1.5 彈性碰撞和非彈性碰撞（教學(xué)設(shè)計(jì)）-【大單元教學(xué)】（人教版2019選擇性必修第一冊(cè)）

第一章動(dòng)量守恒定律第5節(jié)彈性碰撞和非彈性碰撞【教學(xué)內(nèi)容分析】教材創(chuàng)設(shè)了兩個(gè)小球彈性碰撞的情境，先引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律去解決典型的碰撞問(wèn)題，推導(dǎo)兩個(gè)小球在彈性碰撞后的速度表達(dá)式。隨后，又引導(dǎo)學(xué)生從一般到特殊，對(duì)三種特殊情況展開(kāi)討論，得出碰后兩球末速度的表達(dá)式，便于快速判斷與評(píng)估生活中實(shí)際現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的碰撞類(lèi)型。學(xué)生通過(guò)對(duì)彈性碰撞和非彈性碰撞的討論，進(jìn)一步加深對(duì)動(dòng)量和動(dòng)能的理解，提升運(yùn)動(dòng)與相互作用觀及能量觀。課程需要通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)了解彈性碰撞和非彈性碰撞的特點(diǎn)。定量分析一維碰撞問(wèn)題并能解釋生產(chǎn)生活中的彈性碰撞和非彈性碰撞現(xiàn)象。會(huì)用守恒定律分析物理問(wèn)題的方法，體會(huì)自然界的和諧與統(tǒng)一?！窘虒W(xué)目標(biāo)和核心素養(yǎng)】1物理觀念：握彈性碰撞、非彈性碰撞的特點(diǎn)。2科學(xué)思維：會(huì)應(yīng)用動(dòng)量、能量的觀點(diǎn)綜合分析、解決一維碰撞問(wèn)題。3科學(xué)探究：觀看演示視頻后學(xué)生分組探究碰撞現(xiàn)象的特點(diǎn)，教師引導(dǎo)總結(jié)碰撞問(wèn)題中的守恒量，能對(duì)常見(jiàn)的一維碰撞問(wèn)題進(jìn)行定量計(jì)算。4科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：感受不同碰撞的區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。加深對(duì)動(dòng)量守恒與能量守恒定律的理解，能運(yùn)用這兩個(gè)定理解決一些簡(jiǎn)單的與生產(chǎn)、生活相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。【教學(xué)重難點(diǎn)】1．用動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律討論碰撞問(wèn)題。2．對(duì)各種碰撞問(wèn)題的理解。【教學(xué)方法】教師由淺入深啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，小組合作探究進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，討論、交流、反饋、質(zhì)疑、補(bǔ)充、展示、總結(jié)學(xué)習(xí)成果?！窘虒W(xué)用具】演示、分析、歸納法等?！窘虒W(xué)過(guò)程】一、創(chuàng)設(shè)情境，引入課題生活中存在著各種碰撞現(xiàn)象打臺(tái)球打乒乓釘釘子打樁機(jī)打樁打籃球時(shí)的肢體碰撞拳擊低頭族撞墻撞機(jī)思考：碰撞是自然界中常見(jiàn)的現(xiàn)象。隕石撞擊地球而對(duì)地表產(chǎn)生破壞，網(wǎng)球受球拍撞擊而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)……物體碰撞中動(dòng)量的變化情況，前面已進(jìn)行了研究。那么，在各種碰撞中能量又是如何變化的？物體碰撞時(shí)，通常作用時(shí)間很短，相互作用的內(nèi)力很大，因此，外力往往可以忽略不計(jì)，滿足動(dòng)量守恒條件。下面我們從能量的角度研究碰撞前后物體動(dòng)能的變化情況，進(jìn)而對(duì)碰撞進(jìn)行分類(lèi)。研究?jī)奢v小車(chē)碰撞前后總動(dòng)能的變化情況二、新課教學(xué)物體碰撞時(shí)，通常作用時(shí)間很短，相互作用的內(nèi)力很大，因此，外力往往可以忽略不計(jì)，滿足動(dòng)量守恒條件。下面我們從能量的角度研究碰撞前后物體動(dòng)能的變化情況，進(jìn)而對(duì)碰撞進(jìn)行分類(lèi)。（一）方案一：初步了解彈性碰撞和非彈性碰撞情境1：根據(jù)碰撞前后的數(shù)據(jù)（如表）請(qǐng)回答以下問(wèn)題滑塊質(zhì)量m1=0.1kg，m2=0.15kgv1v2v1’v2'情況10.23m/s00.0460.180情況20.43m/s00.170m/s0.170m/s情況（1）中碰撞前后兩個(gè)滑塊總動(dòng)量及總動(dòng)能？情況（2）中碰撞前后兩個(gè)滑塊總動(dòng)量及總動(dòng)能？小結(jié)：相同點(diǎn)不同點(diǎn)彈性碰撞非彈性碰撞 如圖，兩個(gè)小球相碰，碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度仍會(huì)沿著這條直線。這種碰撞稱(chēng)為正碰，也叫作對(duì)心碰撞或一維碰撞。（二）彈性碰撞已知：如圖，地面光滑，物體m1以速度v1與原來(lái)靜止的物體m2發(fā)生彈性碰撞，碰后它們的速度分別為v1'和v分析：由動(dòng)量守恒得：m1由機(jī)械能守恒得：12聯(lián)立①②得：vv請(qǐng)學(xué)生分析幾下幾種情況下的速度情況：（1）若m（2）若m（3）若m學(xué)生回答，教師總結(jié)：（1）若m1=m2（2）若m1?m2；得：v1（3）若m1?m2；得：v1（三）方案二：非彈性碰撞中動(dòng)能損失量的計(jì)算 例1：如圖，在光滑水平面上，兩個(gè)物體A、B的質(zhì)量都是m，碰撞前B靜止，A以速度v向它撞去。碰撞后某一瞬間AB速度相同，問(wèn)此刻該系統(tǒng)的總動(dòng)能是否會(huì)有損失？損失的總動(dòng)能為多少？變式：若碰撞后某時(shí)A的速度為13（1）此時(shí)B的速度；（2）此刻A、B的總動(dòng)能，這種情況損失的動(dòng)能比原題中損失的動(dòng)能大還是小？（四）小結(jié)：1、非彈性碰撞前后動(dòng)能損失量的計(jì)算方法：2、非彈性碰撞中，哪種情況下?lián)p失動(dòng)能最多？變式1.在氣墊導(dǎo)軌上，一個(gè)質(zhì)量為400g的滑塊以15cm/s的速度與另一質(zhì)量為200g、速度為10cm/s并沿相反方向運(yùn)動(dòng)的滑塊迎面相撞，碰撞后兩個(gè)滑塊粘在一起。（1）求碰撞后滑塊速度的大小和方向。（2）這次碰撞，兩滑塊共損失了多少機(jī)械能？變式2：A、B兩個(gè)粒子都帶正電，B的電荷量是A的2倍，B的質(zhì)量是A的4倍。A以已知速度v向靜止的B粒子飛去。由于靜電力，它們之間的距離縮短到某一極限值后又被彈開(kāi)，然后各自以新的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)作用前后它們的軌跡都在同一直線上，計(jì)算A、B之間的距離最近時(shí)它們各自的速度。（五）方案三：運(yùn)動(dòng)彈性碰撞前后動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒解決簡(jiǎn)單的問(wèn)題 下面我們分析一下，發(fā)生彈性碰撞的兩個(gè)物體，由于質(zhì)量不同，碰撞后的速度將有哪些特點(diǎn)。 我們假設(shè)質(zhì)量為m1的物體以速度v1與質(zhì)量為m2靜止的物體發(fā)生正碰，如圖所示。碰撞后它們的速度分別為v1′和v2′。試推導(dǎo)v1′和v2′與m1、m2、v1的關(guān)系。幾種特殊情況的討論：v1′v2′若m1=m2若m1>>m2若m1<<m2 例2：速度為10m/s的塑料球與靜止的鋼球發(fā)生正碰，鋼球的質(zhì)量是塑料球的4倍，碰撞是彈性的，求：碰撞后兩球的速度。（六）碰撞的可能性判斷如何判斷彈性碰撞的可能性？?jī)?nèi)力遠(yuǎn)大于外力1.系統(tǒng)動(dòng)量守恒：機(jī)械能守恒或損失2.系統(tǒng)動(dòng)能不增加：或者符合實(shí)際情況（不能再次碰撞）3.同向運(yùn)動(dòng)相碰：且，碰后至少有一個(gè)物體要反向。（七）課堂小結(jié)【課堂練習(xí)】1．在氣墊導(dǎo)軌上，一個(gè)質(zhì)量為400g的滑塊以15cm/s的速度與另一質(zhì)量為200g、速度為10cm/s并沿相反方向運(yùn)動(dòng)的滑塊迎面相撞，碰撞后兩個(gè)滑塊粘在一起。（1）求碰撞后滑塊速度的大小和方向。（2）這次碰撞，兩滑塊共損失了多少機(jī)械能？2．速度為10m/s的塑料球與靜止的鋼球發(fā)生正碰，鋼球的質(zhì)量是塑料球的4倍，碰撞是彈性的，求碰撞后兩球的速度。3．有些核反應(yīng)堆里要讓中子與原子核碰撞，以便把中子的速度降下來(lái)。為此，應(yīng)該選用質(zhì)量較大的還是質(zhì)量較小的原子核？為什么？4．一種未知粒子跟靜止的氫原子核正碰，測(cè)出碰撞后氫原子核的速度是3.3×107m/s。該未知粒子跟靜止的氮原子核正碰時(shí)，測(cè)出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s。已知?dú)湓雍说馁|(zhì)量是mH，氮原子核的質(zhì)量是14mH，上述碰撞都是彈性碰撞，求未知粒子的質(zhì)量?！菊n堂練習(xí)】1、質(zhì)量相等的A、B兩球在光滑水平面上沿同一條直線、在同一方向上運(yùn)動(dòng)，A球的動(dòng)量pA＝9kg·m/s，B球的動(dòng)量pB＝3kg·m/s。A球追上B球時(shí)發(fā)生碰撞，則A、B兩球碰撞后的動(dòng)量可能是()A．pA′＝6kg·m/s，pB′＝6kg·m/sB．pA′＝8kg·m/s，pB′＝4kg·m/sC．pA′＝－2kg·m/s，pB′＝14kg·m/sD．pA′＝－4kg·m/s，pB′＝17kg·m/s【析】：設(shè)A、B兩球的質(zhì)量均為m，以A、B為系統(tǒng)，系統(tǒng)受外力之和為零，A、B組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒，即pA′＋pB′＝pA＋pB＝9kg·m/s＋3kg·m/s＝12kg·m/s，故先排除了D項(xiàng)。A、B碰撞前的動(dòng)能之和應(yīng)大于或等于碰撞后的動(dòng)能之和，即EkA＋EkB≥EkA′＋EkB′；EkA＋EkB＝＋＝J＝J，EkA′＋EkB′＝＋，將A、B、C三項(xiàng)數(shù)據(jù)代入又可排除C項(xiàng)。A、B兩球碰撞后沿同一方向運(yùn)動(dòng)，后面A球的速度應(yīng)小于或等于B球的速度，即vA′≤vB′，代入數(shù)據(jù)可排除B項(xiàng)，故A正確。2、在光滑的水平面上有三個(gè)完全相同的小球，它們?cè)谕粭l直線上，2、3小球靜止，并靠在一起，1小球以速度v0射向它們，如圖所示。設(shè)碰撞中不損失機(jī)械能，則碰后三個(gè)小球的速度可能值是()A．v1＝v2＝v3＝v0 B．v1＝0，v2＝v3＝v0C．v1＝0，v2＝v3＝v0 D．v1＝v2＝0，v3＝v0【析】：兩個(gè)質(zhì)量相等的小球發(fā)生彈性正碰，碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒，機(jī)械能守恒，碰撞后將交換速度，故D正確。3、質(zhì)量為M的帶有光滑圓弧軌道的小車(chē)靜止置于光滑水平面上，如圖所示，一質(zhì)量也為M的小球以速度v0水平?jīng)_上小車(chē)，到達(dá)某一高度后，小球又返回小車(chē)的左端，則()A．小球以后將向左做平拋運(yùn)動(dòng)B．小球?qū)⒆鲎杂陕潴w運(yùn)動(dòng)C．此過(guò)程小球?qū)π≤?chē)做的功為Mv02D．小球在弧形軌道上升的最大高度為【析】：小球上升到最高點(diǎn)時(shí)與小車(chē)相對(duì)靜止，有相同的速度v′，由動(dòng)量守恒定律和能量守恒定律有Mv0＝2Mv′，Mv02＝2×＋Mgh，聯(lián)立解得h＝，D錯(cuò)誤；從小球滾上軌道到返回并離開(kāi)小車(chē)，小球和小車(chē)組成的系統(tǒng)在水平方向上動(dòng)量守恒，由于無(wú)重力以外的外力做功，系統(tǒng)機(jī)械能守恒，此過(guò)程類(lèi)似于彈性碰撞，小車(chē)和小球質(zhì)量相等，作用完成后兩者交換速度，即小球速度變?yōu)榱悖笞鲎杂陕潴w運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤，B、C正確。）連續(xù)射擊時(shí)槍所受到的平均反沖作用力是多大？學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)量表小組_________

姓名___________

日期___________

評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)

價(jià)

標(biāo)

準(zhǔn)評(píng)價(jià)方式備注優(yōu)（5分）良（4分）中（3分）差（2分）自評(píng)互評(píng)家長(zhǎng)評(píng)師評(píng)學(xué)習(xí)態(tài)度1、學(xué)習(xí)目標(biāo)明確，重視學(xué)習(xí)過(guò)程的反思，積極優(yōu)化學(xué)習(xí)方法2逐步形成濃厚的物理學(xué)習(xí)興趣3、保質(zhì)保量按時(shí)完成作業(yè)4、重視自主探索、自主學(xué)習(xí)，拓展視野積極，熱情，主動(dòng)積極熱情但欠主動(dòng)態(tài)度一般較差學(xué)習(xí)方式1、學(xué)生個(gè)體的自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，會(huì)傾聽(tīng)、思考、表達(dá)和質(zhì)疑。2、學(xué)生普遍有濃厚的學(xué)習(xí)興趣，在學(xué)習(xí)過(guò)程中參與度高。3、學(xué)生之間能采取合作學(xué)習(xí)的方式，并在合作中分工明確地進(jìn)行有序和有效的探究。4、學(xué)生在學(xué)習(xí)中能自主反思，發(fā)揮求異、求新的創(chuàng)新精神，積極地提出問(wèn)題和討論問(wèn)題。自主學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，會(huì)傾聽(tīng)、思考、表達(dá)和質(zhì)疑。自主學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)，會(huì)傾聽(tīng)、思考、表達(dá)。自主學(xué)習(xí)能力一般，會(huì)傾聽(tīng)。自主學(xué)習(xí)能力較差，不會(huì)思考。參與程度1認(rèn)真參加物理學(xué)習(xí)活動(dòng)，積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，勇于解決問(wèn)題2逐步提高物理表達(dá)與交流能力3積極參加物理探究、物理建模活動(dòng)，加強(qiáng)物理文化的學(xué)習(xí)4積極參加物理實(shí)踐活動(dòng)等積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，勇于解決問(wèn)題，表達(dá)能力強(qiáng)積極思考，善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，勇于解決問(wèn)題能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，俁解決問(wèn)題能力一般參與意識(shí)不夠積極主動(dòng)合作意識(shí)1積極參加物理合作學(xué)習(xí)，勇于接受任務(wù)、敢于承擔(dān)責(zé)任2加強(qiáng)小組合作，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同提高3樂(lè)于助人，積極幫助學(xué)習(xí)有困難的同學(xué)4公平、公正地進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，評(píng)價(jià)過(guò)程認(rèn)真、負(fù)責(zé)、有誠(chéng)信合作意識(shí)強(qiáng)，組織能力好，與別人互相提高，有學(xué)習(xí)效果能與他人合作，并積極幫助有困難的學(xué)習(xí)有合作意識(shí)，但總結(jié)能力不強(qiáng)不能很好地與他人合作學(xué)習(xí)探究活動(dòng)1積極嘗試、體驗(yàn)物理研究的過(guò)程2逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，不怕困難的科學(xué)精神3勇于質(zhì)疑，善于反思，有創(chuàng)新意識(shí)4善于觀察分析物理事實(shí)，提出有意義的物理問(wèn)題，猜測(cè)、探求適當(dāng)?shù)奈锢斫Y(jié)論和規(guī)律，給出解釋和證明，撰寫(xiě)探究活動(dòng)報(bào)告①對(duì)事物的性質(zhì)、規(guī)律及該事物與他事物內(nèi)在聯(lián)系達(dá)到較深刻的理解②（同左①）理解較