《动量守恒定律》教学设计案例

高玲玲 杨阳

摘要：《动量守恒定律》是大学物理上册力学的重要内容，其原理简单，但应用比较困难。如何将生活及军事实例应用在教学中非常重要，本文从课程定位、学情分析、教学内容、教学策略、教学流程和教学反思六个方面进行教学设计。

关键词：动量守恒;教学设计;大学物理

分类号：G633.7

1.课程定位

大学物理是军队院校本科学历教育的一门重要基础必修课程，是自然科学、军事科学许多领域和工程技术的基础。该课程主要包括力、热、光、电、近代物理五个模块，涉及的基本概念、基本理论和基本方法是构成学员科学素养的重要组成部分。本课程在系统打牢必要的物理基础、使学员树立科学的世界观、增强学员分析问题和解决问题的能力、培养学员的探索精神和创新意识等方面具有重要作用。

2.学情分析

本节课的授课对象为学历教育大一学员，前面所学的矢量的计算、相对运动、质点的动量定理为本节课的学习做好了铺垫;动量守恒定律是高中物理人教版选修3-5的内容，部分学员对动量守恒有简单的了解，但高中动量守恒表达式是标量式，从标量性到矢量性的过渡是本节课的难点;大学物理为必修课程，学员学习态度比较端正，但平常训练量较大，课上容易疲劳，学习注意力不太集中;学员都是男生，好奇心及理论联系实际的意识较强，但应用能力较差。

3.教学内容

本节课的课程的教学内容是：动量守恒定律的适用条件;动量守恒定律的解题步骤及实例分析。教学目标是：理解质点和质点系定量守恒定律，了解火箭飞行原理。

4.教学策略

动量守恒定律是高中选修3-5的内容，部分学员对此有简单的了解，从高中的标量式过渡到矢量式是本节课的难点，因此采用的教法是问题导向法、讲授法，判断系统动量是否守恒是本节课的重点，因此让学员通过独立思考、练习法和合作学习的学习方法加以掌握。

5.教学流程

实例导新（5min）

首先通过杂技表演中“胸口碎大石”和“神州号发射视频”提出新的问题，引入新课。 “胸口碎大石”更容易激发学员的兴趣，对其中的原因可以大胆提出自己的猜想。“神州十号”发射视频引出的分级发射问题开拓了学员的思路、激发学员爱国热情。

理论精讲（18min）

通过回忆质点系的动量定理以及提问大家认为什么是守恒量引出动量守恒定律的内容及条件，这样既巩固了旧知识，又实现了知识衔接。

通过提问光滑水平面上互推的两个人动量是否守恒？同时让学员思考每个人的动量是否守恒？从而顺利得出动量守恒定律指系统的总动量不变，并不表示其中某个质点的动量不变。

事实上光滑的水平面是不存在的，物理中研究问题经常用近似法。当合外力近似为零时，动量守恒近似成立。通过举例地雷爆炸和发射子弹的瞬间，引导学员归纳得出当系统所受的内力远大于合外力时，系统总动量也守恒。

由于矢量的方向性，因此当系统合外力在某一方向上的分量为零时，系统在该方向上动量守恒。引入冲击摆，引导学员分析在射中的瞬间，水平方向系统所受合外力为零，故水平方向动量守恒，同时介绍子弹测速方法可以引导学员达到知识的迁移。

在微观现象、高速范围内动量守恒是否成立？通过Ra经过α衰变成Rn动量是否守恒的实例进一步说明只要系统不受外界影响，总动量就守恒。因此动量守恒定律在微观、高速范围内也成立。所以动量守恒定律是物理学最普遍、最基本的定律之一。这种从宏观到微观的顺利过渡有助于培养學员的思维发散能力。

举例应用（16min）

通过归纳概括得出解题的四个步骤：判、定、建、列。并且强调标量式中的速度必须相对于同一惯性系。

回忆课前引出的问题：“胸口碎大石”。提问学员动量是否守恒，分析得出动量守恒表达式，计算出石头所获得的速度，从而解释原因。

提问火箭为什么采取分级发射。首先告诉学员本题是在设火箭在外层空间飞行，空气阻力和重力可以忽略不计的条件下进行。然后提问动量是否守恒。接着引导写出初动量和末动量的矢量式，由于运动方向不同，可以规定竖直向上为正方向。矢量式转化成标量式，同时提醒学员速度要相对于同一惯性系。因为现在要得到的是火箭的发射速度，因此要找到火箭质量变化的关系，由于喷出气体的质量等于火箭质量的减少量，从而对式子整理化解可以得出火箭能达到的速度。对结果分析得出提高火箭发射速度的两种途径，提高发射速度和增大质量比，推导得出多级火箭发射可以获得较大的终极速度。介绍美国登月飞船“土星五号”火箭采用的三级发射所达到的速度。对一些实质性的问题让学员回答，让其参与到整个问题的解决中。这样由浅到深、化难为简更容易激发学员学习的自信。

课堂小结（4min）

通过前面的学习对动量守恒定律及其应用已经比较熟悉，最后一起归纳总结动量守恒定律适用的条件及做题的步骤，重点强调从矢量式转化成标量式时一定要注意速度是相对于同一惯性系的速度。有助于培养学员总结概括问题的意识和能力。

布置作业（2min）

选择与军校生活紧密联系的发射炮弹问题进行计算。本题目的是将部队中的实例引入到物理课堂，可以将所学知识学以致用，有助于提高学员发现问题、解决问题的能力。

6.教学反思

本节课通过回忆质点系的动量定理和提问什么是物理中的守恒量引导学员得出动量守恒定律成立的条件。依次选取和生活部队紧密结合的实例 “胸口碎大石”和“神州号发射视频”提出问题，引导学员得出使用动量守恒定律时需要注意的五个问题，这种理论联系实际、学员通过独立思考和练习法推出的物理规律对于学员来说掌握起来更加容易，符合学员学习的规律，很好地实现了知识的理解和迁移，教学达到比较好的效果。