《動量守恒定律》教學設計案例

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、教學內容、教學策略、教學流程和教學反思六個方面進行教學設計。

關鍵詞：動量守恒;教學設計;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必修課程，是自然科學、軍事科學許多領域和工程技術的基礎。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成學員科學素養的重要組成部分。本課程在系統打牢必要的物理基礎、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、培養學員的探索精神和創新意識等方面具有重要作用。

2.學情分析

本節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、質點的動量定理為本節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課的難點;大學物理為必修課程，學員學習態度比較端正，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，好奇心及理論聯系實際的意識較強，但應用能力較差。

3.教學內容

本節課的課程的教學內容是：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：理解質點和質點系定量守恒定律，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課的難點，因此采用的教法是問題導向法、講授法，判斷系統動量是否守恒是本節課的重點，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“神州號發射視頻”提出新的問題，引入新課。 “胸口碎大石”更容易激發學員的興趣，對其中的原因可以大膽提出自己的猜想?！吧裰菔枴卑l射視頻引出的分級發射問題開拓了學員的思路、激發學員愛國熱情。

理論精講（18min）

通過回憶質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容及條件，這樣既鞏固了舊知識，又實現了知識銜接。

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的總動量不變，并不表示其中某個質點的動量不變。

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射子彈的瞬間，引導學員歸納得出當系統所受的內力遠大于合外力時，系統總動量也守恒。

由于矢量的方向性，因此當系統合外力在某一方向上的分量為零時，系統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。

在微觀現象、高速范圍內動量守恒是否成立？通過Ra經過α衰變成Rn動量是否守恒的實例進一步說明只要系統不受外界影響，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學員的思維發散能力。

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射。首先告訴學員本題是在設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，可以規定豎直向上為正方向。矢量式轉化成標量式，同時提醒學員速度要相對于同一慣性系。因為現在要得到的是火箭的發射速度，因此要找到火箭質量變化的關系，由于噴出氣體的質量等于火箭質量的減少量，從而對式子整理化解可以得出火箭能達到的速度。對結果分析得出提高火箭發射速度的兩種途徑，提高發射速度和增大質量比，推導得出多級火箭發射可以獲得較大的終極速度。介紹美國登月飛船“土星五號”火箭采用的三級發射所達到的速度。對一些實質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學員學習的自信。

課堂小結（4min）

通過前面的學習對動量守恒定律及其應用已經比較熟悉，最后一起歸納總結動量守恒定律適用的條件及做題的步驟，重點強調從矢量式轉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。有助于培養學員總結概括問題的意識和能力。

布置作業（2min）

選擇與軍校生活緊密聯系的發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，有助于提高學員發現問題、解決問題的能力。

6.教學反思

本節課通過回憶質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合的實例 “胸口碎大石”和“神州號發射視頻”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，這種理論聯系實際、學員通過獨立思考和練習法推出的物理規律對于學員來說掌握起來更加容易，符合學員學習的規律，很好地實現了知識的理解和遷移，教學達到比較好的效果。