课题研究教学内容分析

16.1 实验：探究碰撞中的不变量

【教学目标】1、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。

2、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。

3、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：实验数据的处理。

教学方法：启发、引导，学生自主实验，讨论、交流学习成果。

教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备；完成该实验实验室提供的实验器材，如气垫导轨、滑块等。

【课时安排】

1课时

教学过程：

第一节 探究碰撞中的不变量 （一）引 入

ppt演示：（1）台球由于两球碰撞而改变运动状态等客观实例。

（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。

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。两个物体的质量比例不同时，它们的速度变化也不一样。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）。

（二）进行新课

1、实验探究的基本思路

（1）

一维碰撞

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。这种碰撞叫做一维碰撞。

演示：如图所示，A、B是悬挂起来的钢球，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

以上现象可以说明什么问题？

结论：以上现象说明A、B两球碰撞后，速度发生了变化，当A、B两球的质量关系发生变化时，速度变化的情况也不同（碰撞过程中，速度的变化与质量的大小有关）。

（2）追寻不变量

分析：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”。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。

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、v2，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，我们可以做如下别为v1、v2，碰撞后的速度分别为v1三种猜测：

mvmvmvmv11221122

2222mvmvmvmv11221122

vvvv1212mmmm1212

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（对心碰撞）；

（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。

问题：测量物体的速度可以有哪些方法？

提示：速度的测量：可以充分利用所学的运动学知识，如利用匀速运动、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。

参考案例――一种测速原理

如图所示，图中滑块上红色部分为挡光板，挡光板有一定的宽度，设为L，气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关，并与计时装置相连，构成光电计时装置。

当挡光板穿入时，将光挡住开始计时，穿过后不再挡光则停止计时，设记录的时间为t，则滑块相当于在L的位移上运动了时间t，所以滑块匀速运动的速度v=L/t。

3、实验方案

（1）用气垫导轨作碰撞实验（如图所示）

实验记录及分析（a-1）

碰撞前

碰撞后

质量

m1= m2= m1= m2= 速度

v1= v2= v1= v2= mv m1v1m2v2

m1v1m2v2

mv2 m221v1m2v2

m1v12m2v22

v/m v1vv1v2m2

1m2mm

12实验记录及分析（a-2）

碰撞前

碰撞后

质量

m1= m2= m1= m2= 速度

v1= v2= v1= v2= mv m1v1m2v2

m1v1m2v2

mv2 mv2m2112v2

m1v12m2v22

v/m v1v1mv2

v2

1m2m1m2实验记录及分析（a-3）

碰撞前

碰撞后

质量

m1= m2= m1= m2= 速度

v1= v2= v1= v2= mv m1v1m2v2

m1v1m2v2

mv2 mv2v211m22

m221v1m2v2

v/m v1v1v2mv2

1m2m

1m2

实验记录及分析（b）

质量

速度

mv mv2 碰撞前

m1= v1= m2= v2= m1= 碰撞后

m2= = v1= v2m1v1m2v2

2m1v12m2v2

m2v2

m1v12m2v22

m1v1v2v1

m1m2v/m

（2）

用小球研究碰撞

4、结论：第一种猜测是对，即

v1v2

m1m2mvmvmvmv11221122

练案（自主练习）

1、在一个物理过程中始终保持不变的物理量叫不变量，也叫_____________量。

2、在气垫导轨上进行探究实验时，用的仪器除了光电门、滑块、挡光片外，还有_____________________________。

3、在气垫导轨上进行实验时，首先应该做的是( ) A．给气垫导轨通气 B．给光电计时器进行归零处理

C．把滑块放到导轨上 D．检查挡光片通过光电门时是否能挡光计时

4、在用气垫导轨探究碰撞中的不变量时，不需要测量的物理量是( ) A．滑块的质量 B．挡光的时间

C．挡光片间的距离 D．光电门的高度

5、若用打点计时器做探究碰撞中的不变量实验，下列操作是正确的是 ( ) A．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了改变两车的质量

B．相互作用的两车上，一个装上撞针，一个装上橡皮泥，是为了碰撞后粘在一起

C．先接通打点计时器的电源，再释放拖动纸带的小车

D．先释放拖动纸带的小车，再接通打点计时器的电源

6、关于打点计时器使用的电源，下列说法正确的是( ) A．火花式打点计时器使用低压交流电源，电磁式打点计时器使用低压直流电源

B．火花式打点计时器使用低压交流电源，电磁式打点计时器使用220V 交流电源

C．火花式打点计时器使用220V交流电源，电磁式打点计时器使用低压交流电源

D．火花式打点计时器使用220V交流电源，电磁式打点计时器使用220V 直流电源

7、对于实验最终的结论m1v1＋m2v2＝m1 v1′＋m2 v2′

，下列说法正确的是 ( ) A．仅限于一维碰撞 B．任何情况下m1v1＋m2v2＝m1 v1′＋m2 v2′也一定成立

C．式中的v1、v2、v1′、v2′

都是速度的大小 D．式中的不变量是m1和m2组成的系统的总动量

8、如图所示，两个质量相同的小钢球，按图示方式悬挂，让其中一个小球保持静止，把另一小球拉开一定的角度，然后自由释放，2222

下列说法正确的是 ( ) A．碰撞后，两球相互交换速度，入射球静止，被碰球以入射球碰前的速度运动

B．碰撞后，入射球被反弹，被碰球以入射球碰前2倍的速度运动

C．碰撞前后，两球有mv1＝mv2（v1和v2分别表示两球相碰前后的速度）

D．碰撞前后，两球有mv1≠mv2（v1和v2分别表示两球相碰前后的速度）

9、在气垫导轨上的两个滑块P、Q，质量分别为m1、m2，已知它们碰撞后的速度分别为v1′、v2′，碰撞前P的速度为v1，则碰撞前Q的速度v2为 ( ) m2v2m1(v1v1)m1v1m2(v2v2)A．0 B．v1′＋v2′－ v1 C． D．

m2m210、在光滑水平桌面上有两个小球，甲球的质量为2kg，乙球的质量为1kg，甲球以4m/s的速度和原来静止的乙球发生对心碰撞，则下列说法正确的是 ( ) A．碰撞后甲球的速度为零，乙球的速度为8m/s，方向与甲球原来的速度方向相同

B．碰撞后甲球的速度一定变小

C．仅根据上述条件无法求出碰撞后两球的速度大小

D．以上说法均不正确

11、试写出下列物理过程中的不变量：

（1）一物体做自由落体；

（2）一个物体在竖直方向做匀速直线运动；

（3）一物体沿光滑曲面自由下滑。

12、用气垫导轨做实验时，某一滑块通过光电门时，双挡光片两次挡光的记录为284.1ms和294.6ms，测得挡光片的挡光距离为5cm，则此滑块的速度多大？

13、在气垫导轨上有两个质量均为m的滑块，两个滑块都带有尼龙搭扣，使一滑块以速度v运动，和静止的另一滑块相碰，碰后两滑块以共同速度v′运动，请猜测这一过程中的守恒量和不守恒量。

14、物理量分哪两类，怎么样描述它们的变与不变？

四、答案预设：

探究碰撞中的不变量

1、守恒 2、光电计时器 3、A 4、D 5、BC 6、C 7、AD 8、AC 9、D 10、BC 11、（1）运动的加速度

（2）速度或合力

（3）机械能 12、4.76m/s 13、守恒量：mv＝2mv′，不守恒量：mv＝2mv′ 14、矢量：当矢量的大小或方向有一个发生变化，这个矢量就变化；当矢量的大小和方向都不变时，这个矢量就不变。标量：当标量的大小变化时，这个标题就变化；当标量的大小不变时，这个标题就不变。

22教

后

反

思