《類完全非彈性碰撞》教學(xué)設(shè)計

1、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 一、考點分析： 近幾年的高考，碰撞問題是高考試題的重點和熱點，同時它也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點。選修3-5模塊之所以頻頻考察此類問題，是因為它所反映出來的物理過程、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。 碰撞問題，由于碰撞時相互作用力“時間短、變化快、量值大”，外力遠(yuǎn)小于內(nèi)力，所以碰撞過程動量守恒。碰撞問題中，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)，機械能損失達(dá)到最大，遵從動量守恒定律，還具有碰撞雙方碰后的速度相等的運動學(xué)特征，而且是彈性碰撞所必經(jīng)歷之過程，可以說其個性極為突出。雖然近三

2、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)可以針對性的加強這方面內(nèi)容的研究。2、 教學(xué)目標(biāo)知識與技能：（1）了解完全非彈性碰撞在碰撞過程中的個性特點。（2）了解類完全非彈性碰撞的常見物理模型。 （3）能用動量、能量觀點綜合分析類完全非彈性碰撞問題。過程與方法： 通過“慢鏡頭”體驗一維碰撞過程中形變量與能量的演變過程，關(guān)注完全非彈性 碰撞速度相等的運動學(xué)特征，感受碰撞系統(tǒng)機械能損失最大的能量特點。并將結(jié)論推 廣到一般模型的類完全非彈性碰撞問題。情感態(tài)度價值觀： 通過對類完全非彈性碰撞問題的研究，體會研究物理問題的一般方法。3、 教學(xué)重點： （1）完全非彈性碰撞問題的的運動

3、學(xué)特征和能量特點。 （2）類完全非彈性碰撞模型的能量轉(zhuǎn)化分析。4、 教學(xué)用具： ppt課件、多媒體輔助教學(xué)設(shè)備五、教學(xué)過程：1、導(dǎo)入新課同學(xué)們通過前面的學(xué)習(xí)，對碰撞問題已經(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，可以說碰撞現(xiàn)象無處不在。碰撞問題也是形形色色、繁雜多樣，其中有一類問題個性鮮明，特點突出，我們這節(jié)課就來探討這一類型的問題：完全非彈性碰撞問題及類完全非彈性碰撞問題。2、進(jìn)行新課一、碰撞過程回顧 從系統(tǒng)碰撞過程中是否有動能損失可以將碰撞問題分成兩大類：彈性碰撞和非彈性碰撞；我們先來回顧一下碰撞的全過程：最簡單的彈性碰撞模

4、型（一靜一動）： 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)生正面彈性碰撞為例：【討論1】完全非彈性碰撞的特點有哪些？ （1）運動學(xué)特征：_；（2）動量特征：_；（3）能量特征：_；v1v共彈性碰撞非彈性碰撞完全非彈性碰撞【總結(jié)】 （1）運動學(xué)特征：碰后兩者速度相等；（2）動量特征：系統(tǒng)碰撞過程中動量守恒；（3）能量特征：小球形變最大，系統(tǒng)損失的動能最多； 二、類完全非彈性碰撞的相關(guān)模型【討論2】常見類完全非彈性碰撞模型,請分析計算：（1）子彈打擊木塊模型： 如圖所示，質(zhì)量為m的子彈（可以看成質(zhì)點）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

5、木塊中運動時阻力恒為f，求木塊的長度？（2）彈簧模型： 如圖所示，小球A和B的質(zhì)量分別為m和M，固定在輕質(zhì)彈簧的兩端，靜止于光滑的水平面上。現(xiàn)給A以向右的水平速度v0，求兩物體在相對運動的過程中，彈性勢能的最大值？（3）滑板模型： 如圖所示，質(zhì)量為m的小物體（可視為質(zhì)點）放在質(zhì)量為M的長木板的左端，長木板放在光滑的水平面上?，F(xiàn)讓m獲得向右的速度v0，若小物體最終沒有從長木板上滑落，兩者間的動摩擦因數(shù)為。求長木板的長度至少是多少？ （4） 曲面模型： 如圖所示，在光滑的水平面上有一靜止的光滑曲面滑塊，質(zhì)量為M 。現(xiàn)有一大小忽略不計的小球，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

6、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：由動量守恒（或水平方向動量守恒）：f LEpmmg L由能量守恒：mgh上述四個模型，同學(xué)們在平時的學(xué)習(xí)中較為常見，從形式上看完全不同。通過剛才的分析與計算，請同學(xué)們總結(jié)其中的共性和差異。 共性：速度相等，系統(tǒng)動量守恒或水平方向動量守恒，系統(tǒng)動能損失最多，均為類完全非彈性碰撞； 個性：損失的動能轉(zhuǎn)化為其他形式能的情況不同； 我們將發(fā)生相互作用的兩個物體動量守恒或在某一方向動量守恒，而且題目所求的時刻，兩個物體的速度相同。具有這樣特征的問題稱之為類完全非彈性碰撞問題。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

7、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，長度為L；bc為一光滑斜面，斜面和水平面通過與ab和bc均相切的長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點向左運動，在斜面上上升的最大高度為h，返回后在到達(dá)a點前與物體P相對靜止重力加速度為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，兩物體從開始到第一次到達(dá)共同速度過程由動量和能量守恒得：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（動量守恒）全過程能量守恒得：由

8、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？答案：（1）h=0.533m （2）能返回A點討論：若R=0.4m，結(jié)果如何？4、 規(guī)律總結(jié) 處理碰撞或類碰撞問題時，若題目所求的時刻，兩個物體的速度相同，可將其定性為類完全非彈性碰撞。此時系統(tǒng)系統(tǒng)動能損失最大，往往對應(yīng)題中的一些臨界狀態(tài)，可通過對相應(yīng)過程的

9、能量分析，結(jié)合動量守恒定律求解問題。5、 作業(yè)布置 一輕質(zhì)彈簧的兩端連接兩滑塊A和B，已知mA0.99 kg，mB3 kg，放在光滑水平面上，開始時彈簧處于原長，現(xiàn)滑塊A被水平飛來的質(zhì)量為mC10 g，速度v0=400 m/s的子彈擊中，且沒有穿出，如圖所示，求：以后運動過程中彈簧的最大彈性勢能?！敬鸢浮?J例：如圖所示，一個質(zhì)量為9m的木塊A(可看作質(zhì)點)放在長度為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和子彈一起相對于小車B滑動若木塊A恰好不從小車B上滑下，求：(1)子彈射入木塊A時，它們的共同速度和系統(tǒng)損失的機械能；(2)木塊與小車之間的動摩擦因數(shù)【解析】(1)子彈與木塊相互作用的時間極短，由動量守恒定律mv0(m9m)v1解得：v10.1v0由能量守恒定律可知，損失的機械能Emv(m9m)vmv.(2)木塊A和子彈一起相對于小車B滑動，由動量守恒定律(m9m)v1(10mm9m)v2由功能關(guān)系得(m9m)gL(m9m)v(10mm9m)v聯(lián)立解得：.【答案】(1)0.1v0m