《類完全非彈性碰撞》教學(xué)設(shè)計(jì)

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載課題：人教版高中物理選修3-5類完全非彈性碰撞教學(xué)設(shè)計(jì)一、考點(diǎn)分析：近幾年的高考，碰撞問(wèn)題是高考試題的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，同時(shí)它也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。選修 3-5 模塊之所以頻頻考察此類問(wèn)題，是因?yàn)樗从吵鰜?lái)的物理過(guò)程、狀態(tài)變化及能量關(guān)系，能夠全方位地考查同學(xué)們的理解能力、邏輯思維能力及分析推理能力。碰撞問(wèn)題，由于碰撞時(shí)相互作用力“時(shí)間短、變化快、量值大”，外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力，所以碰撞過(guò)程動(dòng)量守恒。碰撞問(wèn)題中， 完全非彈性碰撞是一種特殊的碰撞情況：形變完全不能夠恢復(fù)， 機(jī)械能損失達(dá)到最大，遵從動(dòng)量守恒定律，還具有碰撞雙方碰后的速度相等的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征， 而且是彈性碰撞所必經(jīng)歷之過(guò)程，可以說(shuō)其個(gè)

2、性極為突出。雖然近三年高考中主要考察彈性碰撞， 但是鑒于完全非彈性碰撞的特殊性， 二輪復(fù)習(xí)可以針對(duì)性的加強(qiáng)這方面內(nèi)容的研究。二、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能：（ 1）了解完全非彈性碰撞在碰撞過(guò)程中的個(gè)性特點(diǎn)。（ 2）了解類完全非彈性碰撞的常見(jiàn)物理模型。（ 3）能用動(dòng)量、能量觀點(diǎn)綜合分析類完全非彈性碰撞問(wèn)題。過(guò)程與方法：通過(guò) “慢鏡頭” 體驗(yàn)一維碰撞過(guò)程中形變量與能量的演變過(guò)程，關(guān)注完全非彈性碰撞速度相等的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，感受碰撞系統(tǒng)機(jī)械能損失最大的能量特點(diǎn)。并將結(jié)論推廣到一般模型的類完全非彈性碰撞問(wèn)題。情感態(tài)度價(jià)值觀：通過(guò)對(duì)類完全非彈性碰撞問(wèn)題的研究，體會(huì)研究物理問(wèn)題的一般方法。三、教學(xué)重點(diǎn) ：（ 1 ）完

3、全非彈性碰撞問(wèn)題的的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征和能量特點(diǎn)。（ 2 ）類完全非彈性碰撞模型的能量轉(zhuǎn)化分析。四、教學(xué)用具：ppt 課件、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備五、教學(xué)過(guò)程：1、導(dǎo)入新課同學(xué)們通過(guò)前面的學(xué)習(xí)， 對(duì)碰撞問(wèn)題已經(jīng)有了深刻的理解。 碰撞現(xiàn)象是物理學(xué)中極為常見(jiàn)的物理現(xiàn)象， 大到宇宙中的天體， 小到微觀粒子，以及我們的日常生活， 可以說(shuō)碰撞現(xiàn)象無(wú)處不在。碰撞問(wèn)題也是形形色色、繁雜多樣，其中有一類問(wèn)題個(gè)性鮮明，特點(diǎn)突出，我們這節(jié)課就來(lái)探討這一類型的問(wèn)題：完全非彈性碰撞問(wèn)題及類完全非彈性碰撞問(wèn)題。2、進(jìn)行新課一、碰撞過(guò)程回顧從系統(tǒng)碰撞過(guò)程中是否有動(dòng)能損失可以將碰撞問(wèn)題分成兩大類：彈性碰撞和非彈性碰撞；我們先來(lái)回顧一下

4、碰撞的全過(guò)程：最簡(jiǎn)單的彈性碰撞模型（一靜一動(dòng)）：以光滑水平地面上質(zhì)量為m1 、速度為 v 的小球 A 與質(zhì)量為m2 的靜止小球B 發(fā)生正面彈性學(xué)習(xí)必備歡迎下載碰撞為例：【討論 1】完全非彈性碰撞的特點(diǎn)有哪些？（ 1）運(yùn)動(dòng)學(xué)特征： _ ；（ 2）動(dòng)量特征： _ ；（ 3）能量特征： _ ；v1完全非彈非性彈碰性撞碰彈撞性v 共碰撞【總結(jié)】（ 1）運(yùn)動(dòng)學(xué)特征：碰后兩者速度相等；（ 2）動(dòng)量特征：系統(tǒng)碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒；（ 3）能量特征：小球形變最大，系統(tǒng)損失的動(dòng)能最多；二、類完全非彈性碰撞的相關(guān)模型【討論 2】常見(jiàn)類完全非彈性碰撞模型, 請(qǐng)分析計(jì)算：（1）子彈打擊木塊模型：如圖所示，質(zhì)量為m 的子

5、彈（可以看成質(zhì)點(diǎn)）以速度v0 擊中放在光滑水平面上質(zhì)量為M 的木塊 B ，恰好未穿出，設(shè)子彈在木塊中運(yùn)動(dòng)時(shí)阻力恒為f，求木塊的長(zhǎng)度？（ 2）彈簧模型：如圖所示，小球的水平面上。現(xiàn)給 A 大值？A 和 B 的質(zhì)量分別為 m 和 M ，固定在輕質(zhì)彈簧的兩端，靜止于光滑以向右的水平速度 v0 ，求兩物體在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，彈性勢(shì)能的最（ 3）滑板模型：如圖所示，質(zhì)量為m 的小物體（可視為質(zhì)點(diǎn)）放在質(zhì)量為M 的長(zhǎng)木板的左端，長(zhǎng)木板放在光滑的水平面上?，F(xiàn)讓m 獲得向右的速度v0，若小物體最終沒(méi)有從長(zhǎng)木板上滑落，兩者間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 。求長(zhǎng)木板的長(zhǎng)度至少是多少？學(xué)習(xí)必備歡迎下載（ 4）曲面模型：如圖所示，

6、在光滑的水平面上有一靜止的光滑曲面滑塊，質(zhì)量為M ?，F(xiàn)有一大小忽略不計(jì)的小球，質(zhì)量為m，以速度 v0 沖向滑塊，并進(jìn)入滑塊的光滑軌道，設(shè)軌道足夠高。求小球在軌道上能上升的最大高度?解：設(shè)相應(yīng)的臨界狀態(tài)的速度為v：由動(dòng)量守恒 （或水平方向動(dòng)量守恒） ：mv0（ m M )vMmv02f LL（）f2 Mm2Ep mE pmMmv02（ Mm）由能量守恒： 12122mg LLMv0mv0（ m M ） v2（Mm） g22mghhMv02）（mg2 M上述四個(gè)模型， 同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)中較為常見(jiàn)， 從形式上看完全不同。 通過(guò)剛才的分析與計(jì)算，請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)其中的共性和差異。共性：速度相等，系統(tǒng)動(dòng)量

7、守恒或水平方向動(dòng)量守恒，系統(tǒng)動(dòng)能損失最多，均為類完全非彈性碰撞；個(gè)性：損失的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為其他形式能的情況不同；我們將發(fā)生相互作用的兩個(gè)物體動(dòng)量守恒或在某一方向動(dòng)量守恒，而且題目所求的時(shí)刻，兩個(gè)物體的速度相同。 具有這樣特征的問(wèn)題稱之為類完全非彈性碰撞問(wèn)題。 相應(yīng)的物理模型稱之為類完全非彈性碰撞模型。三、類完全非彈性碰撞的組合模型【討論 3】組合模型的處理1、一質(zhì)量為2m的物體 P 靜止于光滑水平地面上，其截面如圖所示圖中ab 為粗糙的水平面，長(zhǎng)度為 L；bc 為一光滑斜面， 斜面和水平面通過(guò)與ab 和 bc 均相切的長(zhǎng)度可忽略的光滑圓弧連接現(xiàn)有一質(zhì)量為 m的木塊以大小為 v0 的水平初速度從 a

8、 點(diǎn)向左運(yùn)動(dòng)，在斜面上上升的最大高度為 h，返回后在到達(dá) a 點(diǎn)前與物體 P 相對(duì)靜止重力加速度為 g. 求：(1) 木塊在 ab 段受到的摩擦力 f ；(2) 木塊最后距 a 點(diǎn)的距離 s.解：（ 1）設(shè)木塊和物體P 共同速度為v，兩物體從開(kāi)始到第一次到達(dá)共同速度過(guò)程由動(dòng)量和能量守恒得：mv 0(m2m)v1 mv 021 (m2m)v 2mgh fL22由得：（2）木塊返回與物體P 第二次達(dá)到共同速度與第一次相同（動(dòng)量守恒） 全過(guò)程能量守恒得：21 (m2m)v 2f（2L -s）1 mv 022學(xué)習(xí)必備歡迎下載由得：2、如圖所示，M=2kg 的小車靜止在光滑的水平面上車面上AB 段是長(zhǎng)

9、L=1m的粗糙平面，BC部分是半徑R=0.6m 的光滑 1/4 圓弧軌道，今有一質(zhì)量m=1kg的金屬塊以水平向右、大小為 v0=5m/s 的速度滑上小車的A 端設(shè)金屬塊與AB 面的動(dòng)摩擦因數(shù) =0.3 （ g 取 10m/s2）求: （ 1）金屬塊能上升的最大高度h。（ 2）金屬塊能否返回到 A 點(diǎn)？答案：（ 1） h=0.533m（ 2）能返回A 點(diǎn)討論：若R=0.4m，結(jié)果如何？四、規(guī)律總結(jié)處理碰撞或類碰撞問(wèn)題時(shí)，若題目所求的時(shí)刻，兩個(gè)物體的速度相同，可將其定性為類完全非彈性碰撞。 此時(shí)系統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)能損失最大， 往往對(duì)應(yīng)題中的一些臨界狀態(tài)， 可通過(guò)對(duì)相應(yīng)過(guò)程的能量分析，結(jié)合動(dòng)量守恒定律求解問(wèn)

10、題。五、作業(yè)布置一輕質(zhì)彈簧的兩端連接兩滑塊A 和 B，已知 mA 0.99 kg，mB 3 kg，放在光滑水平面上，開(kāi)始時(shí)彈簧處于原長(zhǎng)，現(xiàn)滑塊 A 被水平飛來(lái)的質(zhì)量為 mC 10 g ，速度 v0=400 m/s 的子彈擊中，且沒(méi)有穿出，如圖所示，求：以后運(yùn)動(dòng)過(guò)程中彈簧的最大彈性勢(shì)能。【答案】 6J例：如圖所示， 一個(gè)質(zhì)量為 9m的木塊 A(可看作質(zhì)點(diǎn) ) 放在長(zhǎng)度為 L、質(zhì)量為 10m的平板小車 B 的右端，一顆質(zhì)量為 m、速度為 v0 的子彈從右側(cè)射入木塊 A 中，使木塊 A 和子彈一起相對(duì)于小車 B 滑動(dòng)若木塊 A 恰好不從小車 B 上滑下，求：(1) 子彈射入木塊 A時(shí)，它們的共同速度和系統(tǒng)損失的機(jī)械能；(2) 木塊與小車之間的動(dòng)摩擦因數(shù)【解析】 (1) 子彈與木塊相互作用的時(shí)間極短，由動(dòng)量守恒定律 mv0 (m 9m)v1解得： v1 0.1v 0由能量守恒定律可知，損失的機(jī)械能121292E 2mv2(m 9m)v 20mv .010(2) 木塊 A和子彈一起相對(duì)于小車B 滑動(dòng)，由動(dòng)量守恒定律( m 9m) v1 (10 m m9m) v2由功能關(guān)系得1212 ( m 9m) v1(10 m m 9m) v2( m 9m) gL222v0聯(lián)立解得： 400gL.29 2v0【答案】(1)0.1 v020m