導兩個小球在彈性碰撞后的速度表達式。并能運用所學知識進行科學解釋。在自然科學學習的過程中，注重學習的關鍵知識培養的同時，也要發展學生的必備品格，所以在“科學態度和責任”上作如下設計。4.4科學態度和責任層面本章教科書的設計，力求學生能運用動量守恒定律解釋生產生活中的有關現象，加深對科學本質的認識，增強社會責任感。例如，“STSE”欄目中的“汽車碰撞試驗”“科學漫步”欄目中的“歷史上關于運動量度的爭論”以及第5、6節內容的設計，集中反映科學態度與責任的核心素養培養。具體體現為：（1）有將物理知識應用于生活和生產實踐的意識，勇于探索日常生活有關的物理問題。（2）通過對動量定理和動量守恒定律的應用，提高學生用科學的眼光去看待問題的態度，養成自主構建知識體系的意識，培養實事求是嚴謹分析的科學態度。（3）通過理解彈性碰撞與非彈性碰撞的概念及特點，并能應用兩個定律解決與生產生活相關的實際問題，結合我國古代對于火箭的發明和我國的現代火箭技術已跨入世界先進先烈，激發學生熱愛社會主義的情感。開放性學習環境6/12（1）教學上采用PPT課件、視頻資源、投影儀、研究斜槽末端小球碰撞驗證動量守恒定律平拋儀等教學資源，同時還使用牛頓擺、滑塊、滑板、氣墊導軌、光電門、數字計時器、天平、游標卡尺、斜槽、小球、天平、復寫紙、白紙、氣球等實驗器材供學生合作學習解決實際問題。（2）學生分組，每組6人，為方便交流，座椅擺放使學生能面對面交流。6.挑戰性學習活動：（1）動量定理體驗性生活：①讓學生起立后小幅度起跳，通過雙膝彎曲著地和雙膝豎直著地，感受腳面所受地面支持力的大小；②讓學生抱一個橡膠球跑向墻壁，感受橡皮球的彈力大小，由此激發學生的求知欲和探究意識。（2）通過真實情境讓學生建立模型，然后利用利用受力分析和運動學知識進行演繹推理，讓學生獨立推出不同受力情況下沖量和動量變化的關系。（3）通過常見的牛頓擺做實驗，讓學生根據深度學習提出的活動與體驗和聯想與結構等特征，讓學生提出猜想，并結合每節實際進行設計實驗，體現操作實驗的主線。也由此配偶已學生建構模型的能力，發展科學思維的物理核心素養，提升觀察能力和深入分析問題的能力。7/12（4）為了驗證動量守恒定律，引導學生設計實驗方案，通過探究過程提，高學生制定計劃的能力潛，移默化中使學生學會從原理、器材、信息處理等各方面形成探究計劃。培養學生科學探究的能力。（5）為了對反沖現象的直接認識，采取氣球放氣時的不同運動方向動手實驗，進而引導學生認識不同方向的原因分析，促進學生的分析推理能力的培養，促進學生物理學科探究思維的養成。7.反思性教學改進（1）由于本次團體賽涉及的教師在不同縣區的學校，教學研討條件受限，有些活動不能保持一致，爭取在同一校區內執行前后一致的教學方案。（2）本次動量守恒定律驗證實驗的氣墊導軌操作還需要進一步改進，涉及的影響因素過多，測量中存在較大誤差，建議能夠有成品的實驗裝置，以此提升減小實驗誤差，提高實驗成效。（3）每節課的習題評價缺乏針對性，建議增加過程性評價方案和具體操作方法。8.單元作業/測試（不同學業質量水平）：動量守恒定律學業質量水平測試卷一、單選題（本大題共8小題，共32.0分）1．火箭利用噴出的氣體進行加速，是利用了高速氣體的哪種作用（ ）A．產生的浮力 B．向外的噴力 C．反沖作用 D．熱作用（學業質量水平1）如圖所示，豎直墻壁兩側固定著兩輕質彈簧，水平面光滑，一彈性小球在兩彈簧間往復運動，把小球和彈簧視為一個系統，則小球在運動過程中（）A．系統的動量守恒，動能守恒B．系統的動量守恒，機械能守恒C．系統的動量不守恒，機械能守恒D．系統的動量不守恒，動能守恒（學業質量水平1）3.如圖所示，兩輛質量相同的小車置于光滑的水平面上，有一個人靜止站在A車上，兩車靜止，若這個人自A車跳到B車上，接著又跳回A車，靜止于A車上，則A車的速率()A．等于零 B．小于B車的速率C．大于B車的速率 D．等于B車的速率（學業質量水平1）4．如圖所示，木塊A和B質量均為2kg，置于光滑水平面上，B與一輕質彈簧一端相連，彈簧8/12另一端固定在豎直擋板上，當A以4m/s的速度向B撞擊時，由于有橡皮泥而粘在一起運動，那么彈簧被壓縮到最短時，具有的彈性勢能大小為()A．4J B．8J C．16J D．32J（學業質量水平3）5．如圖所示，光滑傾斜滑道OM與粗糙水平滑道MN平滑連接。質量為1kg的滑塊從O點由靜止滑下，在N點與緩沖墻發生碰撞，反彈后在距墻1m的P點停下。已知O點比M點高1.25m，滑道MN長4m，滑塊與滑道MN的動摩擦因數為0.2，重力加速度大小g取10m/s2，不計空氣阻力。下列說法正確的是（ ）A．滑塊運動到M點的速度大小為6m/s B．滑塊運動到N點的速度大小為4m/sC．緩沖墻對滑塊的沖量大小為10N·sD．緩沖墻對滑塊做的功為－2.5J（學業質量水平2）6．一物塊靜止在光滑水平面上，t=0時刻起在水平力F的作用下開始運動，F隨時間按正弦規律變化如圖所示，則下列選項中錯誤的是（）A．在0~1.5s時間內，第1s末物塊的動量最大B．第2.0s末，物塊回到出發點C．在0~1.0s時間內，F的功率先增大后減小D．在0.5s~1.5s時間內，F的沖量為0（學業質量水平4）7．高速水流切割是一種高科技工藝加工技術，為完成飛機制造中的高難度加工特制了一臺高速水流切割機器人，該機器人的噴嘴橫截面積為10－7m2，噴嘴射出的水流速度為103m/s，水的密度為1×103kg/m3，設水流射到工件上后速度立即變為零。則該高速水流在工件上產生的壓力大小為()A．100NB．1000NC．10ND．1N（學業質量水平4）8．水平面上有質量相等的a、b兩個物體，水平推力F1、F2分別作用在a、b上，一段時間后搬去推力，物體繼續運動一段距離后停下，兩物體的v?t圖像如圖所示，圖中AB//CD，則整個過程中（ ）A．F1的沖量等于F2的沖量B．F1的沖量大于F2的沖量C．摩擦力對a物體的沖量等于摩擦力對b物體的沖量D．合外力對a物體的沖量等于合外力對b物體的沖量（學業質量水平4）二、多選題（本大題共4小題，共16.0分）9．下列關于“探究碰撞中的不變量”實驗敘述中正確的是（ ）A．實驗中探究不變量的對象是相互碰撞的兩個物體組成的系統B．實驗對象在碰撞過程中存在內部相互作用的力，但外界對實驗對象的合力為零9/12C．物體的碰撞過程，就是機械能的傳遞過程，可見，碰撞過程中的不變量就是機械能D．利用氣墊導軌探究碰撞中的不變量，導軌必須保持水平狀態E．兩個物體碰撞前要沿同一直線，碰撞后可不沿同一直線運動（學業質量水平4）10．如圖所示，質量m2=2kg的物體靜止在光滑水平面上，質量m1=1kg的物體以v1=6m/s的初速度與m2發生碰撞，以v1的方向為正方向，則碰撞后兩物體的速度不可能是（ ）A．v1￠=1m/sv2￠=3m/sB．v1￠=6m/sv2￠=6m/sC．v1￠=3m/sv2￠=1.5m/sD．v1￠=2m/sv2￠=2m/s（學業質量水平3）111．質量為M的帶有4光滑圓弧軌道的小車靜止置于光滑水平面上，如圖所示，一質量也為M的小球以速度v0水平沖上小車，到達某一高度后，小球又返回小車的左端，重力加速度為g，則（）A．小球以后將向左做平拋運動B．小球將做自由落體運動1D．小球在圓弧軌道上上升的最大高度為v02g（學業質量水平5）12.如圖所示，質量M=3kg的滑塊套在水平固定著的軌道上并可在軌道上無摩擦滑動。質量為m=2kg的小球（視為質點）通過長L=0.75m的輕桿與滑塊上的光滑軸O連接，開始時滑塊靜止，輕桿處于水平狀態。現給小球一個v0=3m/s的豎直向下的初速度，取g=10m/s2。則（）A．小球m從初始位置到第一次到達最低點的過程中，滑塊M在水平軌道上向右移動了0.3mB．小球m從初始位置到第一次到達最低點的過程中，滑塊M在水平軌道上向左移動了0.3mC．小球m相對于初始位置可以上升的最大高度為0.27mD．小球m從初始位置到第一次到達最大高度的過程中，滑塊M在水平軌道上向右移動了0.54m（學業質量水平4）三、實驗題（本大題共2小題，共18.0分）“尋求碰撞中的不變量”的實驗裝置如圖甲所示。小車A前端貼有橡皮泥，后端連一穿過打點計時器的紙帶，接通打點計時器電源后，讓小車A以某速度做勻速直線運動，與置于木板上靜止的小車B相碰并粘在一起，繼續做勻速直線運動。已知打點計時器的電源周期為0.02s。（1）下列說法正確的是___________。（填正確選項前的字母）A．本實驗中應盡可能減小摩擦B．實驗時先推動小車A，再接通打點計時器電源10/12（2）若獲得的紙帶如圖乙所示，從a點開始，每5個點取一個計數點，其中a、b、c、d、e都為計數點，并測得相鄰計數點間距分別為ab=20.3cm、bc=36.2cm、cd=25.1cm、de=20.5cm，已測得小車A（含橡皮泥）的質量mA=0.4kg，小車B（含撞針）的質量mB=0.3kg。由以上測量結果可得碰前系統總動量為___________kg·m/s，碰后系統總動量為___________kg·m/s。（結果均保留三位有效數字）（學業質量水平2）14．某同學用如圖所示的實驗裝置驗證動量定理，所用器材包括：氣墊導軌、滑塊（上方安裝有寬度為d的遮光片）、兩個與計算機相連接的光電門、砝碼盤和砝碼等。實驗步驟如下：（1）開動氣泵，調節氣墊導軌，輕推滑塊，當滑塊上的遮光片經過兩個光電門的遮光時間________時，可認為氣墊導軌水平；（2）用天平測砝碼與砝碼盤的總質量m1、滑塊（含遮光片）的質量m2；（3）用細線跨過輕質定滑輪將滑塊與砝碼盤連接，并讓細線水平拉動滑塊；（4）令滑塊在砝碼和砝碼盤的拉動下從左邊開始運動，和計算機連接的光電門能測量出遮光片經過A、B兩處的光電門的遮光時間Dt1、Dt2及遮光片從A運動到B所用的時間t12；（5）在遮光片隨滑塊從A運動到B的過程中，如果將砝碼和砝碼盤所受重力視為滑塊所受拉力，拉力沖量的大小I=________，滑塊動量改變量的大小p=________；（用題中給出的物理量及重力加速度g表示）（6）某次測量得到的一組數據為：d=1.000cm，m1=1.50′102kg，m2=0.400kg，Dt1=3.900′102s，Dt2=1.270′102s，t12=1.50s，取g=9.80m/s2。計算可得I=________N·s，p=____kg·m·s1。（結果均保留3位有效數字）（學業質量水平3）四、計算題（本大題共4小題，共40.0分）15.把一個質量為0.2kg的小球放在高度為5.0m的直桿的頂端。一顆質量為0.01kg的子彈以500m/s的速度沿水平方向擊中小球，并穿過球心，小球落地處離桿的距離為20m。g取10m/s2，求子彈落地處離桿的距離。