高中物理-碰撞教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)情分析教材分析課后反思

（一）引入新課

師：課間大家觀看的視頻有一個(gè)共同的特點(diǎn)，同學(xué)們，是什么？生：是碰撞。師：對(duì)了，碰撞是日常生活中極為常見的現(xiàn)象，這節(jié)課我們一起來分析碰撞、研究碰撞。（二）新課教學(xué)

一．觀察碰撞，感知碰撞特點(diǎn)

師：首先，我們來個(gè)課間精彩回顧，觀察碰撞，感知碰撞特點(diǎn)。第一幅：高速汽車碰撞，人根本反應(yīng)不過來，說明碰撞的時(shí)間有什么特點(diǎn)？生：時(shí)間極短。師：而車子嚴(yán)重變形，又說明什么？生：作用力很大。師：碰撞過程車子還受其他外力，比如摩擦力，空氣阻力，但與內(nèi)力相比小很多。換句話說，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，這是碰撞的二個(gè)特點(diǎn)。師：如果時(shí)間極短，碰撞瞬間物體位移會(huì)怎么樣？瞬間沒有發(fā)生位移。這是碰撞的第三個(gè)特點(diǎn)。師：因此，碰撞有三大特點(diǎn)：1、作用時(shí)間極短2、內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力3、瞬間沒有發(fā)生位移師：下面大家觀察這兩幅圖，能從中獲取什么信息？班長(zhǎng)在哪，你從圖中看出了什么？生：第一幅圖是兩個(gè)球碰后會(huì)在同一直線上，而第二幅圖碰后兩球不在同一直線上。師：很好，請(qǐng)坐。在物理學(xué)上，兩球相碰后速度仍沿同一直線，稱為正碰，也叫對(duì)心碰撞；另一種相碰后偏離球心連線叫做斜碰，也叫非對(duì)心碰撞。二．提出疑問，激發(fā)探究興趣

師：接下來請(qǐng)大家觀看一個(gè)碰撞實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是1666年在英國(guó)皇家學(xué)會(huì)上表演的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在當(dāng)時(shí)引起極大的轟動(dòng)。實(shí)驗(yàn)儀器較為簡(jiǎn)單，用細(xì)繩懸掛兩個(gè)鋼球在同一水平高度，這兩個(gè)鋼球的大小、形狀和質(zhì)量均相同。請(qǐng)大家注意觀察。

師：我們請(qǐng)同學(xué)來描述一下剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

生：觀察到小球1撞擊小球2，結(jié)果小球1停止，而小球2開始運(yùn)動(dòng)。

師：你覺得這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芤饦O大轟動(dòng)的原因是什么？［學(xué)生可能猜不到，但學(xué)生心中有種疑惑，為什么碰撞之后那個(gè)小球會(huì)停下來。］生：我覺得很奇怪的是，為什么碰撞之后那個(gè)小球會(huì)停下來。

師：好的，請(qǐng)坐！接下來我們共同分析一下兩個(gè)小球的碰撞過程。

師：小球1以速度V撞擊靜止的小球2，碰撞之后小球1靜止，小球2具有速度V‘，精確測(cè)量表明兩小球運(yùn)動(dòng)的最大高度在同一水平線，由此可以說明V和V’是相等的。也就是說碰撞的結(jié)果是兩個(gè)小球交換了速度，對(duì)于這個(gè)速度交換的碰撞結(jié)果你認(rèn)為用什么規(guī)律才能給出合理的解釋？

生：這可以從系統(tǒng)動(dòng)量守恒進(jìn)行解釋，碰撞之前系統(tǒng)動(dòng)量為mv，碰撞之后系統(tǒng)動(dòng)量也是mv，碰撞過程系統(tǒng)動(dòng)量守恒，所以碰前的動(dòng)量和碰后的動(dòng)量相等。即有：QUOTEmv+0=0+mvmv+0=0+mv(1)師：好，這位同學(xué)請(qǐng)坐。同學(xué)們，他分析的有沒有道理?？磥泶蠹叶颊J(rèn)同了，那有沒有不同的想法，或者說心中還存有其他疑惑的？既然是從動(dòng)量守恒角度來解釋，那我們看這兩種情況，以初速度v方向?yàn)檎较颍?/p>

情形1：QUOTEmv+0=m-0.5v+m1.5vmv+0=m-0.5v+m情形2：QUOTEmv+0=m0.2v+m0.8vmv+0=m0.2v它們均滿足動(dòng)量守恒，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果唯一，（2）和（3）是不可能出現(xiàn)的，這又如何解釋呢？（學(xué)生難以回答）

師：既然難以解釋，是不是可以認(rèn)為除動(dòng)量守恒在支配碰撞的結(jié)果之外，還有一個(gè)隱藏的規(guī)律也同時(shí)在支配著碰撞的結(jié)果。大家想想這個(gè)隱藏的規(guī)律可能是什么？生：可能是能量。師：能說下你猜想的依據(jù)嗎？生：因?yàn)闆]有能量損失。師：怎樣看出來的？

生：系統(tǒng)碰撞前后的動(dòng)能好像應(yīng)該相等，在（1）中滿足，但是在（2）和（3）中不滿足。

師：好的！分析非常有道理，動(dòng)量守恒是我們能夠確定的，而動(dòng)能也相等也就是說機(jī)械能守恒至多是個(gè)假設(shè)，我們常說大膽假設(shè)，小心求證。因此，機(jī)械能是否守恒還需要我們進(jìn)一步加以驗(yàn)證。為此我們可以把碰撞前后系統(tǒng)機(jī)械能守恒作為一個(gè)假設(shè)。

三．理論分析，尋找碰撞規(guī)律

現(xiàn)在，我們的目標(biāo)是尋求辦法驗(yàn)證碰撞前后系統(tǒng)機(jī)械能守恒這個(gè)假設(shè)是否成立。首先要建立模型。生活中的碰撞是很復(fù)雜的，我們要抓住主要矛盾，利用簡(jiǎn)化思想抽象出最簡(jiǎn)單的模型。比如光滑水平面上，質(zhì)量為m1的小球速度為V0，質(zhì)量為m2的小球靜止，兩球發(fā)生正碰，碰撞之后兩小球的速度分別為V1和V2。

推導(dǎo)：以初速度V0方向?yàn)檎较騋UOTEm1v0+0=m1vQUOTE12m1v02求解：

討論：

（1）若m1＝m2，則V1＝0，V2＝V0（這就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩球交換速度）

（2）若m1>m2，則V1>0，V2>0（用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證）

（3）若m1<m2，則V1<0，V2>0（用實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證）

（4）若m1?m2，則V1≈V0，V2≈2V0

（5）若m1?m2，則V1≈－V0，V2≈0（生活實(shí)例乒乓球撞墻原速率反彈，墻不動(dòng)）

師：從上面推導(dǎo)過程看，理論推導(dǎo)的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合一致，到這里我們可以認(rèn)為剛才提出的假設(shè)是符合實(shí)際情況，可以用來解釋實(shí)際情況的。在物理學(xué)中，我們把這一類滿足動(dòng)能不損耗的碰撞叫做彈性碰撞。

師：是不是所有的碰撞都滿足系統(tǒng)機(jī)械能守恒呢？

請(qǐng)大家認(rèn)真觀察并思考下面兩種情形：情形1：一個(gè)質(zhì)量m=1kg的鋼球，以水平速度V0=2m/s運(yùn)動(dòng)，碰到一個(gè)靜止的質(zhì)量M=3kg的橡皮泥球。碰撞后兩球粘在一起向前運(yùn)動(dòng)。情形2：一個(gè)質(zhì)量m=1kg的木球，以水平速度V0=2m/s運(yùn)動(dòng)，碰到一個(gè)靜止的質(zhì)量M=3kg的泥球。碰撞后兩球分開，木球速度為V1=0.2m/s；分成兩大組進(jìn)行運(yùn)算

（1）碰后兩球的速度多大？

（2）碰前兩球動(dòng)能之和多大？

（3）碰后兩球動(dòng)能之和多大？然后展示這兩組的運(yùn)算結(jié)果。

情形1：碰后兩球速度相等為0.5m/s；碰前動(dòng)能之和為2J，碰后動(dòng)能之和為0.5J。情形2：碰后木球速度0.2m/s，泥球速度0.6m/s；碰前動(dòng)能之和為2J，碰后動(dòng)能之和為0.56J。師：計(jì)算表明這兩種碰撞動(dòng)能發(fā)生了損耗，在物理學(xué)中稱之為非彈性碰撞。情形1動(dòng)能損耗最大，碰撞的特征是碰后兩球粘在一起具有相同的速度，這種碰撞是非彈性碰撞中系統(tǒng)動(dòng)能損耗最大的，我們稱之為完全非彈性碰撞。情形2動(dòng)能有損耗但沒達(dá)到最大，叫做一般碰撞。師：碰撞分為三類，一是彈性碰撞，機(jī)械能守恒；二是一般碰撞，動(dòng)能有損失；三是完全非彈性碰撞，動(dòng)能損失最大。總言之，無論什么碰撞，機(jī)械能不增加。需要說明的是：1．真正的彈性碰撞，只有在分子、原子以及更小的粒子之間才會(huì)遇到。因?yàn)槲⒂^粒子相互接近時(shí)并不發(fā)生直接接觸，因此微觀粒子的碰撞又叫散射。2．鋼球、玻璃球、硬木球等堅(jiān)硬物體間的碰撞，通常情況下動(dòng)能損失很小，因此我們可以把它們當(dāng)成彈性碰撞來處理。

四．歸納推廣，總結(jié)碰撞規(guī)律碰撞過程由于內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，遵循動(dòng)量守恒定律碰撞過程機(jī)械能不能增加，要么不變或者要么減少碰撞要符合客觀實(shí)際碰前：后面的小球1要追得上前面的小球2，要求QUOTEv1>v2碰后：如果兩球同向：QUOTEv1,≤v學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)學(xué)和牛頓定律；動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒；動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒等基礎(chǔ)知識(shí)，已具備了一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力分析的意識(shí)和能力，但是能把物體的受力與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有機(jī)的結(jié)合，進(jìn)而根據(jù)原理的特征對(duì)過程進(jìn)行有機(jī)分解的意識(shí)和能力還有待提高。效果分析：本堂課，我們分析了碰撞的相關(guān)問題，知道碰撞的特點(diǎn)是作用時(shí)間極短，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力且瞬間沒有位移。碰撞分為三類，彈性碰撞、一般碰撞、完全非彈性碰撞，它遵循動(dòng)量守恒定律，機(jī)械能不增加和符合客觀實(shí)際的規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)演示和理論推導(dǎo)對(duì)碰撞有了一定的了解，但要深入認(rèn)識(shí)還需要生活的經(jīng)驗(yàn)。本節(jié)課的最大認(rèn)識(shí)困難在于對(duì)碰撞過程中系統(tǒng)的能量是否守恒（動(dòng)量守恒較容易），以及對(duì)碰撞中瞬時(shí)的過程性理解——即此過程從發(fā)生到結(jié)束雖然時(shí)間很短但依然是一個(gè)有初、末態(tài)的過程。為了深化學(xué)生對(duì)這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)，本節(jié)課從問題的提出、分析、討論，再到應(yīng)用，一以貫之的以定量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為基礎(chǔ)去豐富學(xué)生的感知，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)這個(gè)問題的有效認(rèn)識(shí)并借此發(fā)展他們的抽象思維能力。1.(多選）在光滑水平面上,兩球沿球心連線以相等速率相向而行,并發(fā)生碰撞,下列現(xiàn)象可能的是()A.若兩球質(zhì)量相同，碰后以某一相等速率互相分開B.若兩球質(zhì)量相同，碰后以某一相等速率同向而行C.若兩球質(zhì)量不同，碰后以某一相等速率互相分開D.若兩球質(zhì)量不同，碰后以某一相等速率同向而行2.一彈丸在飛行到距離地面5m高時(shí)僅有水平速度v=2m/s，爆炸成為甲、乙兩塊水平飛出，甲、乙的質(zhì)量比為3:1。不計(jì)質(zhì)量損失，取重力加速度g=10m/s2。則下列圖中兩塊彈片飛行的軌跡可能正確的是（）3．（多選）質(zhì)量為m的小球A以速度v0在光滑水平面上運(yùn)動(dòng)，與質(zhì)量為2m的靜止小球B發(fā)生對(duì)心碰撞，則碰撞后小球A的速度大小vA和小球B的速度大小vB可能為()A．vA＝1/3v0vB＝2/3v0B．vA＝2/5v0vB＝7/10v0C．vA＝1/4v0vB＝5/8v0D．vA＝3/8v0vB＝5/16v0本節(jié)課先以研究碰撞為主題，向?qū)W生展示了一個(gè)基本的現(xiàn)象研究的思維過程。即為“觀察實(shí)驗(yàn)→提出疑問→分析推理→總結(jié)規(guī)律”。先從觀察生活中的碰撞總結(jié)碰撞特點(diǎn)，學(xué)生倍感興趣和深有體會(huì)，能夠在內(nèi)心產(chǎn)生共鳴。后用一個(gè)經(jīng)典的演示實(shí)驗(yàn)的分析，揭示了常見現(xiàn)象中的不尋常之處，激發(fā)了學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣。本節(jié)課的主體內(nèi)容無疑是對(duì)彈性碰撞的理解，這個(gè)過程的基本步驟為“提出假設(shè)→理論推理→實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)→總結(jié)規(guī)律”。在分析過程中，以問題為紐帶，逐步引導(dǎo)學(xué)生的思維，直至最終推理得出規(guī)律。