人教版選修35 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量 第1課時(shí) 教案.doc

16.1實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量教學(xué)目標(biāo)1. 知識(shí)與技能（1）了解碰撞的不同類型以及一維碰撞的實(shí)驗(yàn)方法。（2）知道探究碰撞中的不變量的基本思路。（3）知道質(zhì)量改變的方法，掌握物塊碰撞前后速度的測(cè)量方法。（4）掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，合理分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與猜想相結(jié)合，并得出結(jié)論。2. 過(guò)程與方法（1）通過(guò)分析教材提供的實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)習(xí)根據(jù)要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法。（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力和分析數(shù)據(jù)的能力。（3）經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)探究的意義。3. 情感態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。（2）通過(guò)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究興趣以及主動(dòng)與他人合作的精神。教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn) 重點(diǎn)：碰撞中的不變量的探究。 難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。教學(xué)方法 本節(jié)內(nèi)容主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)法，探究法，討論法從實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象入手，引導(dǎo)學(xué)生確定研究的問(wèn)題，并提出猜想，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生提出多種實(shí)驗(yàn)方案，并按選定的實(shí)驗(yàn)方案收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論。教學(xué)媒體 計(jì)算機(jī)，投影儀，教科書，ppt課件，實(shí)驗(yàn)器材,如：氣墊導(dǎo)軌，光電計(jì)時(shí)器，滑塊，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等。教學(xué)過(guò)程1. 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課 “實(shí)驗(yàn) 探究碰撞中的不變量”是對(duì)于動(dòng)量守恒定律的引入，教師可以結(jié)合學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生主動(dòng)地得到關(guān)于碰撞前后具體的不變量?！臼录?】教師利用視頻軟件向?qū)W生播放一些關(guān)于碰撞的視頻，例如：1汽車相撞；2天體星體碰撞等，激發(fā)學(xué)生探究碰撞現(xiàn)象的興趣。進(jìn)而讓學(xué)生列舉出自己了解的碰撞實(shí)例，教師說(shuō)明：碰撞是一種非常常見(jiàn)的現(xiàn)象，且種類繁多、變化多端?！臼录?】教師提出問(wèn)題：生活中碰撞現(xiàn)象是極其普遍的，大到天體小到微觀粒子。因此，碰撞很值得我們?nèi)パ芯?。通過(guò)剛才的視頻我們發(fā)現(xiàn)碰撞中物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)總是要改變的，那么物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變有什么規(guī)律呢？今天我們就一起來(lái)探究這個(gè)問(wèn)題?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明】通過(guò)視頻的播放，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)規(guī)律的積極性，從而引入本節(jié)教學(xué)。2. 講授新課 （1）利用實(shí)驗(yàn)展示不同情況的碰撞【事件3】教師提出：生活中的碰撞變化多端，我們從最簡(jiǎn)單的一位碰撞進(jìn)行研究。并指明：兩個(gè)物體碰撞前后均沿同一條直線運(yùn)動(dòng)，這種碰撞叫做一維碰撞。演示實(shí)驗(yàn)：如上圖所示，將不同質(zhì)量的小球之間進(jìn)行碰撞，觀察出以下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 現(xiàn)象1：質(zhì)量相等的a、b球（ma=mb），b球靜止，拉起a球，放開后a與b碰撞，a球靜止，b球差不多以a球的速度擺起，擺到與a初時(shí)等高。 現(xiàn)象2：質(zhì)量不等的a、b球（mamb），b球靜止，拉起a球，放開后a與b碰撞，a，b球以不同速度擺起。 現(xiàn)象3：乒乓球a與鐵球b球（mamb），b球靜止，拉起乒乓球a，放開后a與b碰撞，乒乓球a差不多以等速反彈擺起，b球仍靜止。事件4教師提出問(wèn)題：兩個(gè)物體碰撞前后速度都發(fā)生變化，變化的情況卻又各不相同?，F(xiàn)象1、現(xiàn)象3提示我們碰撞前后有什么物理量保持不變？現(xiàn)象2更加一般性，是否也具有共同的“不變量”呢？教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)合物理學(xué)的研究方法，揭示碰撞中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生提出自己的猜想。 （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)情景，提出問(wèn)題猜想事件5碰撞前后物體質(zhì)量不變，但質(zhì)量并不描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不是我們追尋的“不變量”，而且我們要找的是在各種碰撞情況下都不改變的不變量量。根據(jù)猜想的一般原理由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到多樣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行以下猜想：速度在碰撞前后是變化的，但一個(gè)物體的質(zhì)量與他的乘積是不是不變量？如果不是，那么，兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度乘積之和是不是不變量？或者，各自的質(zhì)量與自己的速度的二次方的乘積之和是不是不變量？或者，兩個(gè)物體的速度與自己質(zhì)量的比值之和在碰撞前后保持不變？事件6教師引導(dǎo)學(xué)生提出猜想后，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)表格處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將學(xué)生每四個(gè)人分成一組，利用實(shí)驗(yàn)器材（氣墊導(dǎo)軌和光電記時(shí)器）進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師巡查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)指導(dǎo)，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄到如下的表格中：教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明根據(jù)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生提出合理的猜想，不至于太過(guò)倉(cāng)促，并使學(xué)生能夠更好的理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師通過(guò)分組的方式讓學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和團(tuán)結(jié)合作精神。 （3）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律事件7待同學(xué)們整理好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，讓同學(xué)們分組討論自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并總結(jié)出碰撞前后的不變量是什么。事件8通過(guò)學(xué)生的總結(jié)，教師得出結(jié)論：物體碰撞前后兩個(gè)物體各自的質(zhì)量與自己的速度乘積之和是不變的，實(shí)際上并不是一次實(shí)驗(yàn)，就能得到一個(gè)規(guī)律，但是會(huì)對(duì)我們的猜想增添幾分把握。只有根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果推導(dǎo)出的許許多多新結(jié)論都與事實(shí)一致時(shí)，猜想才能成為一條定律。教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明學(xué)生經(jīng)過(guò)自己的分析討論得到自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，結(jié)合教師總結(jié)的最終結(jié)論，可以更好的牢記實(shí)驗(yàn)過(guò)程，掌握實(shí)驗(yàn)原理。3.課堂小結(jié)教師引導(dǎo)學(xué)生從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度總結(jié)本節(jié)課的收獲，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總體歸納。教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明讓學(xué)生自主總結(jié)本節(jié)收獲，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，教師給予引導(dǎo)讓學(xué)生不光從知識(shí)角度總結(jié)，而且應(yīng)重視科學(xué)的研究思路與方法，要逐步養(yǎng)成科學(xué)的情感態(tài)度與價(jià)值觀。例：某班物理興趣小組選用如圖6所示裝置來(lái)“探究碰撞中的不變量”將一段不可伸長(zhǎng)的輕質(zhì)小繩一端與力傳感器(可以實(shí)時(shí)記錄繩所受的拉力)相連固定在o點(diǎn)，另一端連接小鋼球a，把小鋼球拉至m處可使繩水平拉緊在小鋼球最低點(diǎn)n右側(cè)放置有一水平氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌上放有小滑塊b(b上安裝寬度較小且質(zhì)量不計(jì)的遮光板)、光電門(已連接數(shù)字毫秒計(jì))當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣葹間.圖6某同學(xué)按上圖所示安裝氣墊導(dǎo)軌、滑塊b(調(diào)整滑塊b的位置使小鋼球自由下垂靜止在n點(diǎn)時(shí)與滑塊b接觸而無(wú)壓力)和光電門，調(diào)整好氣墊導(dǎo)軌高度，確保小鋼球a通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)恰好與滑塊b發(fā)生正碰讓小鋼球a從某位置釋放，擺到最低點(diǎn)n與滑塊b碰撞，碰撞后小鋼球a并沒(méi)有立即反向，碰撞時(shí)間極短(1)(多選)為完成實(shí)驗(yàn)，除了毫秒計(jì)讀數(shù)t、碰撞前瞬間繩的拉力f1、碰撞結(jié)束瞬間繩的拉力f2、滑塊b質(zhì)量mb和遮光板寬度d外，還需要測(cè)量的物理量有_(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)a小鋼球a質(zhì)量mab繩長(zhǎng)lc小鋼球從m到n運(yùn)動(dòng)的時(shí)間(2)滑塊b通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vb_(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)(3)實(shí)驗(yàn)中的不變量的表達(dá)式是：_.(用題中已給的物理量符號(hào)來(lái)表示)答案(1)ab(2)(3)mb解析滑塊b通過(guò)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度vb.根據(jù)牛頓第二定律得：f1magma.f2magma.實(shí)驗(yàn)中的不變量為：mav1mav2mbvb整理得，mb.所以還需要測(cè)量小鋼球a的質(zhì)量ma以及繩長(zhǎng)l.課堂練習(xí)：1(多選)在利用細(xì)繩懸掛等大小球“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，下列說(shuō)法正確的是()a懸掛兩球的細(xì)繩長(zhǎng)度要適當(dāng)，且等長(zhǎng)b由靜止釋放小球，以便較準(zhǔn)確地計(jì)算小球碰前速度c兩小球必須都是剛性球，且質(zhì)量相同d兩小球碰后可以粘在一起共同運(yùn)動(dòng)答案abd解析兩繩等長(zhǎng)能保證兩球正碰，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，所以a正確；由于計(jì)算碰撞前速度時(shí)用到了mghmv20，即初速度要求為0，b正確；本實(shí)驗(yàn)中對(duì)小球是否有彈性無(wú)要求，c錯(cuò)誤；兩球正碰后，有各種運(yùn)動(dòng)情況，所以d正確2(多選)在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，若用氣墊導(dǎo)軌和光電計(jì)時(shí)裝置進(jìn)行探究，則需要的測(cè)量?jī)x器(或工具)有()a秒表 b天平c毫米刻度尺 d螺旋測(cè)微器答案bc解析在該實(shí)驗(yàn)中，需要測(cè)量物體的質(zhì)量和擋光片的寬度，即需要天平和毫米刻度尺3(多選)若用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)，下列操作正確的是()a相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了改變兩車的質(zhì)量b相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后粘在一起c先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車d先釋放拖動(dòng)紙帶的小車，再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源答案bc解析相互作用的兩車上，一個(gè)裝上撞針，一個(gè)裝上橡皮泥，是為了碰撞后兩車能粘在一起共同運(yùn)動(dòng)，這種情況能得到能量損失最大的碰撞，選項(xiàng)a錯(cuò)、b正確；應(yīng)當(dāng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源，再釋放拖動(dòng)紙帶的小車，若小車釋放以后再接通電源，紙帶上能打上點(diǎn)的距離較短，不容易得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，故選項(xiàng)c正確、d錯(cuò)4(多選)在“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于最終的結(jié)論m1v1m2v2m1v1m2v2，下列說(shuō)法正確的是()a僅限于一維碰撞b任何情況下m1vm2vm1v12m2v22也一定成立c式中的v1、v2、v1、v2都是速度的大小d式中的不變量是m1和m2組成的系統(tǒng)的質(zhì)量與速度的乘積之和答案ad解析這個(gè)實(shí)驗(yàn)是在一維情況下設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，其他情況未做探究；系統(tǒng)的質(zhì)量與速度的乘積之和在碰撞前、后為不變量是實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，其他探究的結(jié)論情況不成立，而速度是矢量，應(yīng)考慮方向故選項(xiàng)a、d正確作業(yè)：1用圖1所示裝置研究碰撞中的不變量，氣墊導(dǎo)軌水平放置，擋光板寬度9.0 mm，兩滑塊被彈簧彈開后，左側(cè)滑塊通過(guò)左側(cè)光電計(jì)時(shí)器，記錄時(shí)間為0.040 s，右側(cè)滑塊通過(guò)右側(cè)光電計(jì)時(shí)器，記錄時(shí)間為0.060 s，左側(cè)滑塊質(zhì)量100 g，左側(cè)滑塊m1v1大小_gm/s，右側(cè)滑塊質(zhì)量149 g，兩滑塊質(zhì)量與速度乘積的矢量和m1v1m2v2_gm/s.圖1答案22.50解析左側(cè)滑塊的速度為：v10.225 m/s則左側(cè)滑塊m1v1100 g0.225 m/s22.5 gm/s右側(cè)滑塊的速度為：v2 m/s0.15 m/s則右側(cè)滑塊m2v2149 g(0.15 m/s)22.4 gm/s可見(jiàn)在誤差允許的范圍內(nèi)兩滑塊m1v1m2v20.2在用氣墊導(dǎo)軌做“探究碰撞中的不變量”實(shí)驗(yàn)時(shí)，左側(cè)滑塊質(zhì)量m1170 g，右側(cè)滑塊質(zhì)量m2110 g，擋光片寬度d3.00 cm，兩滑塊之間有一壓縮的彈簧片，并用細(xì)線連在一起，如圖2所示開始時(shí)兩滑塊靜止，燒斷細(xì)線后，兩滑塊分別向左、右方向運(yùn)動(dòng)擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間分別為t10.32 s，t20.21 s則兩滑塊的速度大小分別為v1_m/s，v2_m/s(保留三位有效數(shù)字)燒斷細(xì)線前m1v1m2v2_kgm/s，燒斷細(xì)線后m1v1m2v2_kgm/s.可得到的結(jié)論是_(取向左為速度的正方向)圖2答案0.09380.14302.16104在實(shí)驗(yàn)誤差允許的誤差范圍內(nèi)，兩滑塊質(zhì)量與各自速度的乘積之和為不變量解析兩滑塊速度v1m/s0.0938 m/s，v2m/s0.143 m/s，燒斷細(xì)線前m1v1m2v20燒斷細(xì)線后m1v1m2v2(0.1700.09380.1100.143)kgm/s2.16104kgm/s，在實(shí)驗(yàn)誤差允許的誤差范圍內(nèi)，m1v1m2v2m1v1m2v23“探究碰撞中的不變量”的實(shí)驗(yàn)中，入射小球m115 g，原來(lái)靜止的被碰小球m210 g，由實(shí)驗(yàn)測(cè)得它們?cè)谂鲎睬?、后的xt圖象如圖3所示，由圖可知，入射小球碰撞前的m1v1是_，入射小球碰撞后的m1v1是_，被碰小球碰撞后的m2v2是_，由此得出結(jié)論_.圖3答案0.015 kgm/s0.007 5 kgm/s0.007 5 kgm/s碰撞中mv的矢量和是守恒量解析由題圖可知碰撞前入射小球m1的速度大小v1 m/s1 m/s，故碰撞前m1v10.0151 kgm/s0.015 kgm/s.碰撞后入射小球m1的速度大小v1 m/s0.5 m/s，被碰小球m2的速度大小v2 m/s0.75 m/s，故m1v10.0150.5 kgm/s0.007 5 kgm/s，m2v20.010.75 kgm/s0.007 5 kgm/s，可知m1v1m1v1m2v2，即碰撞中mv的矢量和是守恒量4如圖4所示，在實(shí)驗(yàn)室用兩端帶豎直擋板c、d的氣墊導(dǎo)軌和帶固定擋板的質(zhì)量都是m的滑塊a、b做探究碰撞中的不變量的實(shí)驗(yàn)：圖4(1)把兩滑塊a和b緊貼在一起，在a上放質(zhì)量為m的砝碼，置于導(dǎo)軌上，用電動(dòng)卡銷卡住a和b，在a和b的固定擋板間放一彈簧，使彈簧處于水平方向上的壓縮狀態(tài)(2)按下電鈕使電動(dòng)卡銷放開，同時(shí)啟動(dòng)兩個(gè)記錄兩滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)間的電子計(jì)時(shí)器，當(dāng)a和b與擋板c和d碰撞同時(shí)，電子計(jì)時(shí)器自動(dòng)停表，記下a運(yùn)動(dòng)至c的時(shí)間t1，b運(yùn)動(dòng)至d的時(shí)間t2.(3)重復(fù)幾次取t1、t2的平均值請(qǐng)回答以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)在調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時(shí)應(yīng)注意_；(2)應(yīng)測(cè)量的數(shù)據(jù)還有_；(3)作用前a、b兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為_，作用后a、b兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為_答案(1)用水平儀測(cè)量并調(diào)試使得氣墊導(dǎo)軌水平(2)a至c的距離l1、b至d的距離l2(3)0(mm)m或m(mm)解析(1)為了保證滑塊a、b作用后做勻速直線運(yùn)動(dòng)，必須使氣墊導(dǎo)軌水平，需要用水平儀加以調(diào)試(2)要求出a、b兩滑塊在卡銷放開后的速度，需測(cè)出a至c的時(shí)間t1和b至d的時(shí)間t2，并且要測(cè)量出兩滑塊到兩擋板的運(yùn)動(dòng)距離l1和l2，再由公式v求出其速度(3)設(shè)向左為正方向，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)求得兩滑塊的速度分別為va，vb.碰前兩滑塊靜止，v0，速度與質(zhì)量乘積之和為0；碰后兩滑塊的速度與質(zhì)量乘積之和為(mm)m.若設(shè)向右為正方向，同理可得碰后兩滑塊的速度與質(zhì)量的乘積之和為m(mm).5用如圖5所示的裝置進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)：圖5a先測(cè)出滑塊a、b的質(zhì)量m、m及滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)，查出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭b用細(xì)線將滑塊a、b連接，使a、b間的彈簧壓縮，滑塊b緊靠在桌