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動量定理的物理教案設(shè)計
摘要：從說教材、學(xué)情分析、教學(xué)方法、教學(xué)程序四個方面詳細(xì)闡述了動量定理這節(jié)課的地位、作用、重點、難點，分析了學(xué)生的實際知識情況，采用的教學(xué)方法和教學(xué)的三個環(huán)節(jié)。
關(guān)鍵詞：動量定理沖量動量的變化
本節(jié)課的內(nèi)容是全日制普通高級中學(xué)物理第二冊(人教版)第一章第二節(jié)《動量定理》。
一、說教材
1.教材的地位和作用：
本章引入動量這個新概念并結(jié)合牛頓第二定律推導(dǎo)出《動量定理》�！秳恿慷ɡ怼穫�(cè)重于力在時間上的累積效果。為解決力學(xué)問題開辟了新的途徑，尤其是打擊和碰撞的問題。這一章可視為牛頓力學(xué)的進(jìn)一步展開，為力學(xué)的重點章。
《動量定理》為本章第二節(jié)，是第一節(jié)《動量和沖量》的繼續(xù)，同時又為第三節(jié)《動量守恒定律》奠定了基礎(chǔ)。所以《動量定理》有承前啟后的作用。同時《動量定理》的知識與人們的日常生活、生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)研究有著密切的關(guān)系，因此學(xué)習(xí)這部分知識有著廣泛的現(xiàn)實意義。
2.本節(jié)教學(xué)重點：
(1)動量定理的推導(dǎo)和對動量定理的理解;
(2)利用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和一維情況下的定量分析。
3.教學(xué)難點：
動量定理的矢量性，也就是如何正確理解“合”外力的沖量等于物體“動量的變化”。尤其是方向的一致性，即合外力的沖量的方向和動量變化量的方向一致。
4.教學(xué)目標(biāo)：根據(jù)教材、大綱和學(xué)生情況，制定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)有三個方面：
●知識與技能
(1)能從牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式推導(dǎo)出動量定理的表達(dá)式。
(2)理解動量定理的確切含義，知道動量定理適用于變力。
(3)會用動量定理解釋有關(guān)現(xiàn)象和處理有關(guān)的問題。
●過程與方法
(1)通過對動量定理的探究過程，嘗試用科學(xué)探究的方法研究物理問題，認(rèn)識物理模型工具在物理學(xué)的作用。
(2)能夠應(yīng)用動量定理處理一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實際問題，在分析、解決問題的過程中培養(yǎng)交流、合作能力。
●情感態(tài)度與價值觀
(1)有參與科技活動的熱情，有從生活到物理，從物理到生活的意識。
(2)有主動與他人合作的精神，有團(tuán)隊意識。
(3)關(guān)心國內(nèi)、國外科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，有振興中華的使命感與責(zé)任感，有將科學(xué)服務(wù)于人類的意識。
二、學(xué)情分析
高一學(xué)生思維方式要求逐步由形象思維向抽象思維過渡，因此在教學(xué)中需以一些感性認(rèn)識作為依托，加強(qiáng)直觀性和形象性，以便學(xué)生理解。
學(xué)生有根據(jù)加速度來分析力和運(yùn)動的知識準(zhǔn)備，利用2004年1月4日美國航天局的“勇氣號”探測器著陸火星的圖片，創(chuàng)設(shè)問題情景，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生把物理現(xiàn)象自然過渡到新知識點上，從而引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已掌握的基礎(chǔ)知識，通過理論分析和推理判斷來獲得新知識。
撞擊、打擊現(xiàn)象是學(xué)生在生活中比較熟悉的，也是他們?nèi)菀装l(fā)生興趣的現(xiàn)象。充分發(fā)揮圖片、錄像和演示實驗的作用，符合他們好奇、好動、好強(qiáng)的心理特點，調(diào)動他們學(xué)習(xí)的積極性和主動性。
三、教學(xué)方法
應(yīng)用實驗導(dǎo)入法、分組實驗法，啟發(fā)學(xué)生通過自己的思考和討論來探究動量定理。
四、教學(xué)程序
本節(jié)課分為三個環(huán)節(jié)，圖片新聞創(chuàng)設(shè)情景;建立模型共同探究;應(yīng)用動量定理。
第一環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情景
通過圖片新聞的方式，應(yīng)用多媒體展示“勇氣號”探測器成功登陸火星過程的一組圖片，創(chuàng)設(shè)問題情境導(dǎo)入新課，讓同學(xué)們產(chǎn)生感性認(rèn)識。結(jié)合他們的生活經(jīng)驗，大部分同學(xué)會意識到有一系列措施減小撞地速度，安全氣囊的作用是延長作用時間。為了使思路明朗化，提出三個簡單問題：
(1)摩擦降(圖1)、降落傘(圖2)和反向發(fā)動機(jī)(圖3)的作用是什么?
(2)安全氣囊(圖4)的作用是什么?
(3)采取這些措施最終的目的是什么?
通過上述問題，大部分同學(xué)應(yīng)該想到是為了減小撞擊力，還會粗淺地認(rèn)為，對于同一個物體，撞前速度越小，撞擊力越小;撞擊時間越長，撞擊力越小。
通過問題情景的創(chuàng)設(shè)，極大的調(diào)動了學(xué)生的情感注意力和情感體驗力，為師生共同發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探究問題、解決問題打下了基礎(chǔ)。把高科技的情景引入課堂，體現(xiàn)時代性，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理論。
第二環(huán)節(jié)：建立模型
這時候速度、時間、動量、沖量、力等幾個物理量在學(xué)生的頭腦中還需要整合，從感性認(rèn)識進(jìn)一步上升到理性認(rèn)識。師生共同建立物理模型，這個模型為水平面上的物體，在合力F的作用下，經(jīng)過一段時間t，動量由mv0變?yōu)閙vt。引導(dǎo)同學(xué)們根據(jù)所學(xué)到的牛頓運(yùn)動定律的知識，去整理這幾個物理量之間的關(guān)系，探索動量變化跟所受合力的沖量之間的關(guān)系。這與新課程標(biāo)準(zhǔn)中提倡的鼓勵學(xué)生體驗自然規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程，從而建立對自然科學(xué)的認(rèn)識和掌握研究科學(xué)的方法是一致的。
在這個模型的基礎(chǔ)上，通過推導(dǎo)，大部分同學(xué)會得到一個表達(dá)式：
Ft=mvt-mv0或Ft=△P
這時不要急于歸納它的物理意義，而是給出學(xué)生想像和討論的時間，讓同學(xué)們試著解釋它，剛開始可能得到一些不完整的結(jié)論，比如“沖量等于動量之差”或“沖量等于動量相減”，或“沖量引起動量發(fā)生變化”。隨著討論的深入，引導(dǎo)同學(xué)們回憶動量的變化這個概念。在求同存異的過程中，探究出合沖量和動量變化量的關(guān)系，比如數(shù)量關(guān)系，因果關(guān)系會逐漸清晰，但方向關(guān)系還沒有特別明朗化。在同學(xué)們基本理解的基礎(chǔ)上，老師總結(jié)并板書動量定理的內(nèi)容。在師生共同解決問題的學(xué)習(xí)中，通過原有知識的激活，然后再通過順應(yīng)過程重建新知識與原有知識結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，使認(rèn)知發(fā)展從一個平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個更高的發(fā)展平衡狀態(tài)，這一點符合學(xué)生的學(xué)習(xí)建構(gòu)理論。
當(dāng)同學(xué)們基本能運(yùn)用動量定理初步解決恒力的問題時，可引伸到動量定理也適用于隨時間變化的力，比如打擊力或撞擊力，但這個力F應(yīng)取作用時間內(nèi)的平均力。這樣可以開闊學(xué)生的思路，便于他們自覺的運(yùn)用所學(xué)知識來處理問題。
第三環(huán)節(jié)：定性應(yīng)用
為了培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)中從實踐到理論，再用理論來指導(dǎo)實踐的研究方法。鼓勵學(xué)生將學(xué)習(xí)到的物理知識與日常生活、生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)系起來。首先圍繞定理Ft=△P分情況進(jìn)行討論。
首先設(shè)置一個問題：如果把雞蛋從一米高的地方釋放，摔到水泥地上，碎了，采取什么措施可保證雞蛋不摔碎?讓同學(xué)們設(shè)計多種方案，他們會猜測在地上鋪上沙子，或放一盆水，或海綿等一些彈性好的物質(zhì)，接著利用有代表性的彈性好的海綿加以驗證，把同學(xué)們的設(shè)計留成興趣作業(yè)。對那些有創(chuàng)造力的設(shè)計，給予充分的欣賞和肯定。
減小力的作用。繼續(xù)和同學(xué)們一塊分析生活中常見的現(xiàn)象，展示圖片(圖5)，引導(dǎo)同學(xué)自己找出生產(chǎn)、生活中的更多例子。
為了引導(dǎo)學(xué)生全面思考問題，繼續(xù)通過播放錄像創(chuàng)設(shè)了下列的物理情景：鐵錘釘釘子，沖床沖壓鋼板并提出問題。讓同學(xué)們繼續(xù)歸納出共性規(guī)律：作用時間短，作用力大。引導(dǎo)學(xué)生自己找出生產(chǎn)、生活中的更多例子，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，培養(yǎng)他們知識遷移的能力。
通過運(yùn)用對比的方法，對上述兩類問題深入分析，使學(xué)生對動量定理加深了理解。實現(xiàn)了“學(xué)中做”和“做中學(xué)”的結(jié)合。促使學(xué)生從理性認(rèn)識再到感性認(rèn)識，符合認(rèn)識論。
在定性分析的基礎(chǔ)上，再次舉出第一節(jié)的例題，給出這個例題有三個目的：
第一個目的是在上一節(jié)分析碰撞過程中動量變化量的基礎(chǔ)上，這節(jié)課給出撞擊的時間，同學(xué)們可以應(yīng)用動量定理來計算撞擊力的大小。
在師生共同分析的過程中，第二個目的也就基本達(dá)到了，探索出了怎樣應(yīng)用動量定理解題的關(guān)鍵步驟，比如必須首先規(guī)定正方向，求動量的變化，再應(yīng)用動量定理列方程求未知量。
第三個目的：突破難點，也就是動量定理的矢量性，設(shè)計兩個有梯度的問題來降低難度。
例1：質(zhì)量為0.1kg的鋼球，以6m/s的速度水平向右運(yùn)動，碰到一個堅硬的障礙物后被彈回，沿著同一直線以6m/s的速度水平向左運(yùn)動，接觸時間為0.02秒，小球受到的彈力的平均值有多大?
問題(1)：物體動量變化量是什么方向?
問題(2)：聯(lián)系你學(xué)過的彈力產(chǎn)生的條件，從形變的角度分析彈力的方向，合力沖量的方向應(yīng)該是什么方向?
通過這樣的比較，同學(xué)們將發(fā)現(xiàn)：合力沖量的方向與動量變化量的方向相同，使動量定理的矢量性這個難點具體化和逐漸明朗化。
為了進(jìn)一步突出重點和突破難點，繼續(xù)研究第一節(jié)中“思考與討論”題。
思考與討論：
例2：一個質(zhì)量為0.2kg的鋼球，以2m/s的速度斜射到堅硬的大理石板上，入射的角度為45°，碰撞后被斜著彈出，彈出的角度也是45°，速度仍為2m/s。
問題：除了能應(yīng)用平行四邊形分析撞擊過程中的動量的變化的方向，能否根據(jù)動量定理來分析小球動量的變化?
有上節(jié)課的基礎(chǔ)，根據(jù)平行四邊形定則，能夠判斷動量變化的方向垂直于接觸面;根據(jù)彈力方向的判斷，合沖量的方向也在這個方向上。為了使問題形象化，準(zhǔn)備了一個小動畫，以顯示撞擊的過程中小球的形變，以明確小球受到的彈力的方向，進(jìn)而顯示合沖量的方向。以此深入地體會動量定理的表達(dá)式是一個矢量式。整個過程以學(xué)生為主體，避免了老師的“一言堂”，做到了“老師搭臺，學(xué)生唱戲”，在課堂上增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的氛圍。
神州5號的成功發(fā)射和回收，是中國航天技術(shù)的又一個里程碑。通過錄像和圖片，讓同學(xué)們圍繞動量定理，來分析神州五號如何采取一系列措施實現(xiàn)軟著陸的。當(dāng)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)自己能夠用新知識解決如此驚天動地的偉大創(chuàng)舉時，必然熱血沸騰，激發(fā)他們的愛國熱情，樹立正確的科學(xué)觀，培養(yǎng)他們振興中華，將科學(xué)服務(wù)于人類的使命感和責(zé)任感。
至此，這一節(jié)課的學(xué)習(xí)基本結(jié)束，老師根據(jù)板書小結(jié)本節(jié)課的重點-動量定理的內(nèi)容，留作業(yè)：
1.P123.3，4。
2.科技小論文：圍繞2003年4月7日世界衛(wèi)生日的主題“道路安全”觀察在汽車和摩托車等交通工具中，都有什么樣的安全措施，應(yīng)用你學(xué)習(xí)的知識，尤其是動量定理加以分析。實現(xiàn)從物理到生活，從理論到實踐。
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