探究碰撞中的不變量2

實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量教學(xué)設(shè)計(jì)天津市第一百中學(xué)李春華【教學(xué)目標(biāo)】一、知識(shí)與技能1理解要探究的問題的含義和進(jìn)行探究的基本思路。2理解由問題轉(zhuǎn)化為具體的任務(wù)的過程，理解教材所提供的實(shí)驗(yàn)方案。3使已有方案和使用過的器材的啟發(fā)能夠設(shè)計(jì)出新的可行的方案。4能夠比較各方案的優(yōu)劣，能夠控制實(shí)驗(yàn)過程和測(cè)量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。5能夠由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析預(yù)想的結(jié)論是否成立。二、過程與方法1學(xué)習(xí)在探究中如何進(jìn)行猜想。2通過分析教材提供的實(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。3通過實(shí)驗(yàn)過程提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和分析數(shù)據(jù)的能力。三、情感態(tài)度與價(jià)值觀1體會(huì)科學(xué)研究過程的艱辛與樂趣，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究、樂于探究的品質(zhì)。2通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】1實(shí)驗(yàn)方案的理解與設(shè)計(jì)。2實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過程?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理?！窘虒W(xué)方法】教師啟發(fā)引導(dǎo)，學(xué)生討論、交流、合作實(shí)驗(yàn)等?！窘虒W(xué)用具】實(shí)驗(yàn)器材：斜槽（帶重錘線），兩個(gè)大小相同但質(zhì)量不相同的小球，天平，刻度尺，白紙，復(fù)寫紙；多媒體課件；視頻等?！菊n時(shí)安排】2課時(shí)，第1課時(shí)為明確探究目的、思路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過程；第2課時(shí)實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，驗(yàn)證預(yù)想的結(jié)論?！窘虒W(xué)過程】一、新課引入教師展示以下視頻片斷或動(dòng)畫：臺(tái)球正碰、斜碰各一個(gè)；火車掛鉤過程；粒子加速器中高速運(yùn)動(dòng)的粒子撞擊靶核過程。師：剛才大家看到的現(xiàn)象我們稱之為碰撞，碰撞是自然界中常見的現(xiàn)象，本章研究的主要現(xiàn)象就是碰撞。師：下面我們動(dòng)手做一個(gè)碰撞實(shí)驗(yàn)，觀察碰撞前后哪些物理量發(fā)生了變化。演示實(shí)驗(yàn)：幾個(gè)單擺小鋼球一樣大，擺長(zhǎng)一樣長(zhǎng)，豎直懸掛時(shí)兩球恰好相切，將單擺A拉開某一個(gè)角度后釋放，在最低點(diǎn)與B相碰，以下實(shí)驗(yàn)中開始將A拉開的角度均一樣大。第1次實(shí)驗(yàn)：mA =mB，碰后A靜止，B向右運(yùn)動(dòng)；第2次實(shí)驗(yàn)：mA mB，碰后A、B均向右運(yùn)動(dòng)；第3次實(shí)驗(yàn)：mA mB，碰后A向左運(yùn)動(dòng)，B向右運(yùn)動(dòng)。師：實(shí)驗(yàn)中A、B的什么物理量在碰撞前后發(fā)生了變化？這種變化又與什么物理量相關(guān)？生討論后得出：A、B的速度大小或方向發(fā)生了變化，這種變化與質(zhì)量有關(guān)。師：剛才的碰撞過程中，會(huì)不會(huì)有什么物理量不發(fā)生變化呢？本節(jié)課和下節(jié)課我們就對(duì)這一問題進(jìn)行探究。二、新課教學(xué)板書：第1節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量板書：一、守恒的猜想師：我們只研究最簡(jiǎn)單的情況，即：碰前、碰后兩物體均沿同一直線運(yùn)動(dòng)，這種碰撞叫一維碰撞。板書：1一維碰撞：碰前、碰后兩物體的速度均沿同一直線。師：在前面的實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)，物體碰撞前后速度的變化隨質(zhì)量的不同而不同，那么會(huì)不會(huì)物體的質(zhì)量和它的速度組成的一個(gè)新的物理量在碰撞中保持不變呢？那么我們先猜一猜這個(gè)新的物理量與物體的質(zhì)量和速度有什么關(guān)系？學(xué)生猜測(cè)：可能是mv，mv2，m2v，等等。師：設(shè)這兩個(gè)物體的質(zhì)量分別為m1m2，發(fā)生一維碰撞，碰前速度分別為、，碰后速度分別為、，剛才我們猜想到的這個(gè)物理量在此次碰撞中守恒的表達(dá)式如何？學(xué)生猜測(cè)。板書：2兩物體一維碰撞中守恒的可能表達(dá)式：等等。師：這些可能的表達(dá)式中v為矢量，一維中有兩個(gè)方向，如何在以上表達(dá)式中體現(xiàn)這兩個(gè)方向的不同呢？生：規(guī)定一個(gè)正方向，與正方向同向的v為正，與正方向反向的v為負(fù)。板書：（規(guī)定一個(gè)正方向后，表達(dá)式中的v有正、負(fù)之分。）板書：二、對(duì)猜想的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證師：質(zhì)量可用天平測(cè)量，關(guān)鍵是速度如何測(cè)量？過去我們是如何測(cè)定速度的呢？生討論后得出：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，遮光板與光電計(jì)時(shí)器等。教師組織學(xué)生自學(xué)教材上的方案三，并播放模擬動(dòng)畫。教師提出思考題組織學(xué)生討論：紙帶上的點(diǎn)跡是如何分布的？如何測(cè)出碰撞前后兩車的速度？以mv為例的守恒表達(dá)式如何？能否讓B車也有初速度，或者讓A、B碰后分開？這樣做有什么困難？板書：實(shí)驗(yàn)方案1：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器結(jié)合小車，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度。教師組織學(xué)生自學(xué)教材上的方案一，并播放模擬動(dòng)畫。教師提出思考題組織學(xué)生討論：遮光板的寬度為d，遮光時(shí)間為，則滑塊速度為多大？若是甲圖情境，以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式如何？若是乙圖情境，且開始時(shí)右邊滑塊靜止，碰后兩滑塊均向右運(yùn)動(dòng)，以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式如何？若開始時(shí)兩滑塊相向運(yùn)動(dòng)，碰后均向右運(yùn)動(dòng)，以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式如何？若是丙圖情境，且開始時(shí)右邊滑塊靜止，以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式如何？板書：實(shí)驗(yàn)方案2：氣墊導(dǎo)軌結(jié)合光電計(jì)時(shí)器，用光電計(jì)時(shí)器測(cè)速度。師：以上兩種方法都是直接測(cè)速度，各有優(yōu)缺點(diǎn)，方案1器材簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確率低，而且情境單一；方案2器材復(fù)雜，但準(zhǔn)確率高且情境多樣。師：速度除了可以直接測(cè)得以外，還可以間接求得。教師組織學(xué)生自學(xué)教材上的方案二。教師提出思考題組織學(xué)生討論：若已知擺長(zhǎng)和最大偏角，如何求小球在最低點(diǎn)的速度？若開始時(shí)左球從角開始擺下，碰后左球向右擺起的最大角度為，右球向右擺起的最大角度為，測(cè)得左球質(zhì)量為，右球質(zhì)量為，擺長(zhǎng)為，則以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式如何？若開始時(shí)左球從角開始擺下，碰后左球與右球粘在一起向右擺起的最大角度為，以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式又如何？板書：實(shí)驗(yàn)方案3：兩單擺小球碰撞，用機(jī)械能守恒定律計(jì)算速度。師：這個(gè)方案的最大缺點(diǎn)是擺起的最大角度不好測(cè)量。師：能不能再設(shè)計(jì)出一種間接測(cè)速度的方案，但不是測(cè)角度，而是測(cè)距離，以提高準(zhǔn)確性？教師不要急于給出答案，引導(dǎo)學(xué)生充分討論，使學(xué)生的知識(shí)遷移能力、創(chuàng)新能力甚至想象力充分施展，最后挑選出最合理可行的方案：利用平拋的水平位移和飛行時(shí)間計(jì)算初速度。板書：實(shí)驗(yàn)方案4：利用平拋的水平位移和飛行時(shí)間計(jì)算速度。教師利用投影給出實(shí)驗(yàn)裝置圖，并提出思考題組織學(xué)生討論：一斜槽固定在水平桌面上，斜槽末端水平，槽口在水平地面上的投影點(diǎn)為O，若小球A從斜槽上的P點(diǎn)由靜止開始滾下，經(jīng)槽口后做平拋運(yùn)動(dòng)，在地面上的落點(diǎn)為P；現(xiàn)在在槽口前的水平部分安放一個(gè)與A球等大但質(zhì)量較小的小球B，讓A球仍從斜槽上的P點(diǎn)由靜止開始滾下，A、B相碰后均經(jīng)槽口后做平拋運(yùn)動(dòng)，A球在水平面上的落點(diǎn)為M，B球在水平面上的落點(diǎn)為N，若已知A、B兩球的質(zhì)量分別為、，則碰撞中以mv表達(dá)的守恒表達(dá)式如