[提出问题]两个物体碰撞前后速度都发生变化，变化的情况却又各不相同。
现象1、现象3提示我们碰撞前后有什么物理量保持不变？
现象2更加一般性，是否也具有共同的“不变量”呢？
[分析讨论]学生可能提出运动小球的速度，运动小球的动能，运动小球的高度，运动小球的能量保持不变。
教师运用感性实验现象引导学生由感性到理性的思考，关注碰撞问题所表现出的物体运动状态的改变。
并能结合学生的认知逻辑水平，引导学生提出合理的猜想。
2．灵活优化，充分结合运用物理“实验探究”和“科学探究”教学模式开展教学
（1）创设感性实验猜想情景，引导学生进行猜想
[引导猜想]碰撞前后物体质量是不变的。
显然并不是我们追寻的“不变量”。
根据猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，由数学表达语言对称和谐出发。
一个物体的速度在碰撞前后是变化的，二个物体的速度之和在碰撞前后是不是不变呢？
即：
[实验验证]
引导性提问：
猜想“不变量”表达中与碰撞物体的质量可能无关出发，符合猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，符合科学语言对称和谐美。
如何改进对比实验情境→设计定量实验来验证猜想？
分析讨论：
实验中如何保证碰撞是一维的？
怎样测量两个物体的碰撞前后速度？
学生得出：
由
转换测量A，B物块碰撞前后的摆起的高度，计算碰撞前后物块的速度。
即：
教师提出这个引导问题，是发挥教师的主导作用，引导研究方法，有利于探究过程的体现，避免课堂探究教学转变为验证性实验。
实验方案的设计注重基础性，继承性和迁移性，避免学生实验设计的形式化。
[实验设计]：
（参考案例二学生提出、交流完善，确定设计；改进的装置如图所示。
）
说明：
迁移和继承引课实验的情境，用生活化的素材参与设计，体现碰撞的一般性和情趣性，激发学生实验探究的动机和创造性思维的火花。
单线摆不稳定，对心碰撞困难。
用光滑图板限定和大号象棋可以保证碰撞的一维性，通过对象棋配重可以容易改变质量大小。
[实验操作1]：
说明：
通过贴金属片（1元硬币）或打孔{填铁砂}方法制成两个质量相近的大号象棋。
控制条件（mA=mB＝24．8g v2=0）用天平测量。
将A拉起h1后释放，B竖直静止悬挂。
A摆下和B发生碰撞。
用“逐次逼近法”确定A，B上升的最高位置：
先用目测确定摆上升的最高位置，做出标记，然后再重复碰撞几次，逐次修正出准确位置。
从图纸上测量出h1，h1’，h2’的数值。
数据记录：
mA=mB＝24．8g 由
得：
碰撞前
碰撞后
h1
v1
h2
v2
h1’
v1’
h2’
v2’
0
0
v1+v2
v1’+v2’
[分析讨论]：
猜想成立吗？
如果成立，是否具有普通性呢？
从特殊到一般引导学生理解科学实验规律的一般性原理。
[实验操作2]：
说明：
改变A，B物体的质量关系。
通过贴金属片（1元硬币）或打孔{填铁砂}方法制成两个质量相近两倍的大号象棋。
控制条件（mA=50．0g mB=24．8g v2=0 1个1元硬币质量6．0g）
数据记录：
（mA=50．0g mB=24．8g v2=0）
碰撞前
碰撞后
h1
v1
h2
v2
h1’
v1’
h2’
v2’
0
0
v1+v2
v1’+v2’
[分析讨论]：
猜想
并不是普通成立。
二个物体的速度之和不是“不变量”。
在A，B碰撞中，两物体的速度碰撞前后是变化的，发现二个物体的速度之和与碰撞物体的质量是有关的。
质量是不变的，但碰撞物体的质量大小却会影响碰撞前后的运动状态。
证伪了猜想后又如何修正猜想呢？
猜想的表达式中可能包含m量。
（2）铺设证伪实验情景，引导学生进行猜想。
[引导修正，提升猜想]由引导实验的观察和以上证伪过程，由运动小球的能量可能保持不变猜想：
二个物体各自质量与自己的速度平方乘积之和碰撞前后是不是不变呢？
即：
[分析讨论]：
由：
并应用[实验操作1]：
[实验操作2]：
的数据记录。
可以发现只要验证：
是否成立？
碰撞前
碰撞后
h1
h2
h1’
h2’
0
m1h1
m1h1’+m2h2’
学生：
猜想成立吗？
如果成立，是否具有普通性呢？
从特殊到一般继续引导学生理解科学实验规律的一般性原理。
[实验操作3]：
说明：
通过在象棋相碰的侧面贴上强性的双面胶，如图所示。
控制条件（mA=mB＝24．8g v2=0）
将A拉起h1后释放，A摆下和B发生碰撞。
使A、B相碰后粘合在一起向上摆。
用“逐次逼近法”确定A，B上升的最高位置，测出h1，h1’，h2’的数值。
数据记录：
mA=mB＝24．8g
碰撞前
碰撞后
h1
h2
h1’
0
m1h1
（m1+m2）h1’
[分析讨论]：
发现当A、B碰撞前后如果是分离的情况能量损耗较小，而A、B碰撞后粘合成一起，这样的相碰撞过程中能量明显有较大的损耗。
那么碰撞前后的动能也并不是要追寻的“不变量”。
通过在前面的1，2，3实验操作中，引导学生由简单到复杂，由熟悉到继承，由关联到创新。
已经猜想证伪了
，后来发现碰撞中的运动状态改变与质量是有关的，又证伪了
。
[修正提升猜想]那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是“不变量”呢？
即：
说明：
学生对碰撞问题既熟悉又陌生，要求学生直接猜想
是困难的，要设计符合学生认知水平的猜想情境和台阶环节是必要的。
再进行针对性强的引导，在猜想环节设置演示实验（有一定半定量性质的），学生熟悉并操作简洁，数据处理方法创新的实验情境中（而不是复杂的实验测量装置如气垫导轨，光电门等）发挥教师的主导作用。
再给定器材的实验，设计方向明确，可以降低难度。
也容易让学生理解猜想的理性思考，从而实现过程探究的教学过程。
[实验操作和讨论整合]：
结合实验操作1、2、3三次实验数据记录环节[分析讨论]：
发现当A、B碰撞前后是分离的还是A、B碰撞后粘合成一起的，A、B质量相等的还是A、B质量不相等的。
在师生互动协作过程中初步验证猜想。
是否具有普通性呢？
从特殊到一般继续引导学生理解科学实验规律的一般性原理。
在学生进行分组实验之前，继续创设悖论实验情景，铺设“不变量”矢量性内涵。
（3）创设悖论实验情景，铺设“不变量”矢量性的内涵。
[新的问题情境]：
在对比实验中乒乓球A摆起后，碰撞原来静止的铁球B，我们发现乒乓球A反方向弹回来，铁球B几乎保持静止。
一个小质量的物块去碰撞一个大质量的物块会发生反方向弹回的现象。
这也是一种碰撞现象，在这种碰撞现象中两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和是不是“不变量”呢？
即：
仍成立吗？
[实验操作4]：
控制条件 mA=24．8g mB＝50．0g v2=0
碰撞前
碰撞后
h1
v1
h2
v2
h1’
v1’
h2’
v2’
0
0
+
[分析讨论]：
我们发现，实验数据的正值代入，对于上述过程碰撞前后
和
+
并不相同。
这是为什么呢？
这里创设一个悖论实验现象，为理解这个“不变量”的矢量性作一个铺垫。
[渗透科学史教育，理解“不变量”的矢量性]笛卡尔被这一问题也难住了很长一段时间，直到被荷兰物理学家惠更斯解决。
在牛顿所著的《自然哲学的数学原理》一书中这样描述：
推论：
由指向同一方向的运动的和。
以及由相反方向的运动的差。
所得的运动的量，在物体间相互作用中保持不变。
”引导学生发现如果引入方向的正负性的话，
与
－
具有相等性的特征。
（4）进行分组实验实践
将学生分成3大组，每种方案都安排6个小组进行实验，拿出事先准备好的仪器，学生进行实验。
实验主要器材如下。
说明：
如图甲原装置水平要铺设白纸和复写纸，关键是碰撞小球要反复弹跳，落点不清晰，影响集体实验效率和精度。
改变为用光具座纸盒子填细沙长槽来替代。
小球一落就陷下细沙里，落点单一清晰准确，非常利于测量。
而且小球在实验室里也不会到处乱滚。
这个填细沙长槽还可以用于如图丙的“爆炸类”碰撞的实验，实验简便，效果也是非常突出的。
[探究结论小结提高]碰撞中的“不变量”是：
两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和。
即：
并且碰撞中的“不变量”mv具有矢量性。
【知识结构与板书设计】
【作业设计】
1．利用其余时间，每位同学到实验室尝试再做一种不同方案的实验。
2．这本节课程中的实验方案设计里，关于两个物体碰撞前后的速度测量方法有哪些？
你觉得哪种测量方法对你有所启发？
3．某同学选取了两个体积相同、质量不等的小球，按下述步骤做了如下实验：
①用天平测出两个小球的质量分别为m1和m2，且m1>m2．
②按照如图1所示，槽的末端切线水平。
将另一木条竖直固定在右侧。
③先不放小球m2，让小球m1从斜槽顶端A处由静止开始滚下，在竖直面上的落点位置E。
④将小球m2放在斜槽前端边缘处，让小球m1从斜槽顶端A处滚下，使它们发生碰撞，记下小球m1和小球m2在斜面上的落点位置。
⑤找出小球放在斜槽末端时小球球心对应的木板上的等高点C。
⑥用刻度尺量出各落点到C位置的距离，图中D、E、F点记下的三个落点，到C点的距离分别为LD．LE、LF。
请回答下列问题：
（1）小球m1与m2发生碰撞后，m1的落点是图中的 点，
（2）用测得的物理量来表示碰撞中的“不变量”的等式 。
（3）如果实验的装置改变为如图2所示的情境时，用测得的物理量来表示碰撞中的“不变量”的等式 。
说明：
利用学生实验情境产生变式和学生对碰撞物体速度测量的转换思想理解水平出题，检验学生的实验操作感受，深化学生对实验过程和内涵的理解。
实验：
探究碰撞中的不变量
【教学目标】
一、知识与技能
1．理解要探究的问题的含义和进行探究的基本思路。
2．理解由问题转化为具体的任务的过程，理解教材所提供的实验方案。
3．使已有方案和使用过的器材的启发能够设计出新的可行的方案。
4．能够比较各方案的优劣，能够控制实验过程和测量、处理实验数据。
5．能够由实验数据分析预想的结论是否成立。
二、过程与方法
1．学习在探究中如何进行猜想。
2．通过分析教材提供的实验方案，学习根据要求设计实验的方法。
3．通过实验过程提高学生的实验操作能力和分析数据的能力。
三、情感态度与价值观
1．体会科学研究过程的艰辛与乐趣，培养学生主动探究、乐于探究的品质。
2．通过实验培养学生实事求是的科学态度，通过设计实验培养学生的创新精神。
【教学重点】
1．实验方案的理解与设计。
2．实验的实施过程。
【教学难点】
实验方案的设计；实验数据的采集与处理。
【教学方法】
教师启发引导，学生讨论、交流、合作实验等。
【教学用具】
实验器材：
斜槽（带重锤线），两个大小相同但质量不相同的小球，天平，刻度尺，白纸，复写纸；多媒体课件；视频等。
【课时安排】
2课时，第1课时为明确探究目的、思路，设计实验方案的过程；第2课时实施实验过程，验证预想的结论。
【教学过程】
一、新课引入
教师展示以下视频片断或动画：
台球正碰、斜碰各一个；火车挂钩过程；粒子加速器中高速运动的粒子撞击靶核过程。
师：
刚才大家看到的现象我们称之为碰撞，碰撞是自然界中常见的现象，本章研究的主要现象就是碰撞。
师：
下面我们动手做一个碰撞实验，观察碰撞前后哪些物理量发生了变化。
演示实验：
几个单摆小钢球一样大，摆长一样长，竖直悬挂时两球恰好相切，将单摆A拉开某一个角度后释放，在最低点与B相碰，以下实验中开始将A拉开的角度均一样大。
第1次实验：
mA=mB，碰后A静止，B向右运动；
第2次实验：
mA＞mB，碰后A、B均向右运动；
第3次实验：
mA＜mB，碰后A向左运动，B向右运动。
师：
实验中A、B的什么物理量在碰撞前后发生了变化？
这种变化又与什么物理量相关？
生讨论后得出：
A、B的速度大小或方向发生了变化，这种变化与质量有关。
师：
刚才的碰撞过程中，会不会有什么物理量不发生变化呢？
本节课和下节课我们就对这一问题进行探究。
二、新课教学
板书：
第1节实验：
探究碰撞中的不变量
板书：
一、守恒的猜想
师：
我们只研究最简单的情况，即：
碰前、碰后两物体均沿同一直线运动，这种碰撞叫一维碰撞。
板书：
1．一维碰撞：
碰前、碰后两物体的速度均沿同一直线。
师：
在前面的实验中我们发现，物体碰撞前后速度的变化随质量的不同而不同，那么会不会物体的质量和它的速度组成的一个新的物理量在碰撞中保持不变呢？
那么我们先猜一猜这个新的物理量与物体的质量和速度有什么关系？
学生猜测：
可能是mv，mv2，m2v，
，
，
等等。
师：
设这两个物体的质量分别为m1．m2，发生一维碰撞，碰前速度分别为
、
，碰后速度分别为
、
，刚才我们猜想到的这个物理量在此次碰撞中守恒的表达式如何？
学生猜测。
板书：
2．两物体一维碰撞中守恒的可能表达式：
等等。
师：
这些可能的表达式中v为矢量，一维中有两个方向，如何在以上表达式中体现这两个方向的不同呢？
生：
规定一个正方向，与正方向同向的v为正，与正方向反向的v为负。
板书：
（规定一个正方向后，表达式中的v有正、负之分。
）
板书：
二、对猜想的实验验证
师：
质量可用天平测量，关键是速度如何测量？
过去我们是如何测定速度的呢？
生讨论后得出：
打点计时器，遮光板与光电计时器等。
教师组织学生自学教材上的方案三，并播放模拟动画。
教师提出思考题组织学生讨论：
纸带上的点迹是如何分布的？
如何测出碰撞前后两车的速度？
以mv为例的守恒表达式如何？
能否让B车也有初速度，或者让A、B碰后分开？
这样做有什么困难？
板书：
实验方案1：
打点计时器结合小车，用打点计时器测速度。
教师组织学生自学教材上的方案一，并播放模拟动画。
教师提出思考题组织学生讨论：
遮光板的
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