5　不确定性关系教学活动设计方案

年级

课题

教学

三维

目标

教学

重点

教学难点

教学方法

高二

科目

物理

课时

2课时

时间

2017.5.16

碰撞

一、知识目标

中心发言人

马春军

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学科网学科网2．了解微粒的散射二、技能目标

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。三、情感态度目标

感受不同碰撞的区别，培养学生勇于探索的精神。

学科网用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题学科网对各种碰撞问题的理解．

学科网教师启发、引导，学生讨论、交流。

教学用具

投影片，多媒体辅助教学设备

学科网学科网考点分析

在高考中多以大题的形式出现。

教学过程学科网（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）

微观粒子由于相互碰撞而改变运动状态，甚至使得一种粒子转化为其它粒子。

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。

两个物体的质量比例不同时，他们的速度变化也不一样。

学科网碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞具有如下特点：1．碰撞过程中动量守恒．学科网学科网提问：守恒的原因是什么？（因相互作用时间短暂，因此一般满足F内>>F外的条件）学科网2．碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变．3．碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加．学科网学科网提问：碰撞中，总动能减少最多的情况是什么？（在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多）熟练掌握碰撞的特点，并解决实际的物理问题，是学习动量守恒定律的基本要求．

（二）进行新课学科网学科网1．弹性碰撞

在弹性力作用下，碰撞过程只产生机械能的转移，系统内无机械能的损失的碰撞，称为弹性碰撞。

举例：通常情况下的钢球、玻璃球等坚硬物体之间的碰撞及分子、原子等之间的碰撞皆可视为弹性碰撞。

在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B，以初速度v1、v2运动，若它们能发'生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为v1'和v2。我们的任务是得出用m1、m2、v1、v2表'达v1'和v2的公式。

'是以地面为参考系的，将A和B看作系统。

v1、v2、v1'、v2''由碰撞过程中系统动量守恒，有m1v1m2v2m1v1

①

m2v2有弹性碰撞中没有机械能损失，有

211112'2m1v12m2v2m1v1'm2v2

②

2222

[结论1]对于一维弹性碰撞，若以其中某物体为参考系，则另一物体碰撞前后速度大小不变，方向相反（即以原速率弹回）。

联立①②两式，解得

v1'2m2v2m1m2v1

④

m1m22m1v1m2m1v2

⑤

m1m2'v2下面我们对几种情况下这两个式子的结果做些分析。

●若m1m2，即两个物体质量相等

'v1'v2

，

v2v1

，表示碰后A的速度变为v2，B的速度变为v1

。

故有

[结论2] 对于一维弹性碰撞，若两个物体质量相等，则碰撞后两个物体互换速度（即碰后A的速度等于碰前B的速度，碰后B的速度等于碰前A的速度）。

●若m1m2，即A的质量远大于B的质量

这时m1m2m1，m1m2m1，有

v1v1

，

v22v1v2

表示质量很大的物体A（相对于B而言）碰撞前后速度保持不变。

⑥

●若m1m2，即A的质量远小于B的质量

这时m2m1m2，m1m2m2，'有

v2v2

，

v1'2v2v1

''m20。根据④、⑤两式，

m1m2m10。根据④、⑤两式，

m1m2表示质量很大的物体B（相对于A而言）碰撞前后速度保持不变。

⑦

综合⑥⑦，可知：

[结论3] 对于一维弹性碰撞，若其中某物体的质量远大于另一物体的质量，则质量大的物体碰撞前后速度保持不变。

至于质量小的物体碰后速度如何，可结合[结论1]和[结论3]得出。

以m1m2为例，由[结论3]可知v1v1，由[结论1]可知v21v21，即v2v1v2v1，将v1v1'''''代入，可得v22v1v2，与上述所得一致。

'

以上结论就是关于一维弹性碰撞的三个普适性结论。

注意：弹性碰撞后的物体不发生永久性的形变，不裂成碎片，不粘在一起，不发生热传递及其他变化。

【例1】

质量m1=10g的小球在光得的水平面上以v1=30cm／s的速度向右运动，恰遇上质量m2=50 g的小球以v2=10cm／s的速度向左运动。碰撞后，小球m2恰好静止。那么碰撞后小球m1的速度多大?方向如何? [解析]

设v1的方向为正方向(向右)，则各球的速度为v1=30cm／s，v2= —10cm／s，v2/=0，

据m1v1+m2v2＝m1v1 /+m2v2 /

解得v1 /= —20cm／s，负号表示碰撞后m1的运动方向

与v1的方向相反，即向左。

[答案]

20cm／s

方向向左

[点评]

本题中的速度方向虽在同一直线上，但有的向右，有的向左，运用动量守恒定律求解时，一定要规定正方向。

2．非弹性碰撞

(1)非弹性碰撞：受非弹性力作用，使部分机械能转化为内能的碰撞称为非弹性碰撞。

(2)完全非弹性碰撞：是非弹性磁撞的特例，这种碰撞的特点是碰后粘在—起(或碰后具有共同的速度)，其动能损失最大。（试试如何推导？）

注意：碰撞后发生永久性形变、粘在一起、摩擦生热等的碰撞往往为非弹性碰撞。

【例4】展示投影片，其内容如下：

在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kgm/s，pB=7kgm/s，如图所示．若能发生正碰，则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是 （

）

A．△pA=-3kgm/s；△pB =3kgm/s B．△pA=3kgm/s；△pB =3kgm/s C．△pA=-10kgm/s；△pB =10kgm/s D．△pA=3kgm/s；△pB =-3kgm/s 组织学生认真审题．

（1）提问：解决此类问题的依据是什么？

在学生回答的基础上总结归纳为：

①系统动量守恒；②系统的总动能不能增加；③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量；④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同；⑤如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度．

（2）提问：题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化？

p2帮助学生回忆Ek的关系。

2m（3）提问：题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系？

要求学生认真读题，挖掘隐含的质量关系，即A追上B并相碰撞，

所以，vAvB，即

m557，A

mAmBmB7（4）最后得到正确答案为A．

二、对心碰撞和非对心碰撞

1．对心碰撞

两球碰撞时，碰撞之前球的运动速度与两球心的连线在同—条直线上，碰撞之后两球的速度仍沿着这条直线，这种碰撞称为对心碰撞，也叫正碰。

注意：发生对心碰撞的两个物体，碰撞前后的速度都沿同一条直线，它们的动量也都沿这条直线，在这个方向上动量守恒。

2．非对心碰撞

两球碰撞时，碰撞之前的运动速度与两球心的连线不在同—条直线上，碰撞之后两球的速度都会偏离原来两球心的连线。这种碰撞称为非对心碰撞，也叫斜碰。斜碰也遵循动量守恒定律，但情况较复杂，中学阶段不作要求。

注意：发生非对心碰撞的两个小球，可以将小球速度沿球心连线和垂直球心连线两个方向分解，在这两个方向上应用动量守恒定律列式求解。

三、散射

1、散射：在粒产物理和核物理中，常常使一束粒子射人物体，粒子与物体中的微粒碰撞。这些微观粒子相互接近时并不发生直接接触，这种微观粒子的碰撞叫做散射。

由于粒子与物质微粒发生对心碰撞的概率很小，所以多数粒子在磁撞后飞向四面八方。

微观粒子之间的碰撞通常被视为完全弹性碰撞，遵从动量守恒及前后动能相等．英国物理学家查德威克利用弹性碰撞理论成功地发现了中子．

（三）课堂小结

教师活动：让学生概括总结本节的内容。请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。

点评：总结课堂内容，培养学生概括总结能力。

（四）作业

“问题与练习”1，3题

板书设计

一.碰撞

1.弹性碰撞：碰撞过程机械能守恒。

''

动量守恒：

m1v1m2v2m1v1

m2v2

动能守恒：

211112'2m1v12m2v2m1v1'm2v2

22222.非弹性碰撞：碰撞过程机械能不守恒。

''动量守恒：

m1v1m2v2m1v1

m2v2动能不守恒：

EK初>EK末

二.对心碰撞和非对心碰撞

三.散射