一、能量守恒定律公开课教学设计模版

教学设计

【单

位】洛阳市第四十六中学

郭从宝

【课

题】物理（人教版）选修3-5 第十六章

4 碰撞

一、设计思想

1．围绕实验观察、理论分析、碰撞分类三个环节引导学生展开探究学习过程；通过实例分析、实验设计、提出问题等一系列活动激发学生主动参与的积极性和和学习的热情；教师根据知识发生、发展与变化的过程通过穿针引线的方式积极引导学生进行探索性学习，努力激发学生学习的兴趣，培养学生探究发现和合作学习的能力．

2．采用“问题—实验—讨论—归纳”的探究性教学模式，使学生在获得知识的同时，学会科学研究的方法，经历伴随着探究活动的深入而产生的情感体验．

二、教材分析

本节教学内容的设计是从动量守恒定律的应用的角度考虑的；碰撞是十分普遍的现象，碰撞问题是动量守恒定律和机械能守恒定律的综合应用，研究碰撞问题可以在典型的、有意义的情境中复习这些内容；本节内容的设计是从两球碰撞实验开始进行碰撞问题的探究、讨论、理论分析、分类，最终引向微观粒子的碰撞——散射，通过介绍中子的发现过程，让学生进一步了解动量守恒定律的应用；对教师来说，这是一节较难驾驭的内容，难在学生能否在多个物体中选取相互作用的物体作为研究对象、在多个物理过程中选取研究过程，难在学生能否用动量、机械能、动能、势能来综合分析问题，难在学生能否有效观察实验现象、讨论归纳结论上；因此教师通过实例分析、实验设计、提出问题，积极创造条件，让学生积极参与探究学习的过程．

三、学情分析

在本章前3节内容中，学生已经学习了动量和动量守恒定律，会解决简单的动量守恒定律问题；作为物理学中的重要规律——动量守恒定律有广泛的应用；碰撞是学生常见的现象，是动量守恒定律结合机械能、动能、势能的综合应用，还有选取研究对象、研究物理过程，有一定难度．

四、教材目标

1．知识与技能

认识弹性碰撞与非弹性碰撞，了解对心碰撞与非对心碰撞，了解散射．

2．过程与方法

通过实验归纳碰撞中动量守恒、机械能守恒到由理论推导出实验现象，完成认知的升华．

3．情感、态度与价值观

实验、猜想、观察、验证、讨论、交流，培养学生科学探究的精神．

五、教学重点难点

用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题，难度是碰撞问题中研究对象选取、碰撞前后状态的确定．

六、教学方法

实验、探究、讨论、交流、启发

1

七、教学用具

碰撞球、冲击摆、弹性球、玻璃球、多媒体辅助教学设备

八、教学过程

（一）复习引入

1.复习提问：

（1）动量守恒定律的内容

（2）动量守恒定律的使用条件

学生回答：

教师小结：（1）如果一个系统不受力，或者所受外力的矢量和为0，这个系统的总动量保持不变

（2）系统不受力或合外力为0，

或者内力远大于外力，或者在某一方向不受力或合外力为0 2．引入新课

实例：（投影展示）汽车碰撞实验、飞鸟撞飞机、公园碰碰车、水上碰碰船、冰壶、台球、打桩机打桩．

学生归纳：1．碰撞特点

教师总结：（1）内力很大（2）时间很短

引入新课：如何处理碰撞问题？

（二）进行新课

实验：两球碰撞

12展示实验装置：（1）两个相同小球（2）两摆线等长竖直（3）两球水平对心碰撞

教师实验，学生观察现象，提出问题：如何确定两球碰撞前后的速度？教师加辅助水平线，确定碰前后小球的高度

引导学生分析：高度相等→速度相等→两球速度交换→动量守恒机械能守恒碰撞前后动能相等

定义：如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞；如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞．

实验结论：两球发生弹性碰撞，质量相等速度交换

理论：

'两球碰撞过程动量守恒：m1v1m1v1'm2v2

①

111'2两球碰撞前后动能相等：m1v12m1v1'2m2v2

②

222学生解答方程：

教师总结：二元二次方程，先降次后消元，

'由①式移项得：m1(v1v1')m2v2

'2由②式移项得：m1(v12v1'2)m2v2

两式相比得：v1v1v2

代入①②解得：

mm2小球1碰后速度：v1'1v1

m1m22m1'小球2碰后速度：v2v1

m1m2讨论：

2

（1）两球质量相等即m1=m2

m1m2v10

m1m22m1'被碰小球2碰前速度：v20碰后速度：v2v1v1

m1m2两球速度交换

（2）两球质量不等，若m1< m2时

mm2小球1碰后速度：v1'1v10，小球弹回

m1m22m1'小球2碰后速度：v2v10

m1m2实验：一球碰两球

教师介绍实验装置：（1）三个相同小球（2）三摆线等长竖直（3）三球水平对心碰撞

先让学生猜想：三个小球碰撞后如何运动？

教师实验，学生观察

实验现象：入射小球1和被碰小球2静止，被碰小球3运动

问题：为什么入射小球1没有反弹？

学生思考讨论：

提问学生：

教师总结：（1）三个小球静止时无水平作用力（2）入射小球1与小球2碰撞时，小球3与小球2无水平作用力，没有参与碰撞，所以小球1和2碰撞质量相等速度交换，小球1静止；接着小球2与小球3碰撞，质量相等速度交换，小球2静止，小球3运动

实验：两球碰三球

教师介绍实验装置：（1）五个相同小球（2）五摆线等长竖直（3）五球水平对心碰撞

先让学生猜想：五个小球碰撞后如何运动？

教师实验，学生观察

实验现象：入射小球1和2静止，小球3静止，被碰小球4和5运动

实验：三球碰两球

教师介绍实验装置：（1）五个相同小球（2）五摆线等长竖直（3）五球水平对心碰撞

先让学生猜想：五个小球碰撞后如何运动？

教师实验，学生观察

实验现象：入射小球1和2静止，入射小球3和被碰小球4、5运动

教师总结：由此可见，碰撞时间很短

问题：质量小球碰撞质量大的球，有没有反弹？

实验：弹性球碰地面

学生观察：反弹

问题：验证了讨论（2）结论吗？

学生思考回答：

教师引导：

讨论：

入射小球1碰前速度：v1v1碰后速度：v1'

3

（3）两球质量不等，若m1<< m2时

mm2小球1碰后速度：v1'1v1v1，小球等速弹回

m1m22m1'小球2碰后速度：v2v10

m1m2这就是弹性球碰地面结论

（4）两球质量不等，若m1> m2时

mm2小球1碰后速度：v1'1v10

m1m22m1'小球2碰后速度：v2v10

m1m2（5）两球质量不等，若m1>> m2时

mm2小球1碰后速度：v1'1v1v1，小球速度几乎不变

m1m22m1'小球2碰后速度：v2v12v1

m1m2学生练习：如图所示，物体A静止在光滑的水平面上，A的左边固定有轻质弹簧，与A质量相同的物体B以速度v向A运动并与弹簧发生碰撞，A、B始终沿同一直线运动，则A、B组成的系统动能损失最大的时刻是

A．A开始运动时

v B．A的速度等于v时

B A C．B的速度等于零时

D．A和B的速度相等时

提问学生：

教师总结：A和B的速度相等时，弹簧最短，弹簧弹性势能最大，系统动能最小，所以选项D正确.

实验：冲击摆

实验装置介绍：（1）弹簧枪、钢球m（2）摆块M、摆线L（3）摆角θ

教师实验学生观察：注意正碰斜碰

理论：物理观察分析（1）弹簧枪发射钢球m（2）钢球m以一定速度v0打入摆块M（3）钢球m和摆块M摆以共同速度v上摆，摆角θ

解答：钢球m以一定速度v0打入摆块M，动量守恒

mv0(mM)v

钢球m和摆块M摆以共同速度v上摆，机械能守恒

1(mM)v2(mM)gL(1cos)

2mM2gL(1cos)

结论：冲击摆钢球的速度v0m这个装置可以用来测定钢球速度．

2．碰撞分类：

按能量变化分

（1）弹性碰撞：机械能守恒（碰撞前后动能相等）

（2）非弹性碰撞：机械能不守恒

4

（3）完成非弹性碰撞：机械能损失最大（碰撞后共速）

按速度方向分

（1）对心碰撞（正碰）：速度与两球心连线共线

（2）非对心碰撞（斜碰）：速度与两球心连线不共线

实验：玻璃球碰撞

现象：

3．散射：微观粒子很小且相互接近时并不接触，所以发生对心碰撞的概率很小，碰撞几乎都是斜碰，碰撞后微观粒子的速度向着各个方向，所以微观粒子的碰撞又叫做散射.散射是研究物质微观结构的重要方法，例如卢瑟福做α粒子散射实验，提出了原子的核式结构学说. 【学生阅读】课本第20页科学足迹，了解中子的发现过程，知道动量守恒定律在微观科学的具体应用．

【学生总结】学生总结本节学习内容

【课堂小结】

4

碰撞

1．特点：（1）内力很大（2）时间很短

2．分类：按能量变化分

（1）弹性碰撞

（2）非弹性碰撞

（3）完成非弹性碰撞

按速度方向分

（1）对心碰撞（正碰）

（2）非对心碰撞（斜碰）

3．散射：微观粒子的碰撞

学生自由活动：提出疑问解决讨论

【布置作业】第21页2、5

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