1 全章概述
高中物理必修課中的力學(xué)和電學(xué)內(nèi)容為學(xué)生初步形成對(duì)物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)與相互作用、能量概念的理解奠定了重要基礎(chǔ)。 應(yīng)該說(shuō)，教材對(duì)于學(xué)生形成“運(yùn)動(dòng)與互動(dòng)觀”有著重要的作用。 有一個(gè)比較完整的設(shè)計(jì)。 本章中的動(dòng)量設(shè)計(jì)和動(dòng)量守恒定律也將幫助學(xué)生進(jìn)一步形成運(yùn)動(dòng)和相互作用的概念。 動(dòng)量普遍知識(shí)和動(dòng)量守恒定律在高中物理教學(xué)中占有重要地位。
從章節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，本章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較以往教材有所調(diào)整。 在強(qiáng)調(diào)知識(shí)轉(zhuǎn)移的同時(shí)，其核心是強(qiáng)調(diào)物理學(xué)中的“守恒思想”。 教材編寫(xiě)的邏輯線索如下。
尋求碰撞中的不變量（實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)）
↓
mv有特殊含義（引入動(dòng)量概念）
↓
動(dòng)量定理（科學(xué)演繹推理）
↓
動(dòng)量守恒定律（從動(dòng)量的角度理解相互作用）
↓
指出動(dòng)量守恒定律的普遍性
↓
動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用
本章共有6節(jié)知識(shí)內(nèi)容，大致可分為三個(gè)單元。 第一單元包括第一節(jié)和第二節(jié)，即“動(dòng)量”和“動(dòng)量定理”。 本部分重點(diǎn)介紹動(dòng)量的概念，引導(dǎo)學(xué)生理解沖量、動(dòng)量和動(dòng)量定理，并能夠用它們解釋生產(chǎn)和生活中的相關(guān)現(xiàn)象； 第一章第二單元包括第三節(jié)和第四節(jié)，即“動(dòng)量守恒定律”和“實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”。 本部分重點(diǎn)介紹動(dòng)量守恒定律的建立過(guò)程，并要求學(xué)生用它來(lái)解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象； 第二節(jié) 第三單元包括第五節(jié)和第六節(jié)，即“彈性碰撞與非彈性碰撞”和“反沖火箭”。 這部分內(nèi)容是從動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用角度展開(kāi)的。
1.1 物理概念
本章中的動(dòng)量及其守恒定律是圍繞形成運(yùn)動(dòng)和相互作用概念的線索而設(shè)計(jì)的。 該內(nèi)容也是學(xué)生形成運(yùn)動(dòng)和互動(dòng)概念的基礎(chǔ)。 教材幫助學(xué)生形成這一物理概念的方法主要體現(xiàn)在章節(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上。 上述教材所寫(xiě)的邏輯線索所體現(xiàn)的章節(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以使學(xué)生有效地運(yùn)用“動(dòng)量”的概念來(lái)理解“互動(dòng)”。
1.2 科學(xué)思維
在中學(xué)物理教學(xué)中，如何引入動(dòng)量的概念是一個(gè)需要研究的問(wèn)題。 在處理這個(gè)問(wèn)題時(shí)，本章不僅僅關(guān)心它的定義，更關(guān)心的是指導(dǎo)學(xué)生以“尋找碰撞中的不變量”為題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，深化動(dòng)量概念的形成過(guò)程。 同時(shí)，教材以動(dòng)量概念的建立過(guò)程為例，通過(guò)“科學(xué)方法”欄目給出“抽象與概括”的科學(xué)方法問(wèn)題。 任何科學(xué)概念的形成和規(guī)律的建立都不能簡(jiǎn)單地拼湊在一起。 它需要嚴(yán)格的科學(xué)歸納、推理和論證。
1.3 科學(xué)探究
科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)必須不失任何機(jī)會(huì)。 本章教材雖然沒(méi)有以“探索”二字呈現(xiàn)探索性實(shí)驗(yàn)，但科學(xué)探究思想的滲透卻貫穿于章節(jié)的設(shè)計(jì)之中。 圖1框圖所示的設(shè)計(jì)思路可以體現(xiàn)教材如何引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究過(guò)程，完成動(dòng)量守恒定律的學(xué)習(xí)。
1. 4 科學(xué)態(tài)度和責(zé)任
本章教材的設(shè)計(jì)力求使學(xué)生能夠運(yùn)用動(dòng)量守恒定律解釋生產(chǎn)生活中的相關(guān)現(xiàn)象，加深對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。 例如，《STSE》欄目中的《汽車(chē)碰撞測(cè)試》和《科學(xué)漫步》欄目、《運(yùn)動(dòng)測(cè)量的歷史爭(zhēng)論》以及第5、6版塊的設(shè)計(jì)，注重科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。
2 具體說(shuō)明
2. 1 第 1 節(jié)勢(shì)頭
本節(jié)設(shè)計(jì)從觀察“問(wèn)題”欄目中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（兩個(gè)相同鋼球的碰撞）開(kāi)始，進(jìn)而討論問(wèn)題。 在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了與上述實(shí)驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的條件的演示實(shí)驗(yàn)，即“質(zhì)”“不同球的碰撞”問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步尋求碰撞中的“不變量”。 這樣處理的目的一方面是為動(dòng)量概念的引入提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)； 另一方面，引導(dǎo)學(xué)生親身體驗(yàn)、體會(huì)科學(xué)探究的過(guò)程。 需要注意的是，學(xué)生在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并引發(fā)猜想，認(rèn)識(shí)自然的和諧統(tǒng)一。
本章教材并沒(méi)有詳細(xì)闡述動(dòng)量概念形成的歷史過(guò)程，而是以旁注的形式給出：“物理學(xué)家總是在尋求自然界萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，包括尋找某些不斷變化的世界中的不變量。” ． 此外，關(guān)于保護(hù)的思維方法對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)并不陌生。 他們?cè)诟咧形锢肀匦拚n中已經(jīng)學(xué)過(guò)《機(jī)械能守恒定律》、《電荷守恒定律》、《能量守恒定律》等。 他們對(duì)教材設(shè)計(jì)的“尋求碰撞”感興趣。 你會(huì)對(duì)“方程中的不變量”的要求有更深入的理解，在此基礎(chǔ)上，動(dòng)量概念的引入就會(huì)變得自然合理。
不過(guò)，應(yīng)該明確的是動(dòng)量守恒定律的實(shí)例分析，課本上設(shè)計(jì)的尋求碰撞的“不變量”并不是“守恒量”，但“不變量”的結(jié)果會(huì)給我們一個(gè)強(qiáng)烈的提示：兩個(gè)之間很可能存在“守恒”。碰撞過(guò)程中的物體。 “數(shù)量”，這個(gè)猜測(cè)是有實(shí)驗(yàn)依據(jù)的。 在教學(xué)中，要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到規(guī)律的成立不能簡(jiǎn)單地得出結(jié)論。 只有當(dāng)結(jié)論推導(dǎo)出來(lái)的許多新結(jié)果與事實(shí)相符時(shí)，它才能成為法律。 學(xué)生雖然無(wú)法獨(dú)立完成這一過(guò)程，但通過(guò)親身體驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、猜想、挖掘證據(jù)來(lái)探索“不變量”的過(guò)程，具有非常重要的教育價(jià)值。
另外，需要引導(dǎo)學(xué)生注意動(dòng)量是一個(gè)向量，對(duì)此必須有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。 這又涉及到理解向量運(yùn)算的問(wèn)題。
2.2 第2節(jié)動(dòng)量定理
教科書(shū)從物體在恒力作用下以勻速直線運(yùn)動(dòng)的情況推導(dǎo)出動(dòng)量定理。 這是科學(xué)方法從特殊概括到普遍的應(yīng)用。 動(dòng)量定理不僅適用于常力，也適用于變力。 正是因?yàn)樗鼈冞m用于可變力，所以它們具有廣泛的應(yīng)用。 但由于理論推導(dǎo)較困難，所以在中學(xué)階段要求不宜太高。 教科書(shū)使用積分的思想（已滲透到必修物理課程中）來(lái)提供定性解釋。
我們從課本上動(dòng)量定理的推導(dǎo)過(guò)程可以看出，物體動(dòng)量的變化率等于它所受到的力。 這說(shuō)明動(dòng)量定理的物理本質(zhì)與牛頓第二定律是相同的。 引導(dǎo)學(xué)生嘗試用動(dòng)量的概念來(lái)表示牛頓第二定律，這將有助于學(xué)生更深入地理解動(dòng)量的概念以及描述運(yùn)動(dòng)與相互作用關(guān)系的問(wèn)題。
2.3 動(dòng)量守恒定律第三節(jié)
本章教材利用動(dòng)量定理和牛頓第三定律動(dòng)量守恒定律的實(shí)例分析，用科學(xué)的推導(dǎo)方法推導(dǎo)出動(dòng)量守恒定律。 教材引導(dǎo)學(xué)生在理解動(dòng)量和動(dòng)量定理的基礎(chǔ)上，介紹系統(tǒng)、內(nèi)力、外力的概念。 為了使學(xué)生深入理解動(dòng)量守恒定律以及運(yùn)動(dòng)與相互作用的關(guān)系，教材將動(dòng)量守恒定律與牛頓運(yùn)動(dòng)定律緊密結(jié)合起來(lái)，并通過(guò)實(shí)例揭示了牛頓運(yùn)動(dòng)定律反映了相互作用從“力”的角度來(lái)看，物體之間。 動(dòng)量守恒定律從“動(dòng)量”的角度描述了物體之間相互作用的本質(zhì)。
動(dòng)量守恒定律不僅適用于碰撞，也適用于任何形式的相互作用。 動(dòng)量守恒定律的普遍性為學(xué)生深入理解自然的和諧統(tǒng)一提供了很好的范例。 同時(shí)，它也開(kāi)辟了解決機(jī)械問(wèn)題的新途徑。 教材通過(guò)實(shí)例展示了動(dòng)量守恒定律在解決碰撞問(wèn)題中的優(yōu)勢(shì)。
2. 4 第四節(jié)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律
本部分教材重點(diǎn)對(duì)“實(shí)驗(yàn)思路”、“物理量測(cè)量”和“數(shù)據(jù)分析”進(jìn)行設(shè)計(jì)，指導(dǎo)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。 本節(jié)給出了“滑塊碰撞氣墊導(dǎo)軌時(shí)動(dòng)量守恒的研究”和“滑槽末端小球碰撞時(shí)動(dòng)量守恒的研究”兩個(gè)參考案例來(lái)驗(yàn)證勢(shì)頭。 在本節(jié)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)的一種重要形式，是科學(xué)探究的有效方式。 教科書(shū)力求在參考案例等驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)科學(xué)探究精神的滲透。 需要設(shè)計(jì)方法來(lái)獲取多重相關(guān)證據(jù)等。本節(jié)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)應(yīng)在科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的整個(gè)章節(jié)中考慮。
2. 5 第5節(jié) 彈性碰撞與非彈性碰撞
本部分目的不是為了讓學(xué)生提高對(duì)碰撞知識(shí)的理解，而是以碰撞知識(shí)為載體，將科學(xué)思維和科學(xué)探究的要素深入細(xì)致地落實(shí)到學(xué)科核心能力中，運(yùn)用碰撞規(guī)律。真實(shí)和典型情況下的動(dòng)量守恒。
教師應(yīng)關(guān)注學(xué)生能否靈活運(yùn)用動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律解決典型的碰撞問(wèn)題。 事實(shí)上，沒(méi)有必要記住本練習(xí)課所使用的練習(xí)的結(jié)論，也不應(yīng)該讓學(xué)生以這些結(jié)論作為解決新問(wèn)題的前提。
教材在得到兩個(gè)小球碰撞后速度的關(guān)系后，在三種特殊情況下討論了兩個(gè)小球碰撞后速度的關(guān)系：m1=m2、m1≥m2、m1≤m2。 目的是向老師和學(xué)生傳達(dá)一個(gè)信息：通過(guò)公式，我們可以看到不同物理量之間的依賴關(guān)系以及某些物理量的變化趨勢(shì)，從中可以得出許多定性的結(jié)論。 這種能力對(duì)于學(xué)生學(xué)好物理課程非常重要。
本課為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)真實(shí)的情境來(lái)體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程。 學(xué)生們通過(guò)生活經(jīng)歷，已經(jīng)對(duì)這類(lèi)碰撞的結(jié)果有了自己的期待。 運(yùn)用物理知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析后，看結(jié)論是否與生活經(jīng)驗(yàn)相符。 這是在探索問(wèn)題的過(guò)程中獲取“證據(jù)”并分析問(wèn)題。 給出合理的“解釋”。
2. 6節(jié)6反沖運(yùn)動(dòng)火箭彈
本節(jié)的設(shè)計(jì)從如何解釋“問(wèn)題”欄目中章魚(yú)的游動(dòng)開(kāi)始，進(jìn)而引出圍繞發(fā)射炮彈的炮體后退現(xiàn)象的后坐運(yùn)動(dòng)。 教材引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用動(dòng)量守恒定律來(lái)解釋反沖運(yùn)動(dòng)。 同時(shí)，教材通過(guò)生產(chǎn)生活中的實(shí)例介紹反沖運(yùn)動(dòng)，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)加深對(duì)反沖運(yùn)動(dòng)的理解，最后介紹火箭的飛行原理。
教材的“思考與討論”欄目旨在指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)動(dòng)量守恒定律完成書(shū)中的推導(dǎo)，并從理論上講清楚：火箭最終獲得的速度主要取決于兩個(gè)條件，一是噴射速度，二是質(zhì)量比，即火箭起飛時(shí)的質(zhì)量與燃料燃盡時(shí)的質(zhì)量之比。 噴射速度越大，質(zhì)量比越大，火箭的最終速度也越大（忽略重力的影響）。
最后，教材以“科學(xué)漫步”欄目的形式介紹了“三級(jí)火箭”的內(nèi)容，要求在進(jìn)一步介紹我國(guó)航空航天進(jìn)步的同時(shí)拓展火箭知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)熱情。熱情。