Algodoo物理仿真軟件在物理教學中的課例應用

Algodoo物理仿真軟件在物理教學中的課例應用以彈性碰撞和非彈性碰撞為例仿真軟件簡介Algodoo是瑞典AlgoryxSimulationAB公司于2009年推出的趣味仿真實驗平臺，其前身是一款名為Phun的物理沙盒軟件。Algodoo在Phun的基礎上針對課堂教學做了優(yōu)化，它給學生們帶來了一個好玩的、卡通式的創(chuàng)作平臺，科學地將教育與娛樂融合起來，鼓勵學生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力、動手能力和知識建構能力。Algodoo的基本功能包括:使用簡單的繪圖工具創(chuàng)建和編輯場景;通過選擇、拖拽、傾斜、震動等方式參與互動;顯示物體運行軌跡、受力和速度:提供了剛體、流體、鏈條、齒輪、彈簧、鉸鏈、鎖、電機、激光射線、火箭助推工具及跟蹤繪圖工具等元素，這些元素可以在重力、摩擦力、彈力、浮力、空氣阻力的作用下相互影響，實現(xiàn)精度很高的物理仿真實驗。1、軟件界面菜單項可以利用以上圖標建立物理研究對象，并對研究對象進行相應操作屬性操作可以點擊右鍵對物體的屬性進行操作，例如物體的材質、質量、密度、速度等等，正下方的圖標為運行及環(huán)境屬性設置課例展示1.5彈性碰撞和非彈性碰撞一、教學內容分析經(jīng)過前而四節(jié)的學習，學生已經(jīng)從實驗到理論，再從理論到實驗，對碰撞中的動量守恒有了較為清晰的認識。碰撞是生活中常見的現(xiàn)象。碰撞時物體間相互作用持續(xù)時間很短，相互作用力很大，滿足動量守恒條件。本節(jié)的設計以碰撞實例為載體，經(jīng)歷實驗探究、理論推導，在其實情境中建立彈性碰撞和非彈性碰撞的相關概念。教材創(chuàng)設了兩個小球彈性碰撞的情境，先引導學生應用動量守恒定律和機械能守恒定律去解決典型的碰撞問題，推導兩個小球在彈性碰撞后的速度表達式。隨后，又引導學生從一般到特殊，對三種特殊情況展開討論，得出碰后兩球末速度的表達式，便于快速判斷與評估生活中實際現(xiàn)象對應的碰撞類型。學生通過對彈性碰撞和非彈性碰撞的討論，進一步加深對動量和動能的理解，提升運動與相互作用觀及能量觀。本節(jié)課的重點內容是理解彈性碰撞與非彈性碰撞的概念及特點，并能應用兩個定律解決與生產(chǎn)生活相關的實際問題。學情分析學生雖然已經(jīng)具備了較為完備的動量、動量定理和動量守恒定律的初步知識，并學會了相關表達式的推導，盡管如此，但由于本章知識內容的特殊性和復雜性以及學生認知水平的差異，本節(jié)課的內容對學生來講仍然是一個不小的臺階。基于以上的教材特點和學生特點，我制定了如下的教學目標，力圖把傳授知識、滲透學習方法以及培養(yǎng)興趣和能力有機的融合在一起，達到最好的教學效果。教學目標1.了解彈性碰撞和非彈性碰撞。2.會分析具體實例中的碰撞特點及類型。3.會用動量、能量的觀點解決生產(chǎn)生活中與一維碰撞相關的實際問題。四、教學重難點1.教學重點：分析處理實驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)驗證動量守恒定律。2.教學難點：設計驗證動量守恒定律的實驗方案。五、教學環(huán)節(jié)v1v2v1’v2'情況13m/s014情況22m/s1m/s0.170m/s0.170m/s物體碰撞時，通常作用時間很短，相互作用的內力很大，因此，外力往往可以忽略不計，滿足動量守恒條件。下面我們從能量的角度研究碰撞前后物體動能的變化情況，進而對碰撞進行分類。利用Algodoo的圓形工具設置小球模型，碰前碰后碰前碰后任務一：初步了解彈性碰撞和非彈性碰撞根據(jù)碰撞前后的數(shù)據(jù)（如表）請回答以下問題滑塊質量m1=2kg，m2=1kg情況（1）中碰撞前后兩個滑塊總動量及總動能？情況（2）中碰撞前后兩個滑塊總動量及總動能？小結：相同點不同點彈性碰撞非彈性碰撞如圖，兩個小球相碰，碰撞之前球的運動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沿著這條直線。這種碰撞稱為正碰，也叫作對心碰撞或一維碰撞。任務二：非彈性碰撞中動能損失量的計算 例1：如圖，在光滑水平面上，兩個物體A、B的質量都是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，問此刻該系統(tǒng)的總動能是否會有損失？損失的總動能為多少？變式：若碰撞后某時A的速度為13（1）此時B的速度；（2）此刻A、B的總動能，這種情況損失的動能比原題中損失的動能大還是小？小結：1、非彈性碰撞前后動能損失量的計算方法：2、非彈性碰撞中，哪種情況下?lián)p失動能最多？變式1.在氣墊導軌上，一個質量為400g的滑塊以15cm/s的速度與另一質量為200g、速度為10cm/s并沿相反方向運動的滑塊迎面相撞，碰撞后兩個滑塊粘在一起。（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械能？變式2：A、B兩個粒子都帶正電，B的電荷量是A的2倍，B的質量是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，然后各自以新的速度做勻速直線運動。設作用前后它們的軌跡都在同一直線上，計算A、B之間的距離最近時它們各自的速度。任務三：運動彈性碰撞前后動量守恒、動能守恒解決簡單的問題 下面我們分析一下，發(fā)生彈性碰撞的兩個物體，由于質量不同，碰撞后的速度將有哪些特點。 我們假設質量為m1的物體以速度v1與質量為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v1′和v2′與m1、m2、v1的關系。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，鋼球的質量是塑料球的4倍，碰撞是彈性的，求：碰撞后兩球的速度。課堂練習1.一種未知粒子跟靜止的氫原子核正碰，測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，測出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s。已知氫原子核的質量是mH，氮原子核的質量是14mH，上述碰撞都是彈性碰撞，求未知粒子的質量。這實際是歷史上查德威克測量中子質量從而發(fā)現(xiàn)中子的實驗，請你根據(jù)以上查德威克的實驗數(shù)據(jù)計算：中子的質量與氫核的質量mH有什么關系？2.在光滑水平地面上有兩個相同的彈性小球A、B，質量都為m，現(xiàn)B球靜止，A球向B球運動，發(fā)生正碰。已知碰撞過程中總機