高中物理“動(dòng)量定理”教學(xué)的難點(diǎn)剖析與教學(xué)策略

摘 要：高中物理“動(dòng)量定理”教學(xué)中存在沖量概念理解難、變力沖量計(jì)算難、多物體系統(tǒng)分析難、流體問(wèn)題解決難及動(dòng)量定理與能量守恒問(wèn)題解決難等難點(diǎn)。文章針對(duì)“動(dòng)量定理”教學(xué)中的難點(diǎn)，探討有效的教學(xué)策略，通過(guò)形象示例、分段解析、系統(tǒng)分解、流體模型構(gòu)建及動(dòng)量能量結(jié)合等策略，有效突破“動(dòng)量定理”教學(xué)中的難點(diǎn)，幫助學(xué)生更好地掌握動(dòng)量定理。

關(guān)鍵詞：高中物理；動(dòng)量定理；教學(xué)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2025）15-0086-03

收稿日期：2025-02-25

作者簡(jiǎn)介：許小燕，本科，一級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究。

受傳統(tǒng)教育教學(xué)理念的影響，高中物理教學(xué)過(guò)程中采用的方法比較單一，學(xué)生始終在教師的引導(dǎo)下學(xué)習(xí)，并沒(méi)有形成自己的學(xué)習(xí)思路和學(xué)習(xí)方法，在力學(xué)、電磁學(xué)、熱力學(xué)等關(guān)鍵領(lǐng)域，常會(huì)遇到各種概念的理解和應(yīng)用難題。“動(dòng)量定理”作為力學(xué)部分的核心內(nèi)容，不僅揭示了合外力的沖量與物體動(dòng)量變化之間的內(nèi)在聯(lián)系，還在解決碰撞、爆炸、流體運(yùn)動(dòng)等實(shí)際問(wèn)題中發(fā)揮著重要作用。解決“動(dòng)量定理”教學(xué)中的難點(diǎn)問(wèn)題，不僅有助于學(xué)生深入理解力學(xué)的基本原理，提高學(xué)生的物理思維能力和問(wèn)題解決能力，還能為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)更復(fù)雜的物理概念和解決實(shí)際問(wèn)題打下基礎(chǔ)。因此，針對(duì)高中物理“動(dòng)量定理”教學(xué)中的難點(diǎn)，提出針對(duì)性的教學(xué)策略具有重要意義。

1 “動(dòng)量定理”教學(xué)的難點(diǎn)剖析

動(dòng)量定理是高中物理中的一個(gè)重要規(guī)律，描述了物體受力作用時(shí)物體動(dòng)量的變化及其所受合外力的沖量之間的關(guān)系。動(dòng)量定理的表達(dá)式為F·t=Δp，其中Δp表示動(dòng)量的變化量，F(xiàn)表示作用在物體上的合外力，t表示力的作用時(shí)間。該定理在解決各種力學(xué)問(wèn)題中有著廣泛的應(yīng)用。

1.1 理解沖量的概念

沖量是力與作用時(shí)間的乘積，表示力在時(shí)間上的累積效應(yīng)。沖量是矢量，在不同的物理情景中，其方向性和大小的計(jì)算方法也有所不同。然而，學(xué)生在初次接觸沖量概念時(shí)，往往難以將其與力、時(shí)間等物理量緊密聯(lián)系起來(lái)，特別是當(dāng)沖量與動(dòng)量的關(guān)系不明確時(shí)，學(xué)生可能會(huì)混淆沖量與力、沖量與動(dòng)量的區(qū)別，導(dǎo)致在運(yùn)用動(dòng)量定理時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤[1]。

1.2 變力作用下的沖量計(jì)算

在實(shí)際問(wèn)題中，若作用在物體上的力隨時(shí)間變化，計(jì)算沖量會(huì)變得更為復(fù)雜，需要考慮變力的影響。變力作用下的沖量計(jì)算相對(duì)復(fù)雜，需要運(yùn)用積分等高等數(shù)學(xué)知識(shí)。對(duì)于高中物理學(xué)生來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一個(gè)較大的挑戰(zhàn)。

1.3 多個(gè)物體組成的系統(tǒng)分析

當(dāng)動(dòng)量定理應(yīng)用于由多個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí)，情況會(huì)變得更加復(fù)雜。學(xué)生需要具備較強(qiáng)的物理思維能力和分析能力，分析系統(tǒng)中各物體之間的相互作用力，并能夠正確判斷哪些力是內(nèi)力，哪些力是外力，以及這些力如何影響系統(tǒng)的總動(dòng)量。由于學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)中缺乏足夠的訓(xùn)練和實(shí)踐，在處理這類(lèi)問(wèn)題時(shí)往往感到力不從心。

1.4 動(dòng)量定理在流體問(wèn)題中的應(yīng)用

流體問(wèn)題在物理學(xué)中具有重要的地位，而動(dòng)量定理在解決流體問(wèn)題時(shí)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。然而，由于流體問(wèn)題的復(fù)雜性和多樣性，學(xué)生在處理這些問(wèn)題時(shí)，常會(huì)遇到流體的連續(xù)性和變質(zhì)量問(wèn)題，難以準(zhǔn)確把握問(wèn)題的關(guān)鍵，或是忽視流體對(duì)物體的作用力，或是無(wú)法正確計(jì)算流體的動(dòng)量變化。

1.5 動(dòng)量定理與能量守恒的綜合應(yīng)用

動(dòng)量定理和能量守恒定律是物理學(xué)中的兩大基本原理。解決一些綜合類(lèi)問(wèn)題時(shí)，學(xué)生需要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和較強(qiáng)的綜合分析能力，靈活地轉(zhuǎn)換“動(dòng)量”和“能量”兩個(gè)視角，分析不同階段的物理過(guò)程。然而，由于兩個(gè)原理涉及的物理量和概念較多，學(xué)生容易混淆，或是忽視動(dòng)量定理和能量守恒定律之間的內(nèi)在聯(lián)系，或是無(wú)法正確判斷兩者的應(yīng)用時(shí)機(jī)[2]。

2 “動(dòng)量定理”教學(xué)策略

2.1 形象示例明沖量，動(dòng)畫(huà)演示顯變化

沖量是連接力與動(dòng)量變化的橋梁。然而沖量概念較為抽象，僅憑文字描述和靜態(tài)圖像，難以使學(xué)生掌握沖量引起的動(dòng)量變化過(guò)程。因此，教師不妨將教學(xué)與學(xué)生的實(shí)際生活建立聯(lián)系，并在物理教學(xué)中引入演示動(dòng)畫(huà)，動(dòng)態(tài)展示力作用過(guò)程中的變化，讓學(xué)生直觀(guān)地看到力的作用效果，幫助學(xué)生更好地理解沖量的矢量性和累積效應(yīng)[3]。

首先，教師應(yīng)精心挑選或設(shè)計(jì)一系列與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)緊密相關(guān)的示例，如籃球反彈、滑冰運(yùn)動(dòng)員改變滑行方向等，清晰地展示沖量對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。在介紹每個(gè)示例時(shí)，教師應(yīng)詳細(xì)解釋沖量的物理含義，即力在時(shí)間上的累積效應(yīng)，并引導(dǎo)學(xué)生思考沖量如何導(dǎo)致物體動(dòng)量的變化。其次，教師應(yīng)該利用PowerPoint、Flash或?qū)I(yè)動(dòng)畫(huà)制作軟件，制作能夠準(zhǔn)確反映沖量作用過(guò)程的動(dòng)畫(huà)，包含物體受力、速度變化、動(dòng)量變化等關(guān)鍵要素，并通過(guò)色彩、線(xiàn)條、速度變化等視覺(jué)元素，直觀(guān)展示沖量對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)影響。在播放動(dòng)畫(huà)的同時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生觀(guān)察動(dòng)畫(huà)中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)，分析沖量與動(dòng)量變化之間的因果關(guān)系。例如，在籃球反彈的動(dòng)畫(huà)中，可以指出籃球在撞擊地面時(shí)受到的沖擊力（即沖量）如何導(dǎo)致籃球速度的瞬間改變和方向的逆轉(zhuǎn)。最后，教師可以設(shè)計(jì)一些互動(dòng)式的演示動(dòng)畫(huà)，讓學(xué)生通過(guò)改變力的大小或作用時(shí)間，觀(guān)察沖量的變化及其對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的影響，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的理解深度。

2.2 分段解析求精確，圖形分析算總沖

首先，教師引導(dǎo)學(xué)生將變力作用的時(shí)間區(qū)間分成若干小段。每一段的時(shí)間間隔要足夠小，使得在這段時(shí)間內(nèi)的力近似恒定。如此，學(xué)生就可以用簡(jiǎn)單的公式I=FΔt計(jì)算每段的沖量。然后，教師帶領(lǐng)學(xué)生逐步累加所有小段的沖量，得到總的沖量，讓學(xué)生更好地理解變力作用下沖量的累積過(guò)程。最后，教師選擇一些具體的物理問(wèn)題，如彈簧振子的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)分段解析法計(jì)算彈簧力在不同時(shí)間段內(nèi)的沖量，讓學(xué)生掌握分段解析法的應(yīng)用方法和場(chǎng)景[4]。

在分段解析的基礎(chǔ)上，教師還可以進(jìn)一步介紹基于圖形分析的面積法。這種方法是通過(guò)繪制力隨時(shí)間變化的圖像，并將圖像與時(shí)間軸所圍成的面積視為力的沖量。這不僅能夠給學(xué)生提供一個(gè)直觀(guān)的方式來(lái)觀(guān)察力與時(shí)間的關(guān)系，還能幫助學(xué)生建立起對(duì)變力作用下沖量計(jì)算的特殊方法。教師可以選擇典型的大小與時(shí)間成正比的變力實(shí)例，指導(dǎo)學(xué)生畫(huà)出力-時(shí)間圖像，進(jìn)而求解變力沖量大小，從而加強(qiáng)學(xué)生對(duì)這一概念的理解和應(yīng)用技巧。

2.3 系統(tǒng)分解找關(guān)鍵，動(dòng)量守恒解難題

在處理多個(gè)物體組成系統(tǒng)的問(wèn)題時(shí)，關(guān)鍵在于將復(fù)雜的多物體系統(tǒng)問(wèn)題簡(jiǎn)化為更易處理的子問(wèn)題，幫助學(xué)生識(shí)別和分析系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，以及理解系統(tǒng)內(nèi)部和外部作用力對(duì)系統(tǒng)動(dòng)量的影響[5]。動(dòng)量守恒定律指出，在一個(gè)封閉的系統(tǒng)中，如果沒(méi)有外力作用或外力作用遠(yuǎn)小于內(nèi)力，則系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。這一定律為解決復(fù)雜系統(tǒng)中的動(dòng)量問(wèn)題提供了有力的輔助。教師應(yīng)該運(yùn)用動(dòng)量守恒定律幫助學(xué)生解決多物體組成的系統(tǒng)問(wèn)題。

以典型的碰撞問(wèn)題為例，教師應(yīng)首先引導(dǎo)學(xué)生分析碰撞前后系統(tǒng)的總動(dòng)量是否守恒，識(shí)別出碰撞中的關(guān)鍵物體（如碰撞的主體）以及碰撞主體之間的相互作用（如完全彈性碰撞、非完全彈性碰撞或完全非彈性碰撞）。接著，教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)動(dòng)量守恒定律列出方程，將碰撞前和碰撞后的動(dòng)量相等作為解題的關(guān)鍵條件。在列方程的過(guò)程中，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)注意速度的方向性，確保學(xué)生在計(jì)算時(shí)能夠正確處理正負(fù)號(hào)。最后，通過(guò)解方程，學(xué)生得出碰撞后各個(gè)物體的速度或動(dòng)能等未知量，從而解決整個(gè)碰撞問(wèn)題。

2.4 流體模型巧構(gòu)建，動(dòng)量變化細(xì)分析

流體模型是將復(fù)雜的流體運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)化為理想化的理想流體模型。動(dòng)量定理應(yīng)用于流體問(wèn)題的復(fù)雜情境時(shí)，教師需構(gòu)建流體模型，簡(jiǎn)化和模擬復(fù)雜的流體現(xiàn)象，并細(xì)致分析流體動(dòng)量的變化，幫助學(xué)生克服對(duì)流體速度、流量等參數(shù)的理解障礙，使其能夠更深入地把握動(dòng)量定理的本質(zhì)。首先，教師向?qū)W生介紹流體模型的基本概念，強(qiáng)調(diào)其在解決流體問(wèn)題中的重要性，并通過(guò)實(shí)例展示如何根據(jù)具體問(wèn)題確定流速、流量和密度的關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而構(gòu)建能夠反映流體特性的模型。其次，教師演示流體模型的構(gòu)建過(guò)程，詳細(xì)解析如何運(yùn)用動(dòng)量定理分析流體在特定條件下的動(dòng)量變化，包括確定初始和最終動(dòng)量、計(jì)算動(dòng)量變化量，并探究導(dǎo)致這些變化的原因。在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生分組討論，嘗試自主構(gòu)建模型，并及時(shí)提供指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生優(yōu)化模型，引導(dǎo)他們利用分析結(jié)果解決實(shí)際問(wèn)題，如計(jì)算流體速度等參數(shù)。通過(guò)這一系列連貫的教學(xué)步驟，學(xué)生不僅能夠掌握動(dòng)量定理在流體問(wèn)題中的應(yīng)用方法，還能提升分析和解決實(shí)際物理問(wèn)題的能力。

2.5 動(dòng)量能量相結(jié)合，綜合應(yīng)用解難題

在高中物理教學(xué)中，動(dòng)量定理與能量守恒定律的綜合應(yīng)用是解決復(fù)雜物理問(wèn)題的關(guān)鍵。首先，教師應(yīng)明確動(dòng)量和能量的基本概念及其關(guān)系：動(dòng)量描述了物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，而能量則反映了物體做功能力的大小。在實(shí)際問(wèn)題（如碰撞、爆炸等）中，動(dòng)量守恒和能量守恒常常同時(shí)適用。教師可以通過(guò)完全彈性碰撞和非彈性碰撞，引導(dǎo)學(xué)生理解動(dòng)量守恒和能量守恒的應(yīng)用。例如，在完全彈性碰撞中，不僅系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，而且系統(tǒng)的總動(dòng)能也保持不變；而在非彈性碰撞中，雖然系統(tǒng)的總動(dòng)量仍然守恒，但部分動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為其他形式的能量（如內(nèi)能）。教師應(yīng)詳細(xì)講解這些過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換，并通過(guò)具體的計(jì)算示例幫助學(xué)生掌握動(dòng)量和能量的聯(lián)合應(yīng)用。此外，教師還可以設(shè)計(jì)一些綜合性練習(xí)題，要求學(xué)生結(jié)合動(dòng)量和能量的概念解決彈簧振子系統(tǒng)等實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析和解決問(wèn)題的能力，使其更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的物理問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，文章較為全面地剖析了高中物理“動(dòng)量定理”教學(xué)中的難點(diǎn)并提出了解決方案。通過(guò)實(shí)施這些方案，教師可以有效幫助學(xué)生更好地掌握“動(dòng)量定理”相關(guān)知識(shí)，形成更為完善的知識(shí)體系。在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)生動(dòng)的示例和模型幫助學(xué)生直觀(guān)理解抽象概念。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生積極參與課堂討論和實(shí)驗(yàn)操作，以增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和問(wèn)題解決能力。此外，教師還應(yīng)不斷更新教學(xué)方法和手段，以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的物理素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 沈強(qiáng)。高中物理生本課堂的教學(xué)策略：以《動(dòng)量和動(dòng)量定理》教學(xué)為例[J]。湖南中學(xué)物理，2021，36（09）：38-39，62.

[2] 姚華鑫，楊師杰。教思考·教表達(dá)·教體驗(yàn)：高中物理情境教學(xué)設(shè)計(jì)：以《動(dòng)量定理》為例[J]。教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2024（09）：64-69。

[3] 劉東艷。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用：以《動(dòng)量和動(dòng)量定理》教學(xué)為例[J]。山東教育，2024（14）：32-33.

[4] 饒華東，肖巧玲。深化物理規(guī)律理解培育正確物理觀(guān)念：高中物理誤用兩大定理問(wèn)題的歸類(lèi)剖析[J]。物理教學(xué)，2023，45（10）：48-51.

[5] 張冀翔，杜成孝，陳怡帆，等。關(guān)于高中物理中流體問(wèn)題的討論[J]。物理教師，2023，44（08）：90-92.

［責(zé)任編輯：李 璟］