-2025学年高二教案物理（人教版2019）选择性必修1第一章选择性必修1第一章《动量守恒定律》单元教学设计

动量守恒定律单元教学设计（一）单元基本信息学科物理实施年级高二设计者高考资源网课程标准模块物理选择性必修“第一章动量守恒定律”使用教材人教版选择性必修第一册单元名称动量守恒定律单元课时8节（二）单元教学规划1.主题名称： 动量守恒定律2.主题概述：（1）单元分析本单元是围绕“运动和相互作用”物理观念的建构和发展，以动量守恒定律这一大概念组织的教学设计理念，整合本单元的动量、冲量和动量定理等概念规律，在此基础上，进一步挖掘教学内容中隐含的“守恒”等跨学科概念、认识方式、研究方法等隐性知识，发展学生的“运动和相互作用”的大观念。这些知识学习将为学生终身发展、应对现代和未来社会发展的挑战打下基础。在本单元设计中通过创设“碰撞”等大情境，引导学生深度学习，伴随着学生的认识发展，逐渐形成解决问题的一般化大思路。设计适当的学习策略，有效地调动学生学习的主动性。加强学习诊断，以精准诊断和及时反馈矫正，提升教学的针对性和有效性。（2）学习者分析本模块在学生初步形成的运动与相互作用观念和能量观念的基础上，引导学生通过研究碰撞现象，拓展对物理世界的认识和理解。通过探究碰撞过程中的守恒量，进一步发展学生运动与相互作用的观念和能量观念，使其了解物理规律具有适用范围和条件。通过实验探究和理论推导，让学生经历科学论证过程，理解动量定理的物理实质与牛顿第二定律的一致性。通过创设学生感兴趣的问题情境，引导学生运用已有的概念和规律分析常见的碰撞现象，建构弹性碰撞等模型，学会用守恒定律解决问题的方法。在研究碰撞现象实验过程中，进一步领会守恒思想，提高建模能力。通过根据碰撞中的数据收集及处理来论证碰撞中的能量变化问题，增强学生的证据意识，提升科学论证能力，从而引导学生从相互作用和能量的角度认识碰撞的特征，为深入学习和研究后续学习打好基础。通过拓展学生的视野，从动量守恒定律的普适性来认识自然界的统一性。核心概念：动量和动量变化量，冲量和动量定理，动量守恒定律，弹性碰撞和非弹性碰撞内容结构：1/12呈现方式：第一节“动量”：（安排1课时）上课伊始，演示一个利用大乳胶球的男生对碰实验，并同时抛出一个问题：“分别用充气后和放气后的大乳胶球，以等大速度的水平快速投向你，那种接起来比较困难呢？”采取这种方式引入本章教学，也是提升学生对本节课知识探究的激发和引导。然后由学生举行生活中这样的例子，启发学生以点概面，形成归类思想和初步的碰撞建模意识。再根据“牛顿摆”演示实验操作，开始新课教学。教学中首先提出“碰撞有什么规律？”的认识，然后通过实验探究，提出了碰撞中的物理量——动量，并对动量进行认识和了解。反映出知识的认知来源以及知识理解和应用，体现学科思维能力的培养教育目标。第二节“动量定理”：（安排1课时）在第一节知识学习的基础上，强化能力认识，所以本节课开始通过让学生起立后小幅度起跳，通过双膝弯曲着地和双膝竖直着地，感受脚面所受地面支持力的大小，并通过建模思想，构建一维碰撞的条件，由学生来推导“Ft=mv2mv1”表达式，结合所学知识进行分析，顺利成章提出冲量的概念，并认识和了解动量的变化量，通过学生的积极参与和认知发展，提出动量定理。在随后的教学中，再次让学生回归新课引入的学生活动：为什么两次着地的受理不同分析，结合生活举行更多的例子，并能够根据定理进行数据分析和计算，提升学生的逻辑推理和数据运算能力。第三节“动量守恒定律”（安排2课时）：在第二节学习的基础上，通过“创设情境发现问题”环节中凸显问题意识和模型建构的思维培养，将研究对象由单一物体上升到系统分析认知能力，再通过“构建模型理论推理”环节，结合学过的动量定理应用，推导系统内的动量守恒2/12定律，重视学生逻辑思维的培养过程，体现学习中的重点突破，再由“总结定律分析解释”教学环节根据物体的受力情况分析，得出动量守恒定律的条件，这对于发展学生的运动与相互作用观念和科学思维至关重要。本节课强调理论推导和实验的统一，要求学生不但能用所学的牛顿运动定律和动量定理推导得出动量守恒定律，还要通过实验进行探究或验证，对物体相互作用过程中系统的动量守恒加深理解。在此过程中，学生通过学习物理学研究问题的基本思路和方法，发展科学推理能力和科学论证能力，促进对物理知识的进一步关联整合，同时深化对“系统”的认识。让学生在不同情境中应用动量守恒定律解释现象，分析和解决问题。动量守恒定律虽然可以通过牛顿运动定律和运动学公式推导得出，但是物理学的研究表明，动量守恒定律比牛顿运动定律的适用性更广，对研究宏观物体和微观粒子都适用。第四节“实验：验证动量守恒定律”（安排2课时）：在理论推导得到动量守恒定律后，设计实验去验证，采用理论+实验结合的方式得到普遍规律。实验思路为：验证动量守恒定律，因此需要建立动量守恒定律的实验情境：如气垫导轨+光电门实验、平抛仪实验，从易操作、简单的模型入手：利用平抛仪实验开始验证；提出问题：想要验证动量守恒定律，需要测量哪些物理量？如何测量这些物理量？利用这两个问题完成实验设计和数据处理模块，根据实验设计和实验装置分析误差所在，最后根据实验结果得到实验结论。第五节“弹性碰撞和非弹性碰撞”（安排1课时）：经过前面四节的学习，学生已经从实验到理论，再从理论到实验，对碰撞中的动量守恒有了较为清晰的认识，所以本节课的引入继续以“牛顿摆”的生活实例进行问题展现：“在各种碰撞中能量又是如何变化的”，将动量和能量实现自然结合，彰显大单元教学的延续性。再通过学生回顾验证动量守恒定律的实验中，探究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒的两种情况：滑块碰撞后分开和滑块碰撞后粘连，结合实验数据分析引导学生对比两种情况的区别，并研究小车碰撞前后的动能变化，总结得出碰撞的种类弹性碰撞和非弹性碰撞。再结合课件和学生的理论推导弹性碰撞和非弹性碰撞进行规律分析，结合实例进行探究，提高学生的科学推导能力和综合应用能力。第六节“反冲现象火箭”（安排1课时）：本节课是源于前五节知识和规律认知后实际应用，体现“物理源于生活，用于社会”的学科特点，所以本节知识结构相对简单，但彰显的知识巩固和知识的实际运用尤为重要，特别是对动量守恒定律知识的复习应用。在教学中结合农田、园林喷灌和水上极限运动现象分析，引导学生对反冲现象的学习，提升学生从实际问题中提炼出物理模型的能力，并结合动量守恒定律对常见的反冲现象做出解释，再介绍火箭的飞行原理，在此基础上定量分析火箭的速度，进一步掌握反冲现象在生活中的应用。最后阅读“科学漫步”，3/12既对火箭知识进行了拓展，又进一步介绍我国在航天事业中的成就，有利于激发学生的爱国热情。从上述对本章每节的内容分析过程会发现本章知识安排具有很强的逻辑性，在介绍完动量知识后，顺理开始研究动量的变化及变化原因，由此得出冲量和动量定理，这样的过程安排一是体现学生的认知规律和思维养成，在物理知识学习的同时重视学习者的学习能力培养；二是可以将“冲量是动量转化的量度”这个思路显性化，让学生对该思想以及运动与相互作用观念有更清晰的认知。本章最后一部分内容设置了守恒的初步思想，从前两节对碰撞知识的认识中，学生已经可以直接感受到运动过程中动量在相互转化，动量守恒定律也是将该过程显性化，更加清晰地认识到某些运动中会存在一些量是守恒的。单元教学流程：育人价值：通过本章的学习，不仅为解决力学问题开辟了新的途径，学生对自然的认识也将更加深入。在解决问题时让同学体会到科学概念的力量在于它具有解释和概括一大类自然现象的能力。在这方面能量概念的作用十分突出，科学规律能够把握物体运动的本质，特别守恒思想的学习，让学生在观念上认识到，自然是有规律可循的。3.主题学情分析本单元中的大多数概念，学生在必修第一册和第二册学习已经有了运动与相互作用观念和能量观念，而这些概念的掌握和理解情况直接关系着教学的起点和教学策略的选择。就相关知识对学生进行了调查研究，分析发现学生在学习相关概念时容易产生许多误区。学生对碰撞有认识，但是缺少理论分析和规律养成，并且一些学生把力和能量混淆在一起，这对本章的学习有很大的障碍。调研还发现，学生对守恒思想认识不准确、系统认识不明确、规律认识不清晰，不能准确区分系统“内”和“外”；不能准确理解碰撞的瞬间作用。动量守恒定律这部分内容有一定的综合性，它会涉及到学生之前学习运动与相互作用和能量等知识，比如受力分析、运动过程分析、4/12动能计算、机械能变化等。同时这部分内容也具有一定的抽象性，尤其是动量、冲量概念的理解，对学生的抽象思维提出了较高的要求，从而使学生在学习动量守恒定律部分内容时可能会感觉到一定的困难。单元学习目标4.1物理观念层面通过学习，使学生能够形成以下观念本章动量及其守恒定律都是围绕形成运动与相互作用观念的线索来设计的。该内容也是学生形成运动与相互作用观念的基础。教科书帮助学生形成这一物理观念的作法主要体现在章结构的设计上，从上述教科书编写的逻辑线索所反映的章结构特点，可以使学生有效地运用“动量”的概念认识“相互作用”。具体体现为：（1）理解动量、冲量的概念及其矢量性，理解动量的变化，并要求学会动量变化量的求解。（2）能在一维情况下，两物体的相互作用情境中由牛顿定律及运动学公式推导动量定理和动量守恒定律。（3）理解并掌握定内容及定律成立条件，并通过实验用不同的方法探究碰童中的动量守恒。（4）通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞，了解正碰(对心碰撞)，能结合动量守恒定律对反冲现象做出解释，培养学生的运动与相互作用观和能量观。要帮助学生形成上述观念，下面的“科学思维”层面的目标是具有支撑作用的。4.2科学思维层面在中学物理教学中，如何引入动量的概念是需要研究的一个问题。本章在处理这个问题上，关注的不仅仅是它的定义，而是更关注引导学生在“寻求碰撞中的不变量”标题下的实验设计，深化动量概念的形成过程。同时教科书以动量概念的建立过程为例，通过“科学方法”栏目，给出了“抽象与概括”的科学方法问题．任何科学概念的形成、规律的建立都不会是简单拼凑得出的，它需要严格的科学归纳、推理和论证等过程。具体体现为：（1）能从引导探索的形式理解动量的概念和意义，通过理论推导掌握动量定理和动量守恒定律，培养学生思考分析能力，能熟练运用知识解释现象和解决问题。（2）能有实验研究问题的设计能力，科学的对各物理量进行测量和分析，达到验证动量守恒定律的目的。（3）通过实例分析，会应用动量、能量的观点解决一维碰撞问题。（4）培养学生物理建模的思维，学会从多角度分析物理问题，培养学生科学严谨的逻辑思维，5/12进一步提高学生运用动量守恒定律分析和解决实际问题的能力。在学生学习思维能力养成的同时，更要注重学生学习认知层面，所以“科学探究”起到至关重要的作用。4.3科学探究层面科学探究素养的培养要做到不失时机。本章教科书虽然没有冠以“探究”字样的探究性实验呈现，但是科学探究思想的渗透是贯穿整章设计的。从整体的设计思路，可以反映教科书是如何引导学生经历科学探究过程，完成动量守恒定律的学习的。具体体现为：（1）通过对寻找碰撞前后守恒量的探究过程，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中的应用。（2）通过实例分析，能够利用动量定理解释缓冲、碰撞等有关现象和解决实际问题。（3）通过对动量概念及动量守恒定律的学习，了解归纳与演绎两种思维方法的应用，经过思考和动手操作，经历实验探究过程发现规律。重视实验中要注重各物理量之间的相互关系，加深对物体相互作用过程中系统动量守恒的理解。（4）通过学生分组探究碰撞现象的特点，应用动量守恒定律和机械能守恒定律去解决典型的碰撞问题，推导两个小球在弹性碰撞后的速度表达式。并能运用所学知识进行科学解释。在自然科学学习的过程中，注重学习的关键知识培养的同时，也要发展学生的必备品格，所以在“科学态度和责任”上作如下设计。4.4科学态度和责任层面本章教科书的设计，力求学生能运用动量守恒定律解释生产生活中的有关现象，加深对科学本质的认识，增强社会责任感。例如，“STSE”栏目中的“汽车碰撞试验”“科学漫步”栏目中的“历史上关于运动量度的争论”以及第5、6节内容的设计，集中反映科学态度与责任的核心素养培养。具体体现为：（1）有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。（2）通过对动量定理和动量守恒定律的应用，提高学生用科学的眼光去看待问题的态度，养成自主构建知识体系的意识，培养实事求是严谨分析的科学态度。（3）通过理解弹性碰撞与非弹性碰撞的概念及特点，并能应用两个定律解决与生产生活相关的实际问题，结合我国古代对于火箭的发明和我国的现代火箭技术已跨入世界先进先烈，激发学生热爱社会主义的情感。开放性学习环境6/12（1）教学上采用PPT课件、视频资源、投影仪、研究斜槽末端小球碰撞验证动量守恒定律平抛仪等教学资源，同时还使用牛顿摆、滑块、滑板、气垫导轨、光电门、数字计时器、天平、游标卡尺、斜槽、小球、天平、复写纸、白纸、气球等实验器材供学生合作学习解决实际问题。（2）学生分组，每组6人，为方便交流，座椅摆放使学生能面对面交流。6.挑战性学习活动：（1）动量定理体验性生活：①让学生起立后小幅度起跳，通过双膝弯曲着地和双膝竖直着地，感受脚面所受地面支持力的大小；②让学生抱一个橡胶球跑向墙壁，感受橡皮球的弹力大小，由此激发学生的求知欲和探究意识。（2）通过真实情境让学生建立模型，然后利用利用受力分析和运动学知识进行演绎推理，让学生独立推出不同受力情况下冲量和动量变化的关系。（3）通过常见的牛顿摆做实验，让学生根据深度学习提出的活动与体验和联想与结构等特征，让学生提出猜想，并结合每节实际进行设计实验，体现操作实验的主线。也由此配偶已学生建构模型的能力，发展科学思维的物理核心素养，提升观察能力和深入分析问题的能力。7/12（4）为了验证动量守恒定律，引导学生设计实验方案，通过探究过程提，高学生制定计划的能力潜，移默化中使学生学会从原理、器材、信息处理等各方面形成探究计划。培养学生科学探究的能力。（5）为了对反冲现象的直接认识，采取气球放气时的不同运动方向动手实验，进而引导学生认识不同方向的原因分析，促进学生的分析推理能力的培养，促进学生物理学科探究思维的养成。7.反思性教学改进（1）由于本次团体赛涉及的教师在不同县区的学校，教学研讨条件受限，有些活动不能保持一致，争取在同一校区内执行前后一致的教学方案。（2）本次动量守恒定律验证实验的气垫导轨操作还需要进一步改进，涉及的影响因素过多，测量中存在较大误差，建议能够有成品的实验装置，以此提升减小实验误差，提高实验成效。（3）每节课的习题评价缺乏针对性，建议增加过程性评价方案和具体操作方法。8.单元作业/测试（不同学业质量水平）：动量守恒定律学业质量水平测试卷一、单选题（本大题共8小题，共32.0分）1．火箭利用喷出的气体进行加速，是利用了高速气体的哪种作用（ ）A．产生的浮力 B．向外的喷力 C．反冲作用 D．热作用（学业质量水平1）如图所示，竖直墙壁两侧固定着两轻质弹簧，水平面光滑，一弹性小球在两弹簧间往复运动，把小球和弹簧视为一个系统，则小球在运动过程中（）A．系统的动量守恒，动能守恒B．系统的动量守恒，机械能守恒C．系统的动量不守恒，机械能守恒D．系统的动量不守恒，动能守恒（学业质量水平1）3.如图所示，两辆质量相同的小车置于光滑的水平面上，有一个人静止站在A车上，两车静止，若这个人自A车跳到B车上，接着又跳回A车，静止于A车上，则A车的速率()A．等于零 B．小于B车的速率C．大于B车的速率 D．等于B车的速率（学业质量水平1）4．如图所示，木块A和B质量均为2kg，置于光滑水平面上，B与一轻质弹簧一端相连，弹簧8/12另一端固定在竖直挡板上，当A以4m/s的速度向B撞击时，由于有橡皮泥而粘在一起运动，那么弹簧被压缩到最短时，具有的弹性势能大小为()A．4J B．8J C．16J D．32J（学业质量水平3）5．如图所示，光滑倾斜滑道OM与粗糙水平滑道MN平滑连接。质量为1kg的滑块从O点由静止滑下，在N点与缓冲墙发生碰撞，反弹后在距墙1m的P点停下。已知O点比M点高1.25m，滑道MN长4m，滑块与滑道MN的动摩擦因数为0.2，重力加速度大小g取10m/s2，不计空气阻力。下列说法正确的是（ ）A．滑块运动到M点的速度大小为6m/s B．滑块运动到N点的速度大小为4m/sC．缓冲墙对滑块的冲量大小为10N·sD．缓冲墙对滑块做的功为－2.5J（学业质量水平2）6．一物块静止在光滑水平面上，t=0时刻起在水平力F的作用下开始运动，F随时间按正弦规律变化如图所示，则下列选项中错误的是（）A．在0~1.5s时间内，第1s末物块的动量最大B．第2.0s末，物块回到出发点C．在0~1.0s时间内，F的功率先增大后减小D．在0.5s~1.5s时间内，F的冲量为0（学业质量水平4）7．高速水流切割是一种高科技工艺加工技术，为完成飞机制造中的高难度加工特制了一台高速水流切割机器人，该机器人的喷嘴横截面积为10－7m2，喷嘴射出的水流速度为103m/s，水的密度为1×103kg/m3，设水流射到工件上后速度立即变为零。则该高速水流在工件上产生的压力大小为()A．100NB．1000NC．10ND．1N（学业质量水平4）8．水平面上有质量相等的a、b两个物体，水平推力F1、F2分别作用在a、b上，一段时间后搬去推力，物体继续运动一段距离后停下，两物体的v−t图像如图所示，图中AB//CD，则整个过程中（ ）A．F1的冲量等于F2的冲量B．F1的冲量大于F2的冲量C．摩擦力对a物体的冲量等于摩擦力对b物体的冲量D．合外力对a物体的冲量等于合外力对b物体的冲量（学业质量水平4）二、多选题（本大题共4小题，共16.0分）9．下列关于“探究碰撞中的不变量”实验叙述中正确的是（ ）A．实验中探究不变量的对象是相互碰撞的两个物体组成的系统B．实验对象在碰撞过程中存在内部相互作用的力，但外界对实验对象的合力为零9/12C．物体的碰撞过程，就是机械能的传递过程，可见，碰撞过程中的不变量就是机械能D．利用气垫导轨探究碰撞中的不变量，导轨必须保持水平状态E．两个物体碰撞前要沿同一直线，碰撞后可不沿同一直线运动（学业质量水平4）10．如图所示，质量m2=2kg的物体静止在光滑水平面上，质量m1=1kg的物体以v1=6m/s的初速度与m2发生碰撞，以v1的方向为正方向，则碰撞后两物体的速度不可能是（ ）A．v1¢=1m/sv2¢=3m/sB．v1¢=6m/sv2¢=6m/sC．v1¢=3m/sv2¢=1.5m/sD．v1¢=2m/sv2¢=2m/s（学业质量水平3）111．质量为M的带有4光滑圆弧轨道的小车静止置于光滑水平面上，如图所示，一质量也为M的小球以速度v0水平冲上小车，到达某一高度后，小球又返回小车的左端，重力加速度为g，则（）A．小球以后将向左做平抛运动B．小球将做自由落体运动1D．小球在圆弧轨道上上升的最大高度为v02g（学业质量水平5）12.如图所示，质量M=3kg的滑块套在水平固定着的轨道上并可在轨道上无摩擦滑动。质量为m=2kg的小球（视为质点）通过长L=0.75m的轻杆与滑块上的光滑轴O连接，开始时滑块静止，轻杆处于水平状态。现给小球一个v0=3m/s的竖直向下的初速度，取g=10m/s2。则（）A．小球m从初始位置到第一次到达最低点的过程中，滑块M在水平轨道上向右移动了0.3mB．小球m从初始位置到第一次到达最低点的过程中，滑块M在水平轨道上向左移动了0.3mC．小球m相对于初始位置可以上升的最大高度为0.27mD．小球m从初始位置到第一次到达最大高度的过程中，滑块M在水平轨道上向右移动了0.54m（学业质量水平4）三、实验题（本大题共2小题，共18.0分）“寻求碰撞中的不变量”的实验装置如图甲所示。小车A前端贴有橡皮泥，后端连一穿过打点计时器的纸带，接通打点计时器电源后，让小车A以某速度做匀速直线运动，与置于木板上静止的小车B相碰并粘在一起，继续做匀速直线运动。已知打点计时器的电源周期为0.02s。（1）下列说法正确的是___________。（填正确选项前的字母）A．本实验中应尽可能减小摩擦B．实验时先推动小车A，再接通打点计时器电源10/12（2）若获得的纸带如图乙所示，从a点开始，每5个点取一个计数点，其中a、b、c、d、e都为计数点，并测得相邻计数点间距分别为ab=20.3cm、bc=36.2cm、cd=25.1cm、de=20.5cm，已测得小车A（含橡皮泥）的质量mA=0.4kg，小车B（含撞针）的质量mB=0.3kg。由以上测量结果可得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。（结果均保留三位有效数字）（学业质量水平2）14．某同学用如图所示的实验装置验证动量定理，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。实验步骤如下：（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间________时，可认为气垫导轨水平；（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；（4）令滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间Dt1、Dt2及遮光片从A运动到B所用的时间t12；（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，如果将砝码和砝码盘所受重力视为滑块所受拉力，拉力冲量的大小I=________，滑块动量改变量的大小p=________；（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）（6）某次测量得到的一组数据为：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。计算可得I=________N·s，p=____kg·m·s1。（结果均保留3位有效数字）（学业质量水平3）四、计算题（本大题共4小题，共40.0分）15.把一个质量为0.2kg的小球放在高度为5.0m的直杆的顶端。一颗质量为0.01kg的子弹以500m/s的速度沿水平方向击中小球，并穿过球心，小球落地处离杆的距离为20m。g取10m/s2，求子弹落地处离杆的距离。