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動(dòng)量定理的物理教案設(shè)計(jì)
摘要：從說教材、學(xué)情分析、教學(xué)方法、教學(xué)程序四個(gè)方面詳細(xì)闡述了動(dòng)量定理這節(jié)課的地位、作用、重點(diǎn)、難點(diǎn)，分析了學(xué)生的實(shí)際知識(shí)情況，采用的教學(xué)方法和教學(xué)的三個(gè)環(huán)節(jié)。
關(guān)鍵詞：動(dòng)量定理沖量動(dòng)量的變化
本節(jié)課的內(nèi)容是全日制普通高級(jí)中學(xué)物理第二冊(cè)(人教版)第一章第二節(jié)《動(dòng)量定理》。
一、說教材
1.教材的地位和作用：
本章引入動(dòng)量這個(gè)新概念并結(jié)合牛頓第二定律推導(dǎo)出《動(dòng)量定理》�！秳�(dòng)量定理》側(cè)重于力在時(shí)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(diǎn)章。
《動(dòng)量定理》為本章第二節(jié)，是第一節(jié)《動(dòng)量和沖量》的繼續(xù)，同時(shí)又為第三節(jié)《動(dòng)量守恒定律》奠定了基礎(chǔ)。所以《動(dòng)量定理》有承前啟后的作用。同時(shí)《動(dòng)量定理》的知識(shí)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(shí)有著廣泛的現(xiàn)實(shí)意義。
2.本節(jié)教學(xué)重點(diǎn)：
(1)動(dòng)量定理的推導(dǎo)和對(duì)動(dòng)量定理的理解;
(2)利用動(dòng)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(diǎn)：
動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)方面：
●知識(shí)與技能
(1)能從牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式推導(dǎo)出動(dòng)量定理的表達(dá)式。
(2)理解動(dòng)量定理的確切含義，知道動(dòng)量定理適用于變力。
(3)會(huì)用動(dòng)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(duì)動(dòng)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(shí)物理模型工具在物理學(xué)的作用。
(2)能夠應(yīng)用動(dòng)量定理處理一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)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(jià)值觀
(1)有參與科技活動(dòng)的熱情，有從生活到物理，從物理到生活的意識(shí)。
(2)有主動(dòng)與他人合作的精神，有團(tuán)隊(duì)意識(shí)。
(3)關(guān)心國(guó)內(nèi)、國(guó)外科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)，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(shí)。
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(shí)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(lái)分析力和運(yùn)動(dòng)的知識(shí)準(zhǔn)備，利用2004年1月4日美國(guó)航天局的“勇氣號(hào)”探測(cè)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(shí)點(diǎn)上，從而引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，通過理論分析和推理判斷來(lái)獲得新知識(shí)。
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(shí)驗(yàn)的作用，符合他們好奇、好動(dòng)、好強(qiáng)的心理特點(diǎn)，調(diào)動(dòng)他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。
三、教學(xué)方法
應(yīng)用實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入法、分組實(shí)驗(yàn)法，啟發(fā)學(xué)生通過自己的思考和討論來(lái)探究動(dòng)量定理。
四、教學(xué)程序
本節(jié)課分為三個(gè)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(dòng)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(hào)”探測(cè)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(shí)。結(jié)合他們的生活經(jīng)驗(yàn)，大部分同學(xué)會(huì)意識(shí)到有一系列措施減小撞地速度，安全氣囊的作用是延長(zhǎng)作用時(shí)間。為了使思路明朗化，提出三個(gè)簡(jiǎn)單問題：
(1)摩擦降(圖1)、降落傘(圖2)和反向發(fā)動(dòng)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(huì)粗淺地認(rèn)為，對(duì)于同一個(gè)物體，撞前速度越小，撞擊力越小;撞擊時(shí)間越長(zhǎng)，撞擊力越小。
通過問題情景的創(chuàng)設(shè)，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的情感注意力和情感體驗(yàn)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(shí)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(shí)候速度、時(shí)間、動(dòng)量、沖量、力等幾個(gè)物理量在學(xué)生的頭腦中還需要整合，從感性認(rèn)識(shí)進(jìn)一步上升到理性認(rèn)識(shí)。師生共同建立物理模型，這個(gè)模型為水平面上的物體，在合力F的作用下，經(jīng)過一段時(shí)間t，動(dòng)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(dòng)定律的知識(shí)，去整理這幾個(gè)物理量之間的關(guān)系，探索動(dòng)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(lì)學(xué)生體驗(yàn)自然規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程，從而建立對(duì)自然科學(xué)的認(rèn)識(shí)和掌握研究科學(xué)的方法是一致的。
在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上，通過推導(dǎo)，大部分同學(xué)會(huì)得到一個(gè)表達(dá)式：
Ft=mvt-mv0或Ft=△P
這時(shí)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(shí)間，讓同學(xué)們?cè)囍忉屗�，剛開始可能得到一些不完整的結(jié)論，比如“沖量等于動(dòng)量之差”或“沖量等于動(dòng)量相減”，或“沖量引起動(dòng)量發(fā)生變化”。隨著討論的深入，引導(dǎo)同學(xué)們回憶動(dòng)量的變化這個(gè)概念。在求同存異的過程中，探究出合沖量和動(dòng)量變化量的關(guān)系，比如數(shù)量關(guān)系，因果關(guān)系會(huì)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(dòng)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(shí)的激活，然后再通過順應(yīng)過程重建新知識(shí)與原有知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，使認(rèn)知發(fā)展從一個(gè)平衡狀態(tài)進(jìn)入另一個(gè)更高的發(fā)展平衡狀態(tài)，這一點(diǎn)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(dòng)量定理初步解決恒力的問題時(shí)，可引伸到動(dòng)量定理也適用于隨時(shí)間變化的力，比如打擊力或撞擊力，但這個(gè)力F應(yīng)取作用時(shí)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(shí)來(lái)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(shí)踐到理論，再用理論來(lái)指導(dǎo)實(shí)踐的研究方法。鼓勵(lì)學(xué)生將學(xué)習(xí)到的物理知識(shí)與日常生活、生產(chǎn)技術(shù)聯(lián)系起來(lái)。首先圍繞定理Ft=△P分情況進(jìn)行討論。
首先設(shè)置一個(gè)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?cè)O(shè)計(jì)多種方案，他們會(huì)猜測(cè)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(yàn)證，把同學(xué)們的設(shè)計(jì)留成興趣作業(yè)。對(duì)那些有創(chuàng)造力的設(shè)計(jì)，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(shí)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(shí)遷移的能力。
通過運(yùn)用對(duì)比的方法，對(duì)上述兩類問題深入分析，使學(xué)生對(duì)動(dòng)量定理加深了理解。實(shí)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(shí)再到感性認(rèn)識(shí)，符合認(rèn)識(shí)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(gè)例題有三個(gè)目的：
第一個(gè)目的是在上一節(jié)分析碰撞過程中動(dòng)量變化量的基礎(chǔ)上，這節(jié)課給出撞擊的時(shí)間，同學(xué)們可以應(yīng)用動(dòng)量定理來(lái)計(jì)算撞擊力的大小。
在師生共同分析的過程中，第二個(gè)目的也就基本達(dá)到了，探索出了怎樣應(yīng)用動(dòng)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(dòng)量的變化，再應(yīng)用動(dòng)量定理列方程求未知量。
第三個(gè)目的：突破難點(diǎn)，也就是動(dòng)量定理的矢量性，設(shè)計(jì)兩個(gè)有梯度的問題來(lái)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(dòng)，碰到一個(gè)堅(jiān)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(dòng)，接觸時(shí)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(dòng)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(dòng)量變化量的方向相同，使動(dòng)量定理的矢量性這個(gè)難點(diǎn)具體化和逐漸明朗化。
為了進(jìn)一步突出重點(diǎn)和突破難點(diǎn)，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(gè)質(zhì)量為0.2kg的鋼球，以2m/s的速度斜射到堅(jiān)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(dòng)量的變化的方向，能否根據(jù)動(dòng)量定理來(lái)分析小球動(dòng)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(dòng)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(gè)方向上。為了使問題形象化，準(zhǔn)備了一個(gè)小動(dòng)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(huì)動(dòng)量定理的表達(dá)式是一個(gè)矢量式。整個(gè)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(tái)，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(hào)的成功發(fā)射和回收，是中國(guó)航天技術(shù)的又一個(gè)里程碑。通過錄像和圖片，讓同學(xué)們圍繞動(dòng)量定理，來(lái)分析神州五號(hào)如何采取一系列措施實(shí)現(xiàn)軟著陸的。當(dāng)同學(xué)們發(fā)現(xiàn)自己能夠用新知識(shí)解決如此驚天動(dòng)地的偉大創(chuàng)舉時(shí)，必然熱血沸騰，激發(fā)他們的愛國(guó)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(diǎn)-動(dòng)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(shí)，尤其是動(dòng)量定理加以分析。實(shí)現(xiàn)從物理到生活，從理論到實(shí)踐。
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