人教版物理选修3-5第十六章第一节探究碰撞中的不变量教学设计
文档属性
| 名称 | 人教版物理选修3-5第十六章第一节探究碰撞中的不变量教学设计 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 195.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-09-29 14:45:43 | ||
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文档简介
16．1 实验：探究碰撞中的不变量
教材分析：
本节课的内容选自人教版物理选修3-5第十 ( http: / / www.21cnjy.com )六章第一节的内容。 本节内容对接下来学习动量守恒定律的基础，且在原子物理中也有涉及，因此本内容起着承上启下的作用。教材通过实验情境从特殊到一般化探究，让学生体验碰撞中不变量的猜想认知过程；让学生在实验探究引导和实践中收获“不变量的猜想”成果，体验学习探究过程，了解碰撞前后物块速度的获得方法，发展对学科的兴趣与热情，培养实验探究能力和交流协作能力。
学情分析：
通过前面模块的学习，学生已经知道物体通过相 ( http: / / www.21cnjy.com )互作用而产生的运动类型，物理研究方法和遵循的一般规律；学生也已经具备了初步的实验设计能力和实验操作技能；学生对物体通过碰撞这种相互作用从而产生的运动类型也有生活感性认知，并且在必修2中“机械能及其守恒定律”一章中有过类似的探究经历和体验。学生设计用实验方法测量碰撞前后物体的速度时会遇到大的困难，设计不出。教师要多指导学生学习方法，使其掌握实验内涵。
教学目标：
（一）知识与技能
1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路．
2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法．
3、掌握实验数据处理的方法．
（二）过程与方法
1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。
2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。
（三）情感、态度与价值观
1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。
2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。
3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。
4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。
教学重点
碰撞中的不变量的探究
教学难点
速度的测量方法、实验数据的处理．
课时安排
1 课时
教学过程
（一）引入新课
课件（投影片）演示：
（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态（不同号的台球运动状态不同）。
（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子．
师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化．例：两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接。
( http: / / www.21cnjy.com )
师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样．
师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）．
设计意图：生活事例引入，激发学生的学习兴趣。
（二）进行新课
1．实验探究的基本思路
1）一维碰撞
师：我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动．
结论：这种碰撞叫做一维碰撞．
碰撞演示:如图所示，A、B是悬挂起来的钢球 ( http: / / www.21cnjy.com )，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角．如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角β=α，这说明A、B两球碰后交换了速度；
如果mA>mB，碰后A、B两球一起向右摆动；
如果mA提出问题：两个物体碰撞前后 ( http: / / www.21cnjy.com )速度都发生变化，变化的情况却又各不相同。现象1、现象3提示我们碰撞前后有什么物理量保持不变？现象2更加一般性，是否也具有共同的“不变量”呢？
分析讨论：学生可能提出运动小球的速度，运动小球的动能，运动小球的高度，运动小球的能量保持不变。
2)追寻不变量
师：在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度．
设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、．
规定某一速度方向为正．
碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：
（1）
（2）
（3）
分析：
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．
②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量．
2．实验条件的保证、实验数据的测量
1） 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动;
2） 用天平测量物体的质量；
3） 测量两个物体在碰撞前后的速度．
师：测量物体的速度可以有哪些方法？
生：利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件．
摆球测速原理
实验装置如图所示。
把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。
可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。
也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。
3．设计实验方案进行分组实验
[引导猜想]碰撞前后物体质量是不变的。 ( http: / / www.21cnjy.com )显然并不是我们追寻的“不变量”。根据猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，由数学表达语言对称和谐出发。一个物体的速度在碰撞前后是变化的，二个物体的速度之和在碰撞前后是不是不变呢？
即：
[实验验证]
引导性提问：猜想“不变量”表达中与 ( http: / / www.21cnjy.com )碰撞物体的质量可能无关出发，符合猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，符合科学语言对称和谐美。如何改进对比实验情境→设计定量实验来验证猜想？
分析讨论：实验中如何保证碰撞是一维的？怎样测量两个物体的碰撞前后速度？
学生得出：由转换测量A，B物块碰撞前后的摆起的高度，计算碰撞前后物块的速度。即：
[实验操作1]：把两个小球A、B用 ( http: / / www.21cnjy.com )线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。控制条件（mA=mB＝24．8g v2=0）用天平测量。
将A拉起h1后释放，B竖直静止悬挂。A摆下和 ( http: / / www.21cnjy.com )B发生碰撞。用“逐次逼近法”确定A，B上升的最高位置：先用目测确定摆上升的最高位置，做出标记，然后再重复碰撞几次，逐次修正出准确位置。从图纸上测量出h1 ，h1’，h2’的数值。
数据记录：mA=mB＝24．8 g 由
得：
碰撞前 碰撞后
h1 v1 h2 v2 h1’ v1’ h2’ v2’
0 0
v1+v2 v1’+v2’
结论： ，此猜想不成立。
[引导修正，提升猜想]由引 ( http: / / www.21cnjy.com )导实验的观察和以上证伪过程，由运动小球的能量可能保持不变猜想：二个物体各自质量与自己的速度平方乘积之和碰撞前后是不是不变呢？
即：
[分析讨论]由。可以发现只要验证： 是否成立。重复实验操作一，将数据记录下表，分析数据。
碰撞前 碰撞后
h1 h2 h1’ h2’
0
m1h1 m1h1’+m2h2’
结论：，此猜想不成立。
[修正提升猜想]那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是“不变量”呢？即：
结合前几次的实验数据分析，成立
结论：碰撞中的“不变量”是：两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和。即：并且碰撞中的“不变量”mv具有矢量性。
设计意图：不断纠错，让学生体会规律形成过程，体验成功的喜悦。
（三）课堂小结
1．基本思路（一维碰撞）
与物体运动有关的物理量可能有哪些？
碰撞前后哪个物理量可能是不变的？
2．需要考虑的问题
碰撞必须包括各种情况的碰撞；
物体质量的测量（天平）；
碰撞前后物体速度的测量（利用光电门或打点计时器等）。
（四）作业：“问题与练习”1、2题
教材分析：
本节课的内容选自人教版物理选修3-5第十 ( http: / / www.21cnjy.com )六章第一节的内容。 本节内容对接下来学习动量守恒定律的基础，且在原子物理中也有涉及，因此本内容起着承上启下的作用。教材通过实验情境从特殊到一般化探究，让学生体验碰撞中不变量的猜想认知过程；让学生在实验探究引导和实践中收获“不变量的猜想”成果，体验学习探究过程，了解碰撞前后物块速度的获得方法，发展对学科的兴趣与热情，培养实验探究能力和交流协作能力。
学情分析：
通过前面模块的学习，学生已经知道物体通过相 ( http: / / www.21cnjy.com )互作用而产生的运动类型，物理研究方法和遵循的一般规律；学生也已经具备了初步的实验设计能力和实验操作技能；学生对物体通过碰撞这种相互作用从而产生的运动类型也有生活感性认知，并且在必修2中“机械能及其守恒定律”一章中有过类似的探究经历和体验。学生设计用实验方法测量碰撞前后物体的速度时会遇到大的困难，设计不出。教师要多指导学生学习方法，使其掌握实验内涵。
教学目标：
（一）知识与技能
1、明确探究碰撞中的不变量的基本思路．
2、掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法．
3、掌握实验数据处理的方法．
（二）过程与方法
1、学习根据实验要求，设计实验，完成某种规律的探究方法。
2、学习根据实验数据进行猜测、探究、发现规律的探究方法。
（三）情感、态度与价值观
1、通过对实验方案的设计，培养学生积极主动思考问题的习惯，并锻炼其思考的全面性、准确性与逻辑性。
2、通过对实验数据的记录与处理，培养学生实事求是的科学态度，能使学生灵活地运用科学方法来研究问题，解决问题，提高创新意识。
3、在对实验数据的猜测过程中，提高学生合作探究能力。
4、在对现象规律的语言阐述中，提高了学生的语言表达能力，还体现了各学科之间的联系，可引伸到各事物间的关联性，使自己溶入社会。
教学重点
碰撞中的不变量的探究
教学难点
速度的测量方法、实验数据的处理．
课时安排
1 课时
教学过程
（一）引入新课
课件（投影片）演示：
（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态（不同号的台球运动状态不同）。
（2）微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态，甚至使得一种粒子转化为其他粒子．
师：碰撞是日常生活、生产活动中常见的一种现象，两个物体发生碰撞后，速度都发生变化．例：两节火车车厢之间的挂钩靠碰撞连接。
( http: / / www.21cnjy.com )
师：两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样．
师：物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别重要的意义，本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变（守恒）．
设计意图：生活事例引入，激发学生的学习兴趣。
（二）进行新课
1．实验探究的基本思路
1）一维碰撞
师：我们只研究最简单的情况——两个物体碰撞前沿同一直线运动，碰撞后仍沿同一直线运动．
结论：这种碰撞叫做一维碰撞．
碰撞演示:如图所示，A、B是悬挂起来的钢球 ( http: / / www.21cnjy.com )，把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a，放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞，碰后B球摆幅为β角．如两球的质量mA=mB，碰后A球静止，B球摆角β=α，这说明A、B两球碰后交换了速度；
如果mA>mB，碰后A、B两球一起向右摆动；
如果mA
分析讨论：学生可能提出运动小球的速度，运动小球的动能，运动小球的高度，运动小球的能量保持不变。
2)追寻不变量
师：在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度．
设两个物体的质量分别为m1、m2，碰撞前它们速度分别为v1、v2，碰撞后的速度分别为、．
规定某一速度方向为正．
碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系，我们可以做如下猜测：
（1）
（2）
（3）
分析：
①碰撞前后物体质量不变，但质量并不描述物体的运动状态，不是我们追寻的“不变量”．
②必须在各种碰撞的情况下都不改变的量，才是我们追寻的不变量．
2．实验条件的保证、实验数据的测量
1） 实验必须保证碰撞是一维的，即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动，碰撞之后还沿同一直线运动;
2） 用天平测量物体的质量；
3） 测量两个物体在碰撞前后的速度．
师：测量物体的速度可以有哪些方法？
生：利用匀速运动、平抛运动，并借助于斜槽、气垫导轨、打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件．
摆球测速原理
实验装置如图所示。
把两个小球用线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。
可以测量小球被拉起的角度，从而算出落下时的速度；测量被撞小球摆起的角度，从而算出被撞后的速度。
也可以用贴胶布等方法增大两球碰撞时的能量损失。
3．设计实验方案进行分组实验
[引导猜想]碰撞前后物体质量是不变的。 ( http: / / www.21cnjy.com )显然并不是我们追寻的“不变量”。根据猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，由数学表达语言对称和谐出发。一个物体的速度在碰撞前后是变化的，二个物体的速度之和在碰撞前后是不是不变呢？
即：
[实验验证]
引导性提问：猜想“不变量”表达中与 ( http: / / www.21cnjy.com )碰撞物体的质量可能无关出发，符合猜想的一般原理由简单到复杂，由单一到多样，符合科学语言对称和谐美。如何改进对比实验情境→设计定量实验来验证猜想？
分析讨论：实验中如何保证碰撞是一维的？怎样测量两个物体的碰撞前后速度？
学生得出：由转换测量A，B物块碰撞前后的摆起的高度，计算碰撞前后物块的速度。即：
[实验操作1]：把两个小球A、B用 ( http: / / www.21cnjy.com )线悬起来，一个小球静止，拉起另一个小球，放下时它们相碰。控制条件（mA=mB＝24．8g v2=0）用天平测量。
将A拉起h1后释放，B竖直静止悬挂。A摆下和 ( http: / / www.21cnjy.com )B发生碰撞。用“逐次逼近法”确定A，B上升的最高位置：先用目测确定摆上升的最高位置，做出标记，然后再重复碰撞几次，逐次修正出准确位置。从图纸上测量出h1 ，h1’，h2’的数值。
数据记录：mA=mB＝24．8 g 由
得：
碰撞前 碰撞后
h1 v1 h2 v2 h1’ v1’ h2’ v2’
0 0
v1+v2 v1’+v2’
结论： ，此猜想不成立。
[引导修正，提升猜想]由引 ( http: / / www.21cnjy.com )导实验的观察和以上证伪过程，由运动小球的能量可能保持不变猜想：二个物体各自质量与自己的速度平方乘积之和碰撞前后是不是不变呢？
即：
[分析讨论]由。可以发现只要验证： 是否成立。重复实验操作一，将数据记录下表，分析数据。
碰撞前 碰撞后
h1 h2 h1’ h2’
0
m1h1 m1h1’+m2h2’
结论：，此猜想不成立。
[修正提升猜想]那么，两个物体各自的质量与自己的速度的乘积之和是不是“不变量”呢？即：
结合前几次的实验数据分析，成立
结论：碰撞中的“不变量”是：两个物体各自的质量与自己速度的乘积之和。即：并且碰撞中的“不变量”mv具有矢量性。
设计意图：不断纠错，让学生体会规律形成过程，体验成功的喜悦。
（三）课堂小结
1．基本思路（一维碰撞）
与物体运动有关的物理量可能有哪些？
碰撞前后哪个物理量可能是不变的？
2．需要考虑的问题
碰撞必须包括各种情况的碰撞；
物体质量的测量（天平）；
碰撞前后物体速度的测量（利用光电门或打点计时器等）。
（四）作业：“问题与练习”1、2题