高中物理 《物体碰撞》教案 粤教版选修35.docx

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高中物理《物体碰撞》教案粤教版选修35

2019-2020年高中物理《物体碰撞》教案粤教版选修3-5

★新课标要求

（一）知识与技能

1．认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞

2．了解微粒的散射

（二）过程与方法

通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。

（三）情感、态度与价值观

感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。

★教学重点

用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题

★教学难点

对各种碰撞问题的理解．

★教学方法

教师启发、引导，学生讨论、交流。

★教学用具：

投影片，多媒体辅助教学设备

★课时安排

1课时

★教学过程

（一）引入新课

碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点：

1．碰撞过程中动量守恒．

提问：

守恒的原因是什么？

（因相互作用时间短暂，因此一般满足F内>>F外的条件）

2．碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变．

3．碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加．

提问：

碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？

（在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）

熟练掌握碰撞的特点，并解决实际的物理问题，是学习动量守恒定律的基本要求．

（二）进行新课

1．展示投影片1，内容如下：

如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动．设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少？

组织学生认真读题，并给三分钟时间思考．

（1）提问学生解题方法，可能出现的错误是：

认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失，因而解之为

Mg（h+L）+mgL-FL=0．

将此结论写在黑板上，然后再组织学生分析物理过程．

（2）引导学生回答并归纳：

第一阶段，M做自由落体运动机械能守恒．m不动，直到M开始接触m为止．再下面一个阶段，M与m以共同速度开始向地层内运动．阻力F做负功，系统机械能损失．

提问：

第一阶段结束时，M有速度，，而m速度为零。

下一阶段开始时，M与m就具有共同速度，即m的速度不为零了，这种变化是如何实现的呢？

引导学生分析出来，在上述前后两个阶段中间，还有一个短暂的阶段，在这个阶段中，M和m发生了完全非弹性碰撞，这个阶段中，机械能（动能）是有损失的．

（3）让学生独立地写出完整的方程组．

第一阶段，对重锤有：

第二阶段，对重锤及木楔有

Mv+0=（M+m）．

第三阶段，对重锤及木楔有

（4）小结：

在这类问题中，没有出现碰撞两个字，碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的，在做题中，要认真分析物理过程，发掘隐含的碰撞问题．

2．展示投影片2，其内容如下：

如图所示，在光滑水平地面上，质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球，此装置一起以速度v0向右滑动．另一质量也为M的滑块静止于上述装置的右侧．当两滑块相撞后，便粘在一起向右运动，则小球此时的运动速度是多少？

组织学生认真读题，并给三分钟思考时间．

（1）提问学生解答方案，可能出现的错误有：

在碰撞过程中水平动量守恒，设碰后共同速度为v，则有

（M+m）v0+0＝（2M+m）v．

解得，小球速度

（2）教师明确表示此种解法是错误的，提醒学生注意碰撞的特点：

即宏观没有位移，速度发生变化，然后要求学生们寻找错误的原因．

（3）总结归纳学生的解答，明确以下的研究方法：

①碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动，悬线处于竖直方向．

②两个滑块碰撞时间极其短暂，碰撞前、后瞬间相比，滑块及小球的宏观位置都没有发生改变，因此悬线仍保持竖直方向．

③碰撞前后悬线都保持竖直方向，因此碰撞过程中，悬线不可能给小球以水平方向的作用力，因此小球的水平速度不变．

④结论是：

小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞，小球的速度保持为v0．

（4）小结：

由于碰撞中宏观无位移，所以在有些问题中，不是所有物体都参与了碰撞过程，在遇到具体问题时一定要注意分析与区别．

3．展示投影片3，其内容如下：

在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如图所示．若能发生正碰，则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是  （）

A．△pA=-3kgm/s；△pB=3kgm/s

B．△pA=3kgm/s；△pB=3kgm/s

C．△pA=-10kgm/s；△pB=10kgm/s

D．△pA=3kgm/s；△pB=-3kgm/s

组织学生认真审题．

（1）提问：

解决此类问题的依据是什么？

在学生回答的基础上总结归纳为：

①系统动量守恒；②系统的总动能不能增加；③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量；④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同；⑤如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度．

（2）提问：

题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化？

帮助学生回忆的关系。

（3）提问：

题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系？

要求学生认真读题，挖掘隐含的质量关系，即A追上B并相碰撞，

所以，，即，

（4）最后得到正确答案为A．

4．展示投影片4，其内容如下：

如图所示，质量为m的小球被长为L的轻绳拴住，轻绳的一端固定在O点，将小球拉到绳子拉直并与水平面成θ角的位置上，将小球由静止释放，则小球经过最低点时的即时速度是多大？

组织学生认真读题，并给三分钟思考时间．

（1）提问学生解答方法，可能出现的错误有：

认为轻绳的拉力不做功，因此过程中机械能守恒，以最低点为重力势能的零点，有

得

（2）引导学生分析物理过程．

第一阶段，小球做自由落体运动，直到轻绳位于水平面以下，与水平面成θ角的位置处为止．在这一阶段，小球只受重力作用，机械能守恒成立．

下一阶段，轻绳绷直，拉住小球做竖直面上的圆周运动，直到小球来到最低点，在此过程中，轻绳拉力不做功，机械能守恒成立．

提问：

在第一阶段终止的时刻，小球的瞬时速度是什么方向？

在下一阶段初始的时刻，小球的瞬时速度是什么方向？

在学生找到这两个速度方向的不同后，要求学生解释其原因，总结归纳学生的解释，明确以下观点：

在第一阶段终止时刻，小球的速度竖直向下，既有沿下一步圆周运动轨道切线方向（即与轻绳相垂直的方向）的分量，又有沿轨道半径方向（即沿轻绳方向）的分量．在轻绳绷直的一瞬间，轻绳给小球一个很大的冲量，使小球沿绳方向的动量减小到零，此过程很类似于悬挂轻绳的物体（例如天花板）与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞，由于天花板的质量无限大（相对小球），因此碰后共同速度趋向于零．在这个过程中，小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了．因此，整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的．

（3）要求学生重新写出正确的方程组．

．

解得

（4）小结：

很多实际问题都可以类比为碰撞，建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题．下面继续看例题．

5．展示投影片5，其内容如下：

如图所示，质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连，水平地面光滑．mA、mB原来静止，在瞬间给mB一很大的冲量，使mB获得初速度v0，则在以后的运动中，弹簧的最大势能是多少？

在学生认真读题后，教师引导学生讨论．

（1）mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型？

（因系统水平方向动量守恒，所以可类比为碰撞模型）

（2）当弹性势能最大时，系统相当于发生了什么样的碰撞？

（势能最大，动能损失就最大，因此可建立完全非弹性碰撞模型）

经过讨论，得到正确结论以后，要求学生据此而正确解答问题，得

到结果为

（三）课堂小结

教师活动：

让学生概括总结本节的内容。

请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

学生活动：

认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。

点评：

总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。

（四）作业

“问题与练习”1～5题★教学体会

思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。

学生素质的培养就成了镜中花，水中月。

★教学资料

一维弹性碰撞的普适性结论

新课标人教版选修3-5第15页讨论了一维弹性碰撞中的一种特殊情况（运动的物体撞击静止的物体），本文旨在在此基础之上讨论一般性情况，从而总结出普遍适用的一般性结论。

在一光滑水平面上有两个质量分别为、的刚性小球A和B，以初速度、运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为和。

我们的任务是得出用、、、表达和的公式。

、、、是以地面为参考系的，将A和B看作系统。

由碰撞过程中系统动量守恒，有

①

有弹性碰撞中没有机械能损失，有

②

由①得

由②得

将上两式左右相比，可得

即或③

碰撞前B相对于A的速度为，碰撞后B相对于A的速度为，同理碰撞前A相对于B的速度为，碰撞后A相对于B的速度为，故③式为或，其物理意义是：

碰撞后B相对于A的速度与碰撞前B相对于A的速度大小相等，方向相反；

碰撞后A相对于B的速度与碰撞前A相对于B的速度大小相等，方向相反；

故有

[结论1]对于一维弹性碰撞，若以其中某物体为参考系，则另一物体碰撞前后速度大小不变，方向相反（即以原速率弹回）。

联立①②两式，解得

④

⑤

下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。

●若，即两个物体质量相等

，，表示碰后A的速度变为，B的速度变为。

故有

[结论2]对于一维弹性碰撞，若两个物体质量相等，则碰撞后两个物体互换速度（即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）。

●若，即A的质量远大于B的质量

这时，，。

根据④、⑤两式，

有，

表示质量很大的物体A（相对于B而言）碰撞前后速度保持不变。

⑥

●若，即A的质量远小于B的质量

这时，，。

根据④、⑤两式，

有，

表示质量很大的物体B（相对于A而言）碰撞前后速度保持不变。

⑦

综合⑥⑦，可知：

[结论3]对于一维弹性碰撞，若其中某物体的质量远大于另一物体的质量，则质量大的物体碰撞前后速度保持不变。

至于质量小的物体碰后速度如何，可结合[结论1]和[结论3]得出。

以为例，由[结论3]可知，由[结论1]可知，即，将代入，可得，与上述所得一致。

以上结论就是关于一维弹性碰撞的三个普适性结论。

[练习]如图所示，乒乓球质量为m，弹性钢球质量为M（M>>m），它们一起自高度h高处自由下落，不计空气阻力，设地面上铺有弹性钢板，球与钢板之间的碰撞及乒乓球与钢球之间的碰撞均为弹性碰撞，试计算钢球着地后乒乓球能够上升的最大高度。

解析：

乒乓球和弹性钢球自状态1自由下落，至弹性钢球刚着地（状态2）时，两者速度相等

则

弹性钢球跟弹性钢板碰撞后瞬间（状态3），弹性钢球速率仍为v，方向变为竖直向上

紧接着，弹性钢球与乒乓球碰，碰后瞬间（状态4）乒乓球速率变为v′

由[结论3]可知，弹性钢球与乒乓球碰后弹性钢球速度保持不变（速率仍为v，方向为竖直向上）；

由[结论1]可知，弹性钢球与乒乓球碰前瞬间（状态3）乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v，方向为竖直向下，弹性钢球与乒乓球碰后瞬间（状态4）乒乓球相对于弹性钢球的速度为2v，方向为竖直向上。

则v′=3v

由得

2019-2020年高中物理《物体运动状态的改变》新课程设计新人教版必修1

　　xx年9月，高中课程改革试点工作在广东、山东、海南和宁夏四个省、自治区全面展开。

我省也在为实行新课程改革紧锣密鼓地筹备中，除已对工作在一线教学的教师进行新课程改革培训，还结合我省物理教学的实际情况，在课堂教学中不断改进教学方法，不仅侧重基本知识、基本技能的培养，更加注重教师对学生在实际应用领域的引导，注重对学生解决问题过程中分析能力的培养，注重对学生科学方法，情感教育的熏陶。

通过教师教学多样化的改革，以有利于学生学习方式的多样化，让课堂教学活动的开展更加生动活泼。

此外，在中学物理教学中将不断尝试把课堂教学与研究性学习循序渐进地结合起来。

把先进、便捷的多媒体教学方式恰当地引入物理课堂，引导学生把信息工具当做日常促进自主学习的认知工具与情感激励工具，充分发挥学生在学习过程中的主动性、积极性与创造性，使学生在学习过程中真正成为信息加工的主体和知识意义上的主动建构者（而不是外部刺激的被动接受器和知识灌输的对象）；教师则要成为课堂教学的组织者、指导者。

　　基于上述我省中学物理教学工作改革的方向，尝试在实际教学中不断渗透此种理念。

比如福建省福州市第一中学物理组在揣摩新课程改革的理念中，有了突出的成绩，下面将该校物理组张彬旭老师代表我省高中组参加的“全国第六届物理青年教师讲课大赛”的现场教学设计作为案例加以说明。

　　“物体运动状态的改变”是牛顿第一定律和牛顿第二定律相互结合过渡的内容，以往在教学中处理这节课的内容较为简略，基本上与其他内容合并讲解，本文将尝试在这部分内容的教学设计上有所创新。

　　一、“物体运动状态的改变”新课的引入

　　由于学生在初中阶段已经接触有关描述物体运动状态的相关内容，所以，对于这个问题的处理，不宜花费学生太多的时间和精力，采用恰当的具体实例作为提出问题的方式与新的知识进行衔接，可以达到温故引新的效果。

　　例　（导入新课问题设计）：

学生通过自由选择回答的方式，判断以下物体的运动状态是否发生变化，并引导学生从实例中体会判断物体运动状态改变的表象。

（1）飞机在空中做匀速直线飞行，它的运动状态是否变化？

（2）蹦极运动员做加速度的大小和方向都不变的直线运动，他的运动状态是否变化？

　　（3）运动员速度大小不变地绕操场奔跑一圈，在其奔跑的过程中，运动状态是否变化？

　　通过上面提出的问题，学生在分析实际问题的同时能够领会到：

判断物体运动状态是否变化，要以物体的速度（包括速度的大小和方向）是否都发生变化为依据。

速度发生变化──无论是速度大小变化还是速度的方向变化，都意味物体的运动状态发生了变化。

根据运动学所学知识速度发生变化的物体必定具有加速度。

由此，教师又可以引导学生将新旧内容融合并升华，即无论加速度是否恒定，具有加速度的物体，其运动状态一定在发生变化。

　　二、探究“物体运动状态改变”的原因

　　课堂教学要突显学生的主体地位，体现师生的互动性。

为了调动学生主动学习的热情，使他们更好地参与到课堂教学中来，在设置问题时，侧重学生感兴趣的话题。

如，为了引导学生分析物体运动状态改变的原因，本课借助学生对体育方面的热情，以策划xx年奥运会上“中、俄女排决赛”为例，让学生通过观赏（比赛实况中激动人心的片断），用以分析排球的运动状态是否发生变化，再将发球过程剪辑慢放，让学生分析发球过程可分解为几个阶段，并研究排球在每个阶段运动状态如何变化。

以此培养学生的观察能力、总结归纳的能力。

同时利用这个例子对学生进行情感教育，增强学生的集体荣誉感和责任感，培养自己的坚忍不拔，顽强拼搏的奋斗精神。

　　通过上面的铺垫，很自然地提出第二板块的问题：

排球的运动状态发生变化，是什么原因导致它的运动状态变化？

抓住学生对排球比赛的关切，可以很容易地把学生带人这个问题的情境之中，并激起他们解决这个问题的兴趣，让学生在轻松，兴趣的环境下积极参加到这个思维活动中来。

　　学生在分析发球过程中，可能出现过程分解阶段不够全面的结果，教师可以适当进行引导，并且在学生概括出排球所发生的各种运动状态的改变都是因为受到各种力的作用的基础上，尝试引导学生进一步在理论上升华：

力作用在物体上，可以使它的运动状态发生变化，它的运动状态发生变化也就是它的速度发生变化，速度变化的物体必定具有加速度，由此概括出：

力是物体产生加速度的原因。

得到物体产生的加速度与物体所受的力有关。

这正是对下节课“牛顿第二定律内容”的一个铺垫。

　　由上面实例的分析，得出力是改变物体运动状态的原因，也就是说“力总是要试图改变物体的运动状态”。

再进一步设问，同样大小的力作用在不同物体上，物体运动状态改变的快慢一样吗？

通过实际教学，学生可以回答：

“不一样，但是真正的原因，学生并不一定清楚，由此教师可抓住机会继续激发学生探究问题的兴趣以及他们求知的热情。

　　三、如何量度物体的惯性大小

　　同样的外部因素对不同的物体可能产生了不同的效果，这表现出不同物体运动状态改变的难易程度不尽相同，这显然是由于不同的物体具有某种属性的差异所造成的，那么这个属性是什么呢？

该问题的提出，可以自然、简捷地把教学引入第三板块──“关于惯性”的学习。

　　初中学生已学习了什么是惯性，所以对物体运动状态改变的难易程度不一样，就意味着物体保持原有运动状态的能力不同，这种能力称为物体的惯性，这种能力的大小即物体惯性的大小，这部分内容可以理解，进而可以引导学生凭借自己的生活经验及所了解的知识进行猜想，物体惯性的大小与哪些物理量有关？

或者说，可以通过什么物理量量度物体惯性的大小？

　　让学生结合自己所学知识或生活经验讨论这个问题，发表自己的看法，最大限度地发挥他们的主动性、能动性和创造性，提倡小组交流，合作学习，促进每一个学生都能够得到充分、自由的发展。

在这个基础上，教师根据学生的讨论情况通过实验依次验证学生的观点是否正确。

　　通过实际教学尝试，学生对上述问题讨论的结果通常有以下两种猜测：

　　第一种猜测是：

物体的惯性大小与物体质量大小有关。

这一猜测是否正确，请学生设计实验方案给予验证。

　　提供的设备：

两个质量相同的小车、上下平行的相同轨道、细线（一端连接小车，另一端连接可装砝码的小桶，小桶通过细线可对小车提供拉力）、砝码。

　　学生在实验方案设计中容易想到：

改变其中一个小车质量，使得两小车质量不同，用力拉两个小车，改变它们的运动状态，然后比较它们运动状态改变的难易程度，即惯性的大小。

　　在学生提出此方案后，可对学生发出以下质疑，再次引导他们积极思考：

①对两个小车施加的力的大小是否有什么要求？

②如何判断两个小车运动状态改变的难易程度？

　　在问题①的分析中给学生渗透物理学中重要的实验方法：

控制变量法；问题②的分析要使学生懂得：

在相同力的作用下，如果两个物体运动状态改变的快慢不同，则反映出它们保持原有运动状态的能力不同，即惯性大小不同。

　　教师可根据学生的分析与设计方案完成实验：

　　【演示实验1】①在滑板上放有两个质量相同的小车，用同样大小的力拉它们。

同学们观察它们运动状态改变快慢的情况。

　　②在其中一个小车上加砝码，另一小车不变，依然用同样大小的力拉它们，请同学们再观察它们运动状态改变快慢的情况，并间接判断两个小车惯性的大小。

其中步骤①的设置是为了与步骤②产生对比效果。

　　【实验结果】很明显：

在相同的力的作用下，装有砝码的小车运动状态改变较慢，这就表现出该小车保持原有运动状态能力较强，运动状态较难改变，惯性较大。

　　在这个问题的分析过程中，学生经常会步入另一个认识的误区──将物体速度变化的快慢混同于物体运动状态改变的难易程度。

为了解决这个问题，可在演示实验1中第②步实验基础上继续步骤③：

加大作用在装有砝码的小车上力的作用，使得两个小车的运动状态改变的快慢相同。

让学生通过实验现象的分析，自己从这个认识的误区中走出来，培养学生对实验的观察分析能力和自我免疫能力，以及在科学探索中“去伪存真”的学习方法。

　　第二种猜测是：

惯性的大小是否与物体速度有关？

本课建议可利用气垫导轨配以一个多功能数据采集系统设计一个实验，目的是通过这个实验纠正学生中最常见的、由“表面经验”所造成的错误认识。

　　实验设计加下：

　　【演示实验2】在倾斜的气垫导轨上，让一滑块分别从导轨上的不同位置开始下滑。

在气垫导轨倾角不变的情况下，同一个滑块的质量其所受的合外力是完全确定的。

滑块滑行的程中，数据采集系统将自动记录滑块运动的息，并在显示屏显示出滑块经过两个光电门时的速度及在两个光电门之间运动的加速度。

比各次显示的实验数据，得到：

虽然滑块在两光电门之间的运动的速度每次各不相同，但是它的加速度却是相同的。

说明同一滑块在相同的外力作用下，它的运动状态改变的快慢是相同的。

即同一滑块保持原有运动状态的能力相同，即惯性大小与速度大小无关。

　　实验事实是最具有说服力的，以实验作为师生交流思想、创造教学互动的媒介无疑也是最有效的，这也是这节课教案设计的主导思想。

　　上面是“物体运动状态的改变”的主要知识内容的课堂设计思路。

当然，物理这个学科的学习特点，除了掌握理论知识，更应该懂得怎么将理论知识在实际中应用。