第三节 科学探究 一维弹性碰撞教学设计

第三节科学探究——一维弹性碰撞教学设计

林海

[三维教学目标]

1、知识与技能

（1）了解不同类型的碰撞，知道完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的主要特征。（2）掌握弹性碰撞的规律。

（3）能根据弹性碰撞的规律解释判断有关的现象和解决有关的问题。

2、过程与方法：

通过探究一维弹性碰撞问题，使学生体验科学探究的过程，掌握科学探究的方法。

3、情感、态度与价值观：

通过体验动量守恒定律在弹性碰撞中的应用，培养学生理论联系实际以及利用理论分析解决实际问题的能力。

[教学重点] 用动量守恒定律、动能守恒讨论碰撞问题

[教学难点] 对各种碰撞问题的理解．

[教学方法] 学生探究、教师引导。

[教学用具] 多媒体辅助教学设备、碰撞实验仪器

[教学流程]

[教学过程]

I、引入新课

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。II、新课教学

1、体验碰撞，感知碰撞特点

【学生实验】利用三个小球自由玩耍，使它们之间发生碰撞，观察（视觉、听觉、触觉等）碰撞现象总结其特点。

实验过程中教师巡视，注意纠正学生不恰当的碰撞方式。

师：请你说出你观察到的碰撞特点？

生：听到碰撞有声音。

师：碰撞的声音是长还是短？

生：声音很短。

师：声音很短能说明什么？

生：碰撞的时间极短。

师：很好请坐。我们由听碰撞的声音可以推测碰撞时间极短，而据此我们可以进一步推断碰撞过程中内力远大于外力。还有哪些同学观察到碰撞的其他特点？

生：有的碰撞前后两球在一条直线上运动，有的碰撞则不在一条直线上运动。师：请你示范一下。

利用视频展台，学生边实验边讲解。

师：在物理学中把碰撞前后两球在一条直线上的叫做正碰，另一种叫做斜碰。

2、提出疑问，激发探究兴趣

师：接下来我给大家展示一个碰撞实验，是1666年在英国皇家学会上表演的一个

实验，在当时曾经引起极大的轰动。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：请哪位同学描述一下你看到的实验现象。

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的轰动吗？

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：红色小球以速度V1撞击静止的蓝色小球，碰撞之后红色小球静止，蓝色小球

具有速度V2，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V1和V2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

个碰撞结果你认为怎样才能给出合理的解释呢？

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：

师：既然从动量守恒角度来解释，我们看这两种情况：

它们均满足动量守恒，但是实验结果只有一种，（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。你认为这可能是什么？

生：可能是动能，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！分析得非常有道理，动量守恒是我们能够确定的，而动能也相等至多是个假

设，还需要我们进一步加以验证，由此我们可以把碰撞前后系统动能相等作为一个假

设。

3、理论分析，寻求碰撞规律

建立模型：质量为m1的小球速度为V0，质量为m2的小球静止，两球发生正碰，碰撞之后两

小球的速度分别为V1和V2。

讨论：

（1）若m1＝m2，则V1＝0，V2＝V0（这就是实验结果，两球交换速度）

（2）若m1>m2，则V1>0，V2>0（用实验加以验证）

（3）若m10（用实验加以验证）

（4）若m1»m2，则V1≈V0，V2≈2V0

（5）若m1«m2，则V1≈－V0，V2≈0（生活实例乒乓球撞墙原速率反弹，墙不动）师：从上面的推导过程看，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，可以用来解释实际情况的。在物理学中，我们把这一类同

时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动能相等呢？接下来我再给大家展示两个碰撞。

生活实例：一个质量m=1kg的钢球，以水平速度V0=2m/s运动，碰到一个静止的质量M=3kg的

橡皮泥球。

情形1：碰撞后两球分开，钢球速度为0.2m/s；

情形2：碰撞后两球粘在一起向前运动。

（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？

将学生分成两大组，分别对情形1、2进行运算，并展示这两组的运算结果。情形1：碰后钢球速度0.2m/s，橡皮泥球速度0.6m/s；碰前动能之和为2J，碰后动能之和为

0.56J。

情形2：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。

师：计算表明这两种碰撞动能发生了损耗，在物理学中称之为非弹性碰撞。情形2

动能损耗最大，碰撞的特征是碰后两球均有相同的速度，这种碰撞是非弹性碰撞中

系统动能损耗最大，称之为完全非弹性碰撞。