高中物理选修3-5教案讲课讲稿.doc
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1、161 实验:探究碰撞中的不变量一、三维目标知识与技能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
2、,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,使自己溶入社会二、教学重点碰撞中的不变量的探究三、教学难点实验数据的处理四、教学过程(一)引入新课课件演示:(1)台球由于两球碰撞而改变运动状态(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,速度都发生变化师:两个物体的质量比例不同时,它们的速度变化也不一样师: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11 一维碰撞师:我们只研究
3、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课件: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球摆幅为角如两球的质量mA=mB,碰后A球静止,B球摆角=,这说明A、B两球碰后交换了速度如果mAmB,碰后A、B两球一起向右摆动 如果mAF外的条件)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)(二)进行新课1、
4、展示投影片1,内容如下:如图所示,质量为M的重锤自h高度由静止开始下落,砸到质量为m的木楔上没有弹起,二者一起向下运动设地层给它们的平均阻力为F,则木楔可进入的深度L是多少? 组织学生认真读题,并给三分钟时间思考(1)提问学生解题方法,可能出现的错误是:认为过程中只有地层阻力F做负功使机械能损失,因而解之为Mg(h+L)+mgL-FL=0将此结论写在黑板上,然后再组织学生分析物理过程(2)引导学生回答并归纳:第一阶段,M做自由落体运动机械能守恒m不动,直到M开始接触m为止再下面一个阶段,M与m以共同速度开始向地层内运动阻力F做负功,系统机械能损失提问:第一阶段结束时,M有速度,而m速度为零。下
5、一阶段开始时,M与m就具有共同速度,即m的速度不为零了,这种变化是如何实现的呢?引导学生分析出来,在上述前后两个阶段中间,还有一个短暂的阶段,在这个阶段中,M和m发生了完全非弹性碰撞,这个阶段中,机械能(动能)是有损失的(3)让学生独立地写出完整的方程组第一阶段,对重锤有:第二阶段,对重锤及木楔有Mv+0=(M+m)第三阶段,对重锤及木楔有(4)小结:在这类问题中,没有出现碰撞两个字,碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的,在做题中,要认真分析物理过程,发掘隐含的碰撞问题2、展示投影片2,其内容如下:如图所示,在光滑水平地面上,质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球,此装置一起以速度v0向
6、右滑动另一质量也为M的滑块静止于上述装置的右侧当两滑块相撞后,便粘在一起向右运动,则小球此时的运动速度是多少?组织学生认真读题,并给三分钟思考时间(1)提问学生解答方案,可能出现的错误有:在碰撞过程中水平动量守恒,设碰后共同速度为v,则有(M+m)v0+0(2M+m)v解得,小球速度 (2)教师明确表示此种解法是错误的,提醒学生注意碰撞的特点:即宏观没有位移,速度发生变化,然后要求学生们寻找错误的原因(3)总结归纳学生的解答,明确以下的研究方法:碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动,悬线处于竖直方向两个滑块碰撞时间极其短暂,碰撞前、后瞬间相比,滑块及小球的宏观位置都没有发生改变,因此悬线仍保持竖直
7、方向碰撞前后悬线都保持竖直方向,因此碰撞过程中,悬线不可能给小球以水平方向的作用力,因此小球的水平速度不变结论是:小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞,小球的速度保持为v0(4)小结:由于碰撞中宏观无位移,所以在有些问题中,不是所有物体都参与了碰撞过程,在遇到具体问题时一定要注意分析与区别3、展示投影片3,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( )ApA=-3kgm/s;pB =3kgm/sBpA=3kgm/s;pB =3kgm/sCpA=-1
8、0kgm/s;pB =10kgm/sDpA=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:系统动量守恒;系统的总动能不能增加;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;碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同;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?帮助学生回忆的关系(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,即 ,(4)最后得到正确
9、答案为A4、展示投影片4,其内容如下:如图所示,质量为m的小球被长为L的轻绳拴住,轻绳的一端固定在O点,将小球拉到绳子拉直并与水平面成角的位置上,将小球由静止释放,则小球经过最低点时的即时速度是多大?组织学生认真读题,并给三分钟思考时间(1)提问学生解答方法,可能出现的错误有:认为轻绳的拉力不做功,因此过程中机械能守恒,以最低点为重力势能的零点,有得(2)引导学生分析物理过程第一阶段,小球做自由落体运动,直到轻绳位于水平面以下,与水平面成角的位置处为止在这一阶段,小球只受重力作用,机械能守恒成立下一阶段,轻绳绷直,拉住小球做竖直面上的圆周运动,直到小球来到最低点,在此过程中,轻绳拉力不做功,机
10、械能守恒成立提问:在第一阶段终止的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?在下一阶段初始的时刻,小球的瞬时速度是什么方向?在学生找到这两个速度方向的不同后,要求学生解释其原因,总结归纳学生的解释,明确以下观点:在第一阶段终止时刻,小球的速度竖直向下,既有沿下一步圆周运动轨道切线方向(即与轻绳相垂直的方向)的分量,又有沿轨道半径方向(即沿轻绳方向)的分量在轻绳绷直的一瞬间,轻绳给小球一个很大的冲量,使小球沿绳方向的动量减小到零,此过程很类似于悬挂轻绳的物体(例如天花板)与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞,由于天花板的质量无限大(相对小球),因此碰后共同速度趋向于零在这个过程中,小球沿绳方向分速度所
11、对应的一份动能全部损失了因此,整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的(3)要求学生重新写出正确的方程组解得(4)小结:很多实际问题都可以类比为碰撞,建立合理的碰撞模型可以很简洁直观地解决问题下面继续看例题5、展示投影片5,其内容如下:如图所示,质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连,水平地面光滑mA、mB原来静止,在瞬间给mB一很大的冲量,使mB获得初速度v0,则在以后的运动中,弹簧的最大势能是多少? 在学生认真读题后,教师引导学生讨论(1)mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型?(因系统水平方向动量守恒,所以可类比为碰撞模型)(2)当弹性
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