1　能量量子化教案设计

《能量量子化》教学设计

镇原县屯字中学 张卫平

一、教学内容

《人教版选修3-5》第16章第2节——“动量和动量定理”。

二、教材分析

（一）教材地位

《人教版选修3-5》第16章第2节（动量和动量定理）中的动量定理，是物理学的核心内容之一。动量定理尽管是根据牛顿第二定律推导出来的，但动量定理的适用范围比牛顿第二定律要广。更重要的是，动量定理将过程量（冲量）与两个简单的状态量（动量）的差（动量的变化）有机地联系在一起，应用起来比牛顿第二定律更方便。因此，本节课既是本章的核心内容，也是高中物理的重点内容。

（二）新课标要求

1、知识与技能：

（1）理解动量和冲量的概念。

（2）理解动量定理的确切含义和表达式，知道动量定理的适用性、矢量性。

（3）会用动量定理解释有关物理现象，会用动量定理解决实际问题（限一维情况）。

2、过程与方法：

（1）通过动量定理的推导过程，培养学生的理论探究能力。

（2）通过阅读课文、科学猜想、讨论交流、理论探究和实验探究，使学生体会自主学习、合作学习的方法。

（3）通过对人类认识动量是矢量的历史过程的学习，使学生体会物理学的研究方法。

3、情感、态度与价值观：

（1）通过对人类认识动量是矢量的历史过程的学习，激励学生刻苦学习，勇于探索。

（2）通过实验演示、科学猜想、理论探究和实验探究，激发学生的学习的兴趣和创新欲望。

（3）运用所学知识解释常见现象，解决问题，使学生体味成功的喜悦。

（三）教学重点和难点

1、重点：

（1）动量定理的物理意义。

（2）应用动量定理解释有关物理现象和解决实际问题。

2、难点：运用动量定理解题（一维问题）的方法。

（四）教法和学法：

1、教法：采取综合教学法，如问题激励法、实验演示法、讲授法、练习法、启发式等。

2、学法：自主学习、合作学习、理论探究和实验探究等。

（五）课时安排：1课时。

三．学情分析

高二学生经过高一到现在将近两年的物理学习，已初步掌握了物理的基础知识和基本原理，也具备了一定的分析问题和解决物理问题的能力，特别是经过第16章第1节（实验：探究碰撞中的不变量）的学习，为本节课的学习做好了铺垫和准备，因此，大多数学生能够独立进行推理、分析和判断。但由于动量定理具有矢量性，所以对学生的学习、理解和应用会带来一定的障碍。

四．教学思路

依据教材的地位和基本学情，按照“从生活走向物理，从物理学走向社会。“突出物理知识与学生生活的联系，突出物理知识在技术、社会领域的应用，突出物理知识形成和应用过程中的科学方法”的要求，本节课将从学生实际生活的实例出发，通过学生自主学习、实验演示、科学猜想、理论探究、实验探究、理论联系实际解决生活中的问题等环节，极大地调动学生的积极性和主动性，将学生的兴趣转化为学习的内驱力。

在教学过程中，将采取以问题为主线，营造宽松、自主的课堂氛围。对新概念除了让学生“知其然”，更让学生“知其所以然”。同时，给学生尽可能多的时间和空间，创造尽可能多的机会让学生思考、探究和交流，使学生学会自主学习、合作学习。

在教学过程中，将充分发挥实物投影和多媒体等教学设备的功能，为学生提供趣味性和启发性的学习情境。

五．教学过程设计

（一）引入新课

1，课题引入：

教师：让学生观察课件上图片，这些生活中的现象大家能否做出合理而又科学的解释？带着这个疑问我们共同学习今天的课-----16.2动量和动量定理

2.动量引入：

教师：同学们思考一下两个问题

（1）.在足球比赛中，我们经常看到足球运动员头球破门的精彩瞬间，若以同样的速度飞来的铅球，运动员能用头接吗？为什么？

（2）用锤使劲压钉子，就很难把钉子压入木块中去，如果用锤子以快速敲钉子，钉子就很容易钻入木块，这是为什么? 学生：（1），铅球质量大对头的作用力越大

（2）速度越大对物体的作用力越大

教师：以上两个问题说明物体运动产生的力学效果既与质量有关，有与速度有关，物理学上为了表示运动物体动力学特征引入一个新的物理量—动量。请同学们带着以下思考题阅读教材1—6段。

（二）进行新课

（多媒体显示）思考题）

（1）动量的定义是什么？

（2）动量的国际单位制中的单位是什么？

（3）动量是状态量还是过程量？

（4）动量的特点是什么？

（5）阅读了人类探究动量方向的历史后有何感想？

（6）动量的改变△P=P′-P是矢量还是标量？

（学生阅读课文，教师板书）

教师：适时引导学生，以师生问答的方式完成上述“思考题”中的①②③④，并通过多媒体显示正确答案。

教师：通过设置问题完成“思考题”⑤——人类对动量的是矢量的认识，经历了一个漫长的历史过程，同学们阅读课文后有哪些感想？

学生一：……

学生二：……

……

教师：进行情感、态度、价值观教育——这几名同学谈得很好，老师认为课文对我们有三点重要启示：

第一，科学研究是在黑暗中摸索、曲折中行进的过程，必须付出艰辛的劳动

第二，任何科学成绩都是在前人努力的基础上取得的，因此大科学家牛顿曾说“我之所以比别人看的远，是因为我站在巨人的肩膀上”。

第三，要敢于质疑，不迷信权威，在今后的工作学习生活中勇于探索、大胆创新。

教师：以“动量P是矢量，那么动量的改变△P=P′－P是不是矢量”入手，完成“思考题”⑥，并通过多媒体显示正确答案。显示正确答案后，介绍矢量的运算法则（平行四边形法则）和在同一直线上的矢量的简化处理方法，并通过例题的解析，使学生得到巩固和提高，并为后续课程的学习打好基础。

（多媒体显示例题及解析过程）

例题：一个质量为0.1kg的钢球，以6m/s的速度水平向右运动，碰到坚硬的墙壁后弹回，沿着同一直线以6m/s的速度水平向左运动（如图所示）。碰撞前后钢球的动量变化了多少？

解析：取水平向右为正方向，设碰撞前后钢球的动量分别为P、P′，则：碰撞前钢球的动量为

P=mv=0.1*6kg=0.6kg.m/s 碰撞后钢球动量为

P=-0.1*6kg.m/s=-0.6kg.m/s 碰撞前后钢球的动量变化为

Δp=-0.6kg.m/s -0.6kg.m/s=-1.2kg.m/s 负号表示△P 的方向与正方向相反，即碰撞前后钢球动量改变的大小为1.2kg·m/s, 方向水平向左。

教师：下面我们来看一个与动量变化有关的实验。

多媒体模拟实验现象：鸡蛋从同一高度落地 ,让两个鸡蛋从瓷砖和厚海绵垫上方相同高度处同时自由下落。

实验现象：落在瓷砖上的鸡蛋被撞碎，而落在厚海绵垫上的鸡蛋完好无损, 教师：鸡蛋是从同一高度开始自由下落，但我们看到的现象却不同。请同学们猜想一下，产生这种现象的可能原因是什么？

学生：进行猜想并交流。 教师：将学生的各种猜想写在黑板的右上角后. 引导学生分析：一个鸡蛋破碎而另一个鸡蛋完好说明，鸡蛋受到瓷砖和厚海绵垫对它的力不同。鸡蛋与瓷砖或厚海绵垫作用前后的动量变化△P相同，动量变化所用的时间△t不同，但作用力F却不同。看来，F、△P和△t之间会有一定的关联关系，请同学们应用牛顿第二定律F=ma以及匀变速直线运动的公式进行理论探究。

（多媒体显示理论探究题目）

假设一个质量为m物体在恒定的合外力作用下，做匀变速直线运动，在t时刻初速度为v，在t′时刻的末速度为v′，试推导合外力的表达式。

学生：分组进行理论探究。

教师：巡回指导。学生理论探究完成后，用实物投影仪显示任意两名同学的探究结果，叫一名同学对这两名同学的探究结果进行评价。然后老师进行评价、总结，并用多媒体显示正确、规范的结果。

（多媒体显示）

由牛顿第二定律得:F=ma 又物体的加速度

a

所以物体的合力F=ma=m

=

=

由于Δp=p

-p Δt=t

-t

Δ

Δ

所以；F= (1) Δ

教师：可见F、△P和△t间的关系是F= Δ

（多媒体显示）

思考讨论：公式的物理意义是什么？

那么公式的物理意义是什么？

学生：上式表示，物体所受合外力等于物体动量的变化率。

教师：对学生的回答进行评价，指出“这就是牛顿第二定律的另一种形式”，同时多媒体显示相关内容。

教师：由F= Δ

Δ

变形得到Ft=p后，引导学生分析、同时多媒体显示公式两边各量的物理意义，进而引入冲量的概念——Ft=p的左边是物体从t时刻到t′时刻动量的变化量，右边是物体所受合外力与这段时间的乘积。公式Ft=p表明，物体动量的变化量，不仅与力的大小和方向有关，还与作用时间的长短有关。力越大、作用时间越长，物体动量的变化量就越大。Ft这个量反映了力对时间的积累效应，物理学中把力与作用时间的乘积叫做力的冲量，记为I

（教师讲解冲量并板书）

2.冲量（I）

（1）定义：力与作用时间的乘积。

（2）表达式：I=Ft（3）单位：N·s （4）特点：

①冲量是矢量。对于恒力，冲量的方向就是力的方向。

②冲量是过程量。

教师：有了冲量的概念后，公式Ft=mv'-mv就可以简化为I=△P，哪位同学说说该式的物理意义？

学生：I=△P表明，物体动量的变化量等于物体所受合外力的冲量。

教师：回答的很好！这就是这节课要学习的动量定理。

（师生采用问答的方式完成动量定理的教学，同时进行板书）

3．动量定理

（1）内容：物体动量的变化量等于物体所受合外力的冲量。

（2）表达式1Ft=mv'-mv 或(Ft=p)

（3）理解：

①因果关系：冲量是动量改变的原因。

②矢量性：(Ft=p)是矢量式，△P与F方向相同。

③适用性：恒力或变力作用过程；直线运动或曲线运动过程；单个物体或几个物体组成的系统；宏观物体或微观粒子作用过程；低速运动或高速运动问题。

即：动量定理比牛顿第二定律适用范围广，使用方便。

④当△P一定时，△t越大F越小，△t越小F越大；

当F一定时， △t越大△P越大，△t越小△P越小。

当△t一定时，△P越大F越大，△P越小F越小。

教师：运用动量定理解释模拟实验，评价学生对实验现象的猜想——老师先以鸡蛋与瓷砖或厚海绵垫撞击过程为例，应用动量定理推导出瓷砖或厚海绵对鸡蛋的作用力的表达式分析鸡蛋破与不破的原因，然后运用多媒体进行动画模拟，再对学生的猜想进行评价。

教师：动量定理在日常生活中有哪些应用？

学生一：……

学生二：……

学生三：……

……

教师：同学们回答的很好！动量定理在日常生活中的应用是很广泛的，除了同学们列举的那些应用外，还有以下常见的应用。

（多媒体显示图片，教师进行解释）

水果的包装袋、电子产品包装用的泡沫塑料、瓷器包装用绸缎、鸡蛋装筐时垫的草；运动鞋底上的气垫；汽车的安全气囊；拳击运动员的手套、头盔；摩托车的减震弹簧等。

教师：总结人们在生活中应用动量定理的思想方法——在△P一定的情况下，往往通过减小△t 以获得到较大的力F，通过增大△t以获得到较小的力F；在△t一定的情况下，往往通过增大△P以获得到较大的力F，通过减小△P以获得到较小的F。下面请同学们再看一个演示实验。

演示实验二：细绳被钩码拉断。

步骤一：把细绳的一端固定在铁架台上，细绳的另一端系200g的钩码，使钩码在最低点静止不动。

步骤二：用手将钩码拿起，使其从适当的高度自由下落。

③实验现象：细绳被钩码拉断。

④实验探究题：

怎样才能使细绳不被拉断。

学生讨论，然后提问学生让学生说出方法

学生一，……

学生二，……

教师进行动画模拟。

（三）动量定理运用

教材例题：

一个质量为0.18kg的垒球，以25m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后，反向水平飞回，速度的大小为45m/s。若球棒与垒球的作用时间为0.01s，球棒对垒球的平均作用力有多大？

分析：球棒对垒球的作用力是变力，力的作用时间很短，在这个短时间内，力先是急剧地增大，然后又急剧地减小为零。平均作用力远大于垒球的重力，重力可忽略，则用球棒对垒球的作用力代替合力应用动量定理计算。

解：取垒球飞来的方向为正方向，垒球的初动量为：

P=mv=0.18×25kg.m/s=45 kg·m/s

垒球的末动量为：

P′=mv’=-0.18×45 kg·m/s =-8.1kg·m/s

由动量定理知垒球所受的平均作用力为：F=

（P’--P）/t’-t=-1260N

垒球受平均作用力的大小为1260N，负号表示力的方向与设定的正方向相反，力的方向与垒球飞来的方向相反。

（四）课堂小结：

(课件展示) （五）达标训练 1.关于动量的变化，下列说法正确的是(ABD) A．做直线运动的物体速度增大时，动量的增量Δp的方向与运动方向相同

B．做直线运动的物体速度减小时，动量的增量Δp的方向与运动方向相反

C．物体的速度大小不变时，动量的增量Δp为零

D．物体做曲线运动时，动量的增量一定不为零

2.运动员向球踢了一脚，踢球时的力F＝100N，球在地面上滚动了t＝10s停下来，则运动员对球的冲量为(D) A．1000N·s

B．500N·s C．零

D．无法确定 3.古时有“守株待兔”的寓言，设兔子的头部受到大小等于自身体重的打击力时即可致死。若兔子与树桩发生碰撞，作用时间为0.2s，则被撞死的兔子的奔跑的速度可能是(CD) A．1m/s B．1.5m/s C．2m/s D．2.5m/s 4从高处跳到低处时，为了安全，一般都要屈腿，这样做是为了(C) A．减小冲量

B．减小动量的变化量

C．增大与地面的冲击时间，从而减小冲力

D．增大人对地面的压强，起到安全作用用

5质量 0．5kg的铁锤把钉子钉进木头里，打击时铁锤的速度v＝4.0m/s，如果打击后铁锤的速度变为0，打击的作用时间是0.01s，那么：

(1)不计铁锤受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力是多大？

(2)考虑铁锤受的重力，铁锤钉钉子的平均作用力又是多大？(g取10m/s)

六.作业：

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书面作业：“问题与练习”3、4、6题

课外作业：1．网上搜寻动量定理在工业农业国防上的应用

2．解释实验现象（教师演示）：把一纸条放在桌面上，将胶水瓶放在纸条上，当快速抽出纸条时胶水瓶几乎不动；当缓慢抽出纸条时胶水瓶明显移动。

六．板书设计

16．2动量和动量定理

1.动量（P）

（1）定义：质量与速度的乘积。

（2）定义式：P=mv

（3）单位：kg·m/s。

（4）特点：

①

P是状态量。

②

P是矢量，方向与v的方向相同。

2.冲量（I）

（1）定义：力与作用时间的乘积。

（2）定义式：I=Ft（3）单位：N·（4）特点：

①

冲量是矢量。对于恒力，冲量的方向就是力的方向。

②

冲量是状态量。

3．动量定理

（1）内容：物体动量的变化量等于物体所受合外力的冲量。

（2）表达式：F(t’--t)=mv'-mv

或(Ft=p)（3）理解：

①适用性：恒力作用、变力作用；直线运动、曲线运动；单个物体、系统；宏观物体、微观粒子。

②矢量性：Ft=p是矢量式，△P与F方向相同。

③因果关系：冲量是动量改变的原因。

④当△P一定时，△t越大F越小，△t越小F越大；

当F一定时，

△t越大△P越大，△t越小△P越小。

当△t一定时，△P越大F越大，△P越小F越小。

七．课后反思

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