高中物理《科学探究—一维弹性碰撞》优质课教案、教学设计

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2 1 1 2 教学设计

一、引入新课

1666 年，英国皇家学会做了一个实验，在当时引起了极大的轰动。今天，我要重做这个实验，看看是否能够引起举世瞩目。

【演示实验】两个钢球的牛顿摆，演示等质量小球弹性碰撞，速度交换。

很明显，我的这个实验没有引起什么太大的轰动，因为过去的人没怎么学好物理，而我们现代人都学了物理。

【课件展示】两张动图：一张古代人用黏土容器做牛顿摆失败的动图，一张电灯泡做牛顿摆的美丽动图。

二、新课教学

【知识回顾】

(1)动量守恒定律的条件是什么

(2)动量守恒定律的表达式？

答案点拨：(1)不受外力或所受外力合力为零。

（2）m v+m v =m v' +m v'

【自主预习】碰撞的特点：

(1)碰撞时间非常短，可以忽略不计。

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(2)碰撞过程中内力往往远大于外力，系统所受外力可以忽略不计，所以系统的动量守恒。

（一）不同类型的碰撞

【课件展示】利用多媒体课件展示碰撞的分类。

(1)非弹性碰撞：碰撞过程中有动能损失，即动能不守恒。

(2)完全非弹性碰撞：碰撞后物体结合在一起，动能损失最大。

(3)弹性碰撞：物体碰撞后，形变能够完全恢复，不发热、发声，没有动能损失，又称为完全弹性碰撞。

问题：日常生活中哪些是弹性碰撞，哪些是完全非弹性碰撞？

答案点拨：台球的子球和母球之间的碰撞、保龄球的碰撞是弹性碰撞；子弹打入木块是完全非弹性碰撞。

问题：碰撞过程中动量和动能满足什么条件？同向运动的两小球相碰后同向运动，两小球的速度满足什么条件？

【课件展示】碰撞满足的条件:

(1)动量守恒，即p1＋p2 = p1′＋p2′。

(2)动能不增加，即Ek1＋Ek2 ≥ Ek1′＋Ek2′。

(3)碰撞只发生一次：碰撞后，原来在前面的物体的速度一定增大，且原来在前面的物体的速度大于或等于原来在后面的物体的速度。

【例题1】(单选)如图1 所示质量相等的A、B 两个球，原来在光滑水平面上沿同一直线相向做匀速直线运动，A 球的速度是6 m/s，B 球的速度是－2 m/s，不久A、B 两球发生了对心碰撞．对于该碰撞之后的A、B 两球的速度可能值，某实验小组的同学们做了很多种猜测，下面的各种猜测结果一定无法实现的是( )

A.v A′＝－2 m/s，v B′＝6 m/s

B.v A′＝2 m/s，v B′＝2 m/s

C.v A′＝1 m/s，v B′＝3 m/s

D.v A′＝－3 m/s，v B′＝7 m/s

答案点拨：D

（二）一维弹性碰撞的实验研究和规律

【探究实验】

猜想：引导学生先“猜一猜”

质量较大的球与静止的质量较小的球发生弹性碰撞，碰撞的特点是什么样的？质量较小的球与静止的质量较大的球发生弹性碰撞，碰撞的特点又是什么样的？

设计实验：引导学生提出实验方案。

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进行实验：引导学生分工协作，利用提供的实验器材进行实验，观察实验现象并记录。

分析论证：引导学生一起分析实验现象，得出结论。

实验结论：（1）质量较大的球与静止的质量较小的球发生弹性碰撞， 碰后两球运动方向相同。

（2）质量较小的球与静止的质量较大的球发生弹性碰撞，碰后，质量 较小的钢球速度方向与原来相反。

【理论推导】

质量为m 1 的小球以速度v 1 与静止的质量为m 2 的小球发生弹性碰撞， 设碰后 m 1、m 2 的速度分别为 v 1′和v 2′。

思路点拨： 弹性碰撞前后满足动量守恒和动能守恒。

学生活动：根据动量守恒定律和机械能守恒定律，写出碰撞前后动量守恒和动能守恒的表达式。

m v =m v ' + m v '

动量守恒

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2 2 动能守恒

1 m v

2 =1 m v '2 + 1 m v '2 2 1 1 2 1 1 2 2 2

碰后两个物体的速度分别为：

v ' =m 1 - m 2 v v ' = 2m 1 v m 1 + m 2 m 1 + m 2

思考讨论： 如何由以上两式对引入新课的实验和弹性碰撞实验研究的

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结论进行解释？

学生活动：将m1＝m2 、m1＞m2 和m1＜m2 三个条件代入v1′和v2′的公式，分析实验实验研究的结论，并通过表述加深理解。

【课件展示】

(1)当m1＝m2 时，v1′＝0，v2′＝v1，表示碰撞后两球交换速度；

(2)当m1＞m2 时，v1′＞0，v2′＞0，表示碰撞后两球向前运动；(3)

当m1＜m2 时，v1′＜0，v2′＞0，表v1′=v1，v2′＝2v1 回来。

【思考讨论】

如果m1＞＞m2，v1′和v2′分别是什么情况呢？反之，如果m1＜＜m2 呢？

答案点拨：m1＞＞m2 时：v1′=v1，v2′＝2v1；

m1＜＜m2 时：v1′=-v1，v2′＝0。

【实验演示】

用细绳将台球和乒乓球吊在铁架台上，进行碰撞演示。

【思维拓展】

（1）如果m1=m，m2=2m，v1′和v2′又是什么情况呢？

（2）若要实验碰后两个小球以等大反向的速度相反运动，两球质量需

要满足什么关系？

答案点拨：（1）v' =-1 v ，v'=2v（2）m =3m

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2

3 1 2 1

【实验验证】

用气垫导轨、光电门和计时器，验证质量相等的两滑块碰撞速度交换的情况，还有1 倍质量的滑块碰静止的2 倍质量的滑块碰后速度关系。