课题研究优质课教案

16.4《碰撞》教学设计

一、教材分析：

本节是人教版选修3-5第16章第四节的内容，在学习本节内容之前，学生已经学习并掌握了动能定理、机械能守恒、动量定理和动量守恒定律等知识，而这节内容就是对这些知识的应用，理论联系实际，才是物理学习的真谛，所以这节内容才是本章的最后压轴与重点。本节课的最大认识困难在于对碰撞过程中系统的能量是否守恒（动量守恒较容易），以及对碰撞中瞬时的过程性理解——即此过程从发生到结束虽然时间很短但依然是一个有初、末态的过程。为了深化学生对这个问题的认识，本节课从问题的提出、分析、讨论，再到应用，一以贯之的以定量的实验现象为基础去丰富学生的感知，以促进学生对这个问题的有效认识并借此发展他们的抽象思维能力

二、学情分析

学生已经学习了运动学和牛顿定律；动能定理和机械能守恒；动量定理和动量守恒等基础知识，已具备了一定的运动状态和受力分析的意识和能力，但是能把物体的受力与运动状态有机的结合，进而根据原理的特征对过程进行有机分解的意识和能力还有待提高。最后，本节内容严格说来不算是新知识，实际就是基本理论在实际生活中的应用。所以学生会比较感兴趣。

三、三维目标

1、知识与技能

（1）认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞。

（2）掌握弹性碰撞中速度变化的规律。

（3）了解微粒的散射

2、过程与方法：通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。

3、情感、态度与价值观：感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。

教学重点：用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题。

教学难点：对各种碰撞问题的理解。

四、教材处理：

在结构上，教材首先根据碰撞中能量是否守恒，将其分为弹性碰撞和非弹性碰撞，再详细讨论弹性碰撞中的各种情况，再介绍对心碰撞（正碰）与非对心碰撞（斜碰），以及散射等初级概念。对课本进行小幅度的调整，调整后的教学结构为：从常见的碰撞现象引入课题，总结出碰撞中的共性，个性。随后从牛顿摆引入碰撞中动量守恒，能量是否守恒？通过计算，发现在有些碰撞中机械能守恒，有些不守恒，借此对碰撞进行一种分类，然后是总结弹性碰撞的一般规律。再并

按照不同的标准对碰撞进行分类；最后是拓展视野——展示生活生产中由宏观到微观等各个层面的碰撞，例如散射。

教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具：多媒体辅助教学设备，牛顿摆。

五、教学过程：

新课引入：

（一）展标

通过这节课的学习，我们要知道以下几点：

1．认识弹性碰撞与非弹性碰撞，认识对心碰撞与非对心碰撞

2．掌握弹性碰撞中速度变化的规律。

3．通过体会碰撞中动量守恒、机械能守恒与否，体会动量守恒定律、机械能守恒定律的应用。

4.了解微粒的散射。

（二）观察碰撞，感知碰撞特点

师：首先，观察几幅碰撞的图片(视频)，观察碰撞，感知碰撞特点。高速汽车碰撞，人根本反应不过来，说明碰撞的时间有什么特点？

生：时间极短。

师：而车子严重变形，又说明什么？

生：作用力很大。

师：碰撞过程车子还受其他外力，比如摩擦力，空气阻力，但与内力相比小很多。换句话说，内力远大于外力，之前我们还学习了，当碰撞时内里远大于外力，动量是什么关系？

生：动量守恒，这是碰撞的二个特点。

师：如果时间极短，碰撞瞬间物体位移会怎么样？瞬间没有发生位移。这是碰撞的第三个特点。

师：因此，碰撞的共性有：

1、作用时间极短

2、内力远大于外力，系统动量守恒

3、瞬间没有发生位移（板书）

这些是我们已知的有关碰撞的共有特点，那么在碰撞中机械能是否守恒呢？

同学们各有各的想法，那么接下来我们就来计算看看，机械能是否守恒！

（三）进行新课

1.弹性碰撞与非弹性碰撞

演示牛顿摆的各种情况，让学生产生好奇。

猜测：这个过程机械能守恒吗？

教师设疑：设两个小球的质量都为m，球A碰撞球B前瞬间的速度为v0,求碰后B的速度以及碰撞前后系统的动能。

学生试解：设A撞击B球后获得速度为v1，

由动量守恒可得： mv0碰撞前系统的动能： EK1θ

θ

mv1

12mv0

2碰撞后系统的动能： EK2可以看出 EK112mv1

2EK2

学生回答教师总结：碰撞前后系统机械能守恒，两个球摆的高度相同。

提问：碰撞中机械能一定都守恒吗？我们来看接下来的一个例子：

教师设疑：阅读课本第17页【思考与讨论】：如图所示，两个物体的质量都是m，碰撞以前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。碰后两物体粘在一起，成为一个质量为2m的物体，以速度v'继续前进。这个系统碰撞过程中机械能守恒吗？怎么考虑？

学生回答：可以根据动量守恒求出碰撞后的共同速度v'，然后分别计算碰撞前后的总动能。

学生试解：根据动量守恒定律可得：mv2mv'

1mv2 碰撞前系统的总动能EK21mv'2

22学生回答：可以发现。碰撞前后系统的机械能不守恒（减少）。

碰撞前系统的总动能EK1教师总结：通过上述两个例子我们能够发现在碰撞过程中有些机械能是守恒的，有些机械能是不守恒的，因此我们根据机械能是否守恒将碰撞分为了两类：弹性碰撞和非弹性碰撞：

弹性碰撞：如果碰撞前后系统的机械能保持守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。

非弹性碰撞：如果碰撞前后系统的机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞。

教师总结：特别的，如果碰撞后两物粘合在一起，以共同速度运动，这时机械能损失最大，这样的碰撞称为叫做完全非弹性碰撞。（板书）

提问：我们来想一想，在碰撞的过程中机械能有没有可能增加呢？

不能，机械能在碰撞中是不会增加的，可以说，只减不增。这是碰撞的一

个制约因素，只有满足机械能不增的碰撞才是合理的。（板书）

2.弹性碰撞的规律

近代物理学中，经常遇到的是微粒之间的碰撞，这种碰撞没有能量损失，属于弹性碰撞，因此，我们之后学习的重点是弹性碰撞

。

接下来我们就来探究一维弹性碰撞所满足的规律：

阅读课本第18页【思考与讨论】讨论一维弹性碰撞的碰后速度的确定：

A m1

ppt V1

m2

B m1

v1/

m2

/v2

根据内容列出动量守恒与机械能守恒，列出表达式：

（1）

（2）

由（1），（2）得出

m1-m22m1v1v2v1m

m

1



m

1



m

2

（板书）

2

v1'（学生对于v1和v'2的计算有很大困难，课堂上没有较多时间计算，计划在预习时先让学生完成这部分计算，这两个表达式对于理解碰撞前后的速度非常重要，有必要让学生自己推出。）

提问：我们得出的

和

的表达式，这两个表达式有什么含义呢？m1与m2应该满足什么关系呢？接下来我们来讨论：

下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析

⑴

若m1m2，即两个物体质量相等，

'则：v1'0

，

v2v1

，表示碰后A球静止，B的速度变为

即两球交换速度。（这与牛顿摆实验结果一致）

⑵

若m1m2时，

'则v1'0，v20，即

大碰小，一起跑。

同时v'2v1'，反之则会发生二次碰撞，与实际不符。（对m1与m2赋值经行运算。

若m1m2，

'则

v1'v1

，

v22v1，这表明碰撞后A球的速度没有变，B球速度以

的速度被撞出。

⑶

若m1m2时，

'则v1'0，v20，即

小碰大，要反弹。

若m1m2，

'则v1'v1，v2（板书）

0，这表明碰撞后A球被碰回，B球仍然静止。

以上就是我们总结出来的有关一维弹性碰撞的规律，即碰撞后速度的合理性，这就是我们一维碰撞必须遵循的规律，也就是碰撞的一个制约因素。

除了这两个制约因素，想想碰撞还要满足什么要求？

动量守恒定律，这是我们碰撞中最后一个制约因素。

至此，我们就能总结出碰撞中的三个制约因素：

1.

动量制约：即碰撞过程必须受到“动量守恒定律的制约”。

2.

动能制约：即在碰撞过程，碰撞双方的总动能不会增加。

3.

运动制约：即碰撞过程还将受到运动的合理性要求的制约。

简称：守恒、不增、合理。（板书）

3.对心碰撞和非对心碰撞

根据是否对心，对碰撞进行分类，这种分类方式在本章开始时就已经给学生讲解过，在这里之作复习，不重新讲解。

（1）对心碰撞----正碰

碰撞前后物体在同一条直线上运动

（2）非对心碰撞----斜碰

碰撞前后物体不在同一条直线上运动,且碰撞后速度都偏离原来方向

4.散射

学生活动：阅读课本内容，思考散射与碰撞的区别。

学生回答：微观粒子相互接近时并不发生直接碰撞，因此微观粒子的碰撞又叫做散射。

教师说明：散射是研究原子内部结构的重要手段，后面章节会详细说明。

（四）例题讲解

大册子p12即时巩固,1，练习弹性碰撞所遵循的规律，

大册子p13例2，即时巩固2，分析碰撞后速度的合理性，也是对遵循的规律的

进一步理解。

通过例题使学生进一步理解处理碰撞问题的方法：

1.

动量守恒，

2.

判断是否机械能守恒，不守恒，机械能只减不增。

3.

速度的合理性，即时大碰小，还是小碰大。

（五）小结

一.碰撞的特点

1.作用时间极短 2.内力远大于外力,系统动量守恒

3.瞬间没有发生位移 二.碰撞的分类

1.弹性碰撞 2.非弹性碰撞

三.碰撞中的三个制约因素

守恒、不增、合理

四．弹性碰撞规律

'1.m1m2，

则：v1'0，v2v1

'2.m1m2，则v1'0，v20，

'm1m2，则

v1'v1

，v22v1

'3.m1m2时，则v1'0，v20

'm1m2，

则v1'v1，v20

六、板书设计：

一.碰撞的特点

1.作用时间极短 2.内力远大于外力,系统动量守恒

3.瞬间没有发生位移 二.碰撞的分类（机械能是否守恒）

1.

弹性碰撞 2.

非弹性碰撞

三.碰撞中的三个制约因素

守恒、不增、合理

'1.m1m2，

则：v1'0，v2v1

四．弹性碰撞规律

'2.m1m2，则v1'0，v20，

'm1m2，则

v1'v1

，v22v1

'3.m1m2时，则v1'0，v20

'm1m2，

则v1'v1，v20