《動(dòng)量守恒定律》教學(xué)設(shè)計(jì)案例

高玲玲 楊陽(yáng)

摘要：《動(dòng)量守恒定律》是大學(xué)物理上冊(cè)力學(xué)的重要內(nèi)容，其原理簡(jiǎn)單，但應(yīng)用比較困難。如何將生活及軍事實(shí)例應(yīng)用在教學(xué)中非常重要，本文從課程定位、學(xué)情分析、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)流程和教學(xué)反思六個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：動(dòng)量守恒;教學(xué)設(shè)計(jì);大學(xué)物理

分類號(hào)：G633.7

1.課程定位

大學(xué)物理是軍隊(duì)院校本科學(xué)歷教育的一門重要基礎(chǔ)必修課程，是自然科學(xué)、軍事科學(xué)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(gè)模塊，涉及的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學(xué)員科學(xué)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(xué)員樹(shù)立科學(xué)的世界觀、增強(qiáng)學(xué)員分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力、培養(yǎng)學(xué)員的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)等方面具有重要作用。

2.學(xué)情分析

本節(jié)課的授課對(duì)象為學(xué)歷教育大一學(xué)員，前面所學(xué)的矢量的計(jì)算、相對(duì)運(yùn)動(dòng)、質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理為本節(jié)課的學(xué)習(xí)做好了鋪墊;動(dòng)量守恒定律是高中物理人教版選修3-5的內(nèi)容，部分學(xué)員對(duì)動(dòng)量守恒有簡(jiǎn)單的了解，但高中動(dòng)量守恒表達(dá)式是標(biāo)量式，從標(biāo)量性到矢量性的過(guò)渡是本節(jié)課的難點(diǎn);大學(xué)物理為必修課程，學(xué)員學(xué)習(xí)態(tài)度比較端正，但平常訓(xùn)練量較大，課上容易疲勞，學(xué)習(xí)注意力不太集中;學(xué)員都是男生，好奇心及理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)較強(qiáng)，但應(yīng)用能力較差。

3.教學(xué)內(nèi)容

本節(jié)課的課程的教學(xué)內(nèi)容是：動(dòng)量守恒定律的適用條件;動(dòng)量守恒定律的解題步驟及實(shí)例分析。教學(xué)目標(biāo)是：理解質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系定量守恒定律，了解火箭飛行原理。

4.教學(xué)策略

動(dòng)量守恒定律是高中選修3-5的內(nèi)容，部分學(xué)員對(duì)此有簡(jiǎn)單的了解，從高中的標(biāo)量式過(guò)渡到矢量式是本節(jié)課的難點(diǎn)，因此采用的教法是問(wèn)題導(dǎo)向法、講授法，判斷系統(tǒng)動(dòng)量是否守恒是本節(jié)課的重點(diǎn)，因此讓學(xué)員通過(guò)獨(dú)立思考、練習(xí)法和合作學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方法加以掌握。

5.教學(xué)流程

實(shí)例導(dǎo)新（5min）

首先通過(guò)雜技表演中“胸口碎大石”和“神州號(hào)發(fā)射視頻”提出新的問(wèn)題，引入新課。 “胸口碎大石”更容易激發(fā)學(xué)員的興趣，對(duì)其中的原因可以大膽提出自己的猜想?！吧裰菔?hào)”發(fā)射視頻引出的分級(jí)發(fā)射問(wèn)題開(kāi)拓了學(xué)員的思路、激發(fā)學(xué)員愛(ài)國(guó)熱情。

理論精講（18min）

通過(guò)回憶質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理以及提問(wèn)大家認(rèn)為什么是守恒量引出動(dòng)量守恒定律的內(nèi)容及條件，這樣既鞏固了舊知識(shí)，又實(shí)現(xiàn)了知識(shí)銜接。

通過(guò)提問(wèn)光滑水平面上互推的兩個(gè)人動(dòng)量是否守恒？同時(shí)讓學(xué)員思考每個(gè)人的動(dòng)量是否守恒？從而順利得出動(dòng)量守恒定律指系統(tǒng)的總動(dòng)量不變，并不表示其中某個(gè)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量不變。

事實(shí)上光滑的水平面是不存在的，物理中研究問(wèn)題經(jīng)常用近似法。當(dāng)合外力近似為零時(shí)，動(dòng)量守恒近似成立。通過(guò)舉例地雷爆炸和發(fā)射子彈的瞬間，引導(dǎo)學(xué)員歸納得出當(dāng)系統(tǒng)所受的內(nèi)力遠(yuǎn)大于合外力時(shí)，系統(tǒng)總動(dòng)量也守恒。

由于矢量的方向性，因此當(dāng)系統(tǒng)合外力在某一方向上的分量為零時(shí)，系統(tǒng)在該方向上動(dòng)量守恒。引入沖擊擺，引導(dǎo)學(xué)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(dòng)量守恒，同時(shí)介紹子彈測(cè)速方法可以引導(dǎo)學(xué)員達(dá)到知識(shí)的遷移。

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

舉例應(yīng)用（16min）

通過(guò)歸納概括得出解題的四個(gè)步驟：判、定、建、列。并且強(qiáng)調(diào)標(biāo)量式中的速度必須相對(duì)于同一慣性系。

回憶課前引出的問(wèn)題：“胸口碎大石”。提問(wèn)學(xué)員動(dòng)量是否守恒，分析得出動(dòng)量守恒表達(dá)式，計(jì)算出石頭所獲得的速度，從而解釋原因。

提問(wèn)火箭為什么采取分級(jí)發(fā)射。首先告訴學(xué)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(jì)的條件下進(jìn)行。然后提問(wèn)動(dòng)量是否守恒。接著引導(dǎo)寫(xiě)出初動(dòng)量和末動(dòng)量的矢量式，由于運(yùn)動(dòng)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(biāo)量式，同時(shí)提醒學(xué)員速度要相對(duì)于同一慣性系。因?yàn)楝F(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(duì)式子整理化解可以得出火箭能達(dá)到的速度。對(duì)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(dǎo)得出多級(jí)火箭發(fā)射可以獲得較大的終極速度。介紹美國(guó)登月飛船“土星五號(hào)”火箭采用的三級(jí)發(fā)射所達(dá)到的速度。對(duì)一些實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題讓學(xué)員回答，讓其參與到整個(gè)問(wèn)題的解決中。這樣由淺到深、化難為簡(jiǎn)更容易激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的自信。

課堂小結(jié)（4min）

通過(guò)前面的學(xué)習(xí)對(duì)動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用已經(jīng)比較熟悉，最后一起歸納總結(jié)動(dòng)量守恒定律適用的條件及做題的步驟，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)從矢量式轉(zhuǎn)化成標(biāo)量式時(shí)一定要注意速度是相對(duì)于同一慣性系的速度。有助于培養(yǎng)學(xué)員總結(jié)概括問(wèn)題的意識(shí)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(wèn)題進(jìn)行計(jì)算。本題目的是將部隊(duì)中的實(shí)例引入到物理課堂，可以將所學(xué)知識(shí)學(xué)以致用，有助于提高學(xué)員發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

6.教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)回憶質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理和提問(wèn)什么是物理中的守恒量引導(dǎo)學(xué)員得出動(dòng)量守恒定律成立的條件。依次選取和生活部隊(duì)緊密結(jié)合的實(shí)例 “胸口碎大石”和“神州號(hào)發(fā)射視頻”提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)員得出使用動(dòng)量守恒定律時(shí)需要注意的五個(gè)問(wèn)題，這種理論聯(lián)系實(shí)際、學(xué)員通過(guò)獨(dú)立思考和練習(xí)法推出的物理規(guī)律對(duì)于學(xué)員來(lái)說(shuō)掌握起來(lái)更加容易，符合學(xué)員學(xué)習(xí)的規(guī)律，很好地實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的理解和遷移，教學(xué)達(dá)到比較好的效果。