高中物理教案碰撞

碰撞

★新课标要求

（一）知识与技能

1．知道弹性碰撞与非弹性碰撞，

2．认识对心碰撞与非对心碰撞

3．知道碰撞的特点和规律

4．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，让学生体会对未知物理现象进行研究的一种基本方法．

（三）情感、态度与价值观

（1）在研究的过程中，培养学生敢于发表个人见解，敢于探究的情感与态度．（2）体会探究过程的乐趣，激发学习的兴趣．

★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、几个小球

★课时安排

1 课时

★教学过程

（一）引入新课

师：课间大家观看的视频有一个共同的特点，同学们，是什么？

生：是碰撞。

师：对了，碰撞是日常生活中极为常见的现象，这节课我们一起来分析碰撞、研究碰撞。

（二）新课教学

一．观察碰撞，感知碰撞特点

师：首先，我们来个课间精彩回顾，观察碰撞，感知碰撞特点。第一幅：高速汽车碰撞，人根本反应不过来，说明碰撞的时间有什么特点？

生：时间极短。

师：而车子严重变形，又说明什么？

生：作用力很大。

师：碰撞过程车子还受其他外力，比如摩擦力，空气阻力，但与内力相比小很多。换句话说，内力远大于外力，这是碰撞的二个特点。

师：如果时间极短，碰撞瞬间物体位移会怎么样？瞬间没有发生位移。这是碰撞的第三个特点。

师：因此，碰撞有三大特点：

1、作用时间极短

2、内力远大于外力

3、瞬间没有发生位移

师：下面大家观察这两幅图，能从中获取什么信息？班长在哪，你从图中看出了什么？

生：第一幅图是两个球碰后会在同一直线上，而第二幅图碰后两球不在同一直线上。

师：很好，请坐。在物理学上，两球相碰后速度仍沿同一直线，称为正碰，也叫对心碰撞；另一种相碰后偏离球心连线叫做斜碰，也叫非对心碰撞。

二．提出疑问，激发探究兴趣

师：接下来请大家观看一个碰撞实验，这个实验是1666年在英国皇家学会上表演的一个实验，在当时引起极大的轰动。实验仪器较为简单，用细绳悬挂两个钢球在同一水平高度，这两个钢球的大小、形状和质量均相同。请大家注意观察。师：我们请语文课代表来描述一下刚才的实验现象。

生：观察到小球1撞击小球2，结果小球1停止，而小球2开始运动。

师：你觉得这个实验能引起极大轰动的原因是什么？

［学生可能猜不到，但学生心中有种疑惑，为什么碰撞之后那个小球会停下来。］

生：我觉得很奇怪的是，为什么碰撞之后那个小球会停下来。

师：好的，请坐！接下来我们共同分析一下两个小球的碰撞过程。

师：小球1以速度V撞击静止的小球2，碰撞之后小球1静止，小球2具有速度V‘，精确测量表明两小球运动的最大高度在同一水平线，由此可以说明V和V’

是相等的。也就是说碰撞的结果是两个小球交换了速度，对于这个速度交换的碰撞结果你认为用什么规律才能给出合理的解释？

生：这可以从系统动量守恒进行解释，碰撞之前系统动量为mv，碰撞之后系统

动量也是mv，碰撞过程系统动量守恒，所以碰前的动量和碰后的动量相等。即有：mv+0=0+mv (1) 师：好，这位同学请坐。同学们，他分析的有没有道理。看来大家都认同了，那有没有不同的想法，或者说心中还存有其他疑惑的？既然是从动量守恒角度来解释，那我们看这两种情况，以初速度v方向为正方向：

情形1：mv+0=m(−0.5v)+m(1.5v) (2)

情形2：mv+0=m(0.2v)+m(0.8v)(3)

它们均满足动量守恒，但是实验结果唯一，（2）和（3）是不可能出现的，这又如何解释呢？（学生难以回答）

师：既然难以解释，是不是可以认为除动量守恒在支配碰撞的结果之外，还有一个隐藏的规律也同时在支配着碰撞的结果。大家想想这个隐藏的规律可能是什么？

生：可能是能量。

师：能说下你猜想的依据吗？

生：因为没有能量损失。

师：怎样看出来的？

生：系统碰撞前后的动能好像应该相等，在（1）中满足，但是在（2）和（3）中不满足。

师：好的！分析非常有道理，动量守恒是我们能够确定的，而动能也相等也就是说机械能守恒至多是个假设，我们常说大胆假设，小心求证。因此，机械能是否守恒还需要我们进一步加以验证。为此我们可以把碰撞前后系统机械能守恒作为一个假设。

三．理论分析，寻找碰撞规律

现在，我们的目标是寻求办法验证碰撞前后系统机械能守恒这个假设是否成立。首先要建立模型。生活中的碰撞是很复杂的，我们要抓住主要矛盾，利用简化思

想抽象出最简单的模型。比如光滑水平面上，质量为m

1的小球速度为V

，质量为

m 2的小球静止，两球发生正碰，碰撞之后两小球的速度分别为V

1

和V

2

。

推导：以初速度V

方向为正方向

m1v0+0=m1v1+m2v2（1）

1 2m1v02+0=1

2

m1v12+1

2

m2v22（2）

求解：讨论：

（1）若m

1＝m

2

，则V

1

＝0，V

2

＝V

（这就是实验结果，两球交换速度）

（2）若m

1>m

2

，则V

1

>0，V

2

>0（用实验加以验证）

（3）若m

1

2

，则V

1

<0，V

2

>0（用实验加以验证）

（4）若m

1»m

2

，则V

1

≈V

，V

2

≈2V

（5）若m

1«m

2

，则V

1

≈－V

，V

2

≈0（生活实例乒乓球撞墙原速率反弹，墙不动）

师：从上面推导过程看，理论推导的结果和实验结果吻合一致，到这里我们可以

认为刚才提出的假设是符合实际情况，可以用来解释实际情况的。在物理学中，我们把这一类满足动能不损耗的碰撞叫做弹性碰撞。

师：是不是所有的碰撞都满足系统机械能守恒呢？

请大家认真观察并思考下面两种情形：

情形1：一个质量m=1kg的钢球，以水平速度V

=2m/s运动，碰到一个静止的质量M=3kg的橡皮泥球。碰撞后两球粘在一起向前运动。

情形2：一个质量m=1kg的木球，以水平速度V

=2m/s运动，碰到一个静止的质

量M=3kg的泥球。碰撞后两球分开，木球速度为V

1

= 0.2m/s；

分成两大组进行运算

（1）碰后两球的速度多大？

（2）碰前两球动能之和多大？

（3）碰后两球动能之和多大？

然后展示这两组的运算结果。

情形1：碰后两球速度相等为0.5m/s；碰前动能之和为2J，碰后动能之和为0.5J。情形2：碰后木球速度0.2m/s，泥球速度0.6m/s；碰前动能之和为2J，碰后动能之和为0.56J。