《動量守恒定律》教學設(shè)計案例

高玲玲 楊陽

摘要：《動量守恒定律》是大學物理上冊力學的重要內(nèi)容，其原理簡單，但應用比較困難。如何將生活及軍事實例應用在教學中非常重要，本文從課程定位、學情分析、教學內(nèi)容、教學策略、教學流程和教學反思六個方面進行教學設(shè)計。

關(guān)鍵詞：動量守恒;教學設(shè)計;大學物理

分類號：G633.7

1.課程定位

大學物理是軍隊院校本科學歷教育的一門重要基礎(chǔ)必修課程，是自然科學、軍事科學許多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。該課程主要包括力、熱、光、電、近代物理五個模塊，涉及的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學員科學素養(yǎng)的重要組成部分。本課程在系統(tǒng)打牢必要的物理基礎(chǔ)、使學員樹立科學的世界觀、增強學員分析問題和解決問題的能力、培養(yǎng)學員的探索精神和創(chuàng)新意識等方面具有重要作用。

2.學情分析

本節(jié)課的授課對象為學歷教育大一學員，前面所學的矢量的計算、相對運動、質(zhì)點的動量定理為本節(jié)課的學習做好了鋪墊;動量守恒定律是高中物理人教版選修3-5的內(nèi)容，部分學員對動量守恒有簡單的了解，但高中動量守恒表達式是標量式，從標量性到矢量性的過渡是本節(jié)課的難點;大學物理為必修課程，學員學習態(tài)度比較端正，但平常訓練量較大，課上容易疲勞，學習注意力不太集中;學員都是男生，好奇心及理論聯(lián)系實際的意識較強，但應用能力較差。

3.教學內(nèi)容

本節(jié)課的課程的教學內(nèi)容是：動量守恒定律的適用條件;動量守恒定律的解題步驟及實例分析。教學目標是：理解質(zhì)點和質(zhì)點系定量守恒定律，了解火箭飛行原理。

4.教學策略

動量守恒定律是高中選修3-5的內(nèi)容，部分學員對此有簡單的了解，從高中的標量式過渡到矢量式是本節(jié)課的難點，因此采用的教法是問題導向法、講授法，判斷系統(tǒng)動量是否守恒是本節(jié)課的重點，因此讓學員通過獨立思考、練習法和合作學習的學習方法加以掌握。

5.教學流程

實例導新（5min）

首先通過雜技表演中“胸口碎大石”和“神州號發(fā)射視頻”提出新的問題，引入新課。 “胸口碎大石”更容易激發(fā)學員的興趣，對其中的原因可以大膽提出自己的猜想。“神州十號”發(fā)射視頻引出的分級發(fā)射問題開拓了學員的思路、激發(fā)學員愛國熱情。

理論精講（18min）

通過回憶質(zhì)點系的動量定理以及提問大家認為什么是守恒量引出動量守恒定律的內(nèi)容及條件，這樣既鞏固了舊知識，又實現(xiàn)了知識銜接。

通過提問光滑水平面上互推的兩個人動量是否守恒？同時讓學員思考每個人的動量是否守恒？從而順利得出動量守恒定律指系統(tǒng)的總動量不變，并不表示其中某個質(zhì)點的動量不變。

事實上光滑的水平面是不存在的，物理中研究問題經(jīng)常用近似法。當合外力近似為零時，動量守恒近似成立。通過舉例地雷爆炸和發(fā)射子彈的瞬間，引導學員歸納得出當系統(tǒng)所受的內(nèi)力遠大于合外力時，系統(tǒng)總動量也守恒。

由于矢量的方向性，因此當系統(tǒng)合外力在某一方向上的分量為零時，系統(tǒng)在該方向上動量守恒。引入沖擊擺，引導學員分析在射中的瞬間，水平方向系統(tǒng)所受合外力為零，故水平方向動量守恒，同時介紹子彈測速方法可以引導學員達到知識的遷移。

在微觀現(xiàn)象、高速范圍內(nèi)動量守恒是否成立？通過Ra經(jīng)過α衰變成Rn動量是否守恒的實例進一步說明只要系統(tǒng)不受外界影響，總動量就守恒。因此動量守恒定律在微觀、高速范圍內(nèi)也成立。所以動量守恒定律是物理學最普遍、最基本的定律之一。這種從宏觀到微觀的順利過渡有助于培養(yǎng)學員的思維發(fā)散能力。

舉例應用（16min）

通過歸納概括得出解題的四個步驟：判、定、建、列。并且強調(diào)標量式中的速度必須相對于同一慣性系。

回憶課前引出的問題：“胸口碎大石”。提問學員動量是否守恒，分析得出動量守恒表達式，計算出石頭所獲得的速度，從而解釋原因。

提問火箭為什么采取分級發(fā)射。首先告訴學員本題是在設(shè)火箭在外層空間飛行，空氣阻力和重力可以忽略不計的條件下進行。然后提問動量是否守恒。接著引導寫出初動量和末動量的矢量式，由于運動方向不同，可以規(guī)定豎直向上為正方向。矢量式轉(zhuǎn)化成標量式，同時提醒學員速度要相對于同一慣性系。因為現(xiàn)在要得到的是火箭的發(fā)射速度，因此要找到火箭質(zhì)量變化的關(guān)系，由于噴出氣體的質(zhì)量等于火箭質(zhì)量的減少量，從而對式子整理化解可以得出火箭能達到的速度。對結(jié)果分析得出提高火箭發(fā)射速度的兩種途徑，提高發(fā)射速度和增大質(zhì)量比，推導得出多級火箭發(fā)射可以獲得較大的終極速度。介紹美國登月飛船“土星五號”火箭采用的三級發(fā)射所達到的速度。對一些實質(zhì)性的問題讓學員回答，讓其參與到整個問題的解決中。這樣由淺到深、化難為簡更容易激發(fā)學員學習的自信。

課堂小結(jié)（4min）

通過前面的學習對動量守恒定律及其應用已經(jīng)比較熟悉，最后一起歸納總結(jié)動量守恒定律適用的條件及做題的步驟，重點強調(diào)從矢量式轉(zhuǎn)化成標量式時一定要注意速度是相對于同一慣性系的速度。有助于培養(yǎng)學員總結(jié)概括問題的意識和能力。

布置作業(yè)（2min）

選擇與軍校生活緊密聯(lián)系的發(fā)射炮彈問題進行計算。本題目的是將部隊中的實例引入到物理課堂，可以將所學知識學以致用，有助于提高學員發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

6.教學反思

本節(jié)課通過回憶質(zhì)點系的動量定理和提問什么是物理中的守恒量引導學員得出動量守恒定律成立的條件。依次選取和生活部隊緊密結(jié)合的實例 “胸口碎大石”和“神州號發(fā)射視頻”提出問題，引導學員得出使用動量守恒定律時需要注意的五個問題，這種理論聯(lián)系實際、學員通過獨立思考和練習法推出的物理規(guī)律對于學員來說掌握起來更加容易，符合學員學習的規(guī)律，很好地實現(xiàn)了知識的理解和遷移，教學達到比較好的效果。