Algodoo物理仿真軟件在物理教學(xué)中的課例應(yīng)用

Algodoo物理仿真軟件在物理教學(xué)中的課例應(yīng)用以彈性碰撞和非彈性碰撞為例仿真軟件簡介Algodoo是瑞典AlgoryxSimulationAB公司于2009年推出的趣味仿真實(shí)驗(yàn)平臺，其前身是一款名為Phun的物理沙盒軟件。Algodoo在Phun的基礎(chǔ)上針對課堂教學(xué)做了優(yōu)化，它給學(xué)生們帶來了一個(gè)好玩的、卡通式的創(chuàng)作平臺，科學(xué)地將教育與娛樂融合起來，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力、動(dòng)手能力和知識建構(gòu)能力。Algodoo的基本功能包括:使用簡單的繪圖工具創(chuàng)建和編輯場景;通過選擇、拖拽、傾斜、震動(dòng)等方式參與互動(dòng);顯示物體運(yùn)行軌跡、受力和速度:提供了剛體、流體、鏈條、齒輪、彈簧、鉸鏈、鎖、電機(jī)、激光射線、火箭助推工具及跟蹤繪圖工具等元素，這些元素可以在重力、摩擦力、彈力、浮力、空氣阻力的作用下相互影響，實(shí)現(xiàn)精度很高的物理仿真實(shí)驗(yàn)。1、軟件界面菜單項(xiàng)可以利用以上圖標(biāo)建立物理研究對象，并對研究對象進(jìn)行相應(yīng)操作屬性操作可以點(diǎn)擊右鍵對物體的屬性進(jìn)行操作，例如物體的材質(zhì)、質(zhì)量、密度、速度等等，正下方的圖標(biāo)為運(yùn)行及環(huán)境屬性設(shè)置課例展示1.5彈性碰撞和非彈性碰撞一、教學(xué)內(nèi)容分析經(jīng)過前而四節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)到理論，再從理論到實(shí)驗(yàn)，對碰撞中的動(dòng)量守恒有了較為清晰的認(rèn)識。碰撞是生活中常見的現(xiàn)象。碰撞時(shí)物體間相互作用持續(xù)時(shí)間很短，相互作用力很大，滿足動(dòng)量守恒條件。本節(jié)的設(shè)計(jì)以碰撞實(shí)例為載體，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究、理論推導(dǎo)，在其實(shí)情境中建立彈性碰撞和非彈性碰撞的相關(guān)概念。教材創(chuàng)設(shè)了兩個(gè)小球彈性碰撞的情境，先引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律去解決典型的碰撞問題，推導(dǎo)兩個(gè)小球在彈性碰撞后的速度表達(dá)式。隨后，又引導(dǎo)學(xué)生從一般到特殊，對三種特殊情況展開討論，得出碰后兩球末速度的表達(dá)式，便于快速判斷與評估生活中實(shí)際現(xiàn)象對應(yīng)的碰撞類型。學(xué)生通過對彈性碰撞和非彈性碰撞的討論，進(jìn)一步加深對動(dòng)量和動(dòng)能的理解，提升運(yùn)動(dòng)與相互作用觀及能量觀。本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容是理解彈性碰撞與非彈性碰撞的概念及特點(diǎn)，并能應(yīng)用兩個(gè)定律解決與生產(chǎn)生活相關(guān)的實(shí)際問題。學(xué)情分析學(xué)生雖然已經(jīng)具備了較為完備的動(dòng)量、動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律的初步知識，并學(xué)會(huì)了相關(guān)表達(dá)式的推導(dǎo)，盡管如此，但由于本章知識內(nèi)容的特殊性和復(fù)雜性以及學(xué)生認(rèn)知水平的差異，本節(jié)課的內(nèi)容對學(xué)生來講仍然是一個(gè)不小的臺階?；谝陨系慕滩奶攸c(diǎn)和學(xué)生特點(diǎn)，我制定了如下的教學(xué)目標(biāo)，力圖把傳授知識、滲透學(xué)習(xí)方法以及培養(yǎng)興趣和能力有機(jī)的融合在一起，達(dá)到最好的教學(xué)效果。教學(xué)目標(biāo)1.了解彈性碰撞和非彈性碰撞。2.會(huì)分析具體實(shí)例中的碰撞特點(diǎn)及類型。3.會(huì)用動(dòng)量、能量的觀點(diǎn)解決生產(chǎn)生活中與一維碰撞相關(guān)的實(shí)際問題。四、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。2.教學(xué)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案。五、教學(xué)環(huán)節(jié)v1v2v1’v2'情況13m/s014情況22m/s1m/s0.170m/s0.170m/s物體碰撞時(shí)，通常作用時(shí)間很短，相互作用的內(nèi)力很大，因此，外力往往可以忽略不計(jì)，滿足動(dòng)量守恒條件。下面我們從能量的角度研究碰撞前后物體動(dòng)能的變化情況，進(jìn)而對碰撞進(jìn)行分類。利用Algodoo的圓形工具設(shè)置小球模型，碰前碰后碰前碰后任務(wù)一：初步了解彈性碰撞和非彈性碰撞根據(jù)碰撞前后的數(shù)據(jù)（如表）請回答以下問題滑塊質(zhì)量m1=2kg，m2=1kg情況（1）中碰撞前后兩個(gè)滑塊總動(dòng)量及總動(dòng)能？情況（2）中碰撞前后兩個(gè)滑塊總動(dòng)量及總動(dòng)能？小結(jié)：相同點(diǎn)不同點(diǎn)彈性碰撞非彈性碰撞如圖，兩個(gè)小球相碰，碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)速度與兩球心的連線在同一條直線上，碰撞之后兩球的速度仍會(huì)沿著這條直線。這種碰撞稱為正碰，也叫作對心碰撞或一維碰撞。任務(wù)二：非彈性碰撞中動(dòng)能損失量的計(jì)算 例1：如圖，在光滑水平面上，兩個(gè)物體A、B的質(zhì)量都是m，碰撞前B靜止，A以速度v向它撞去。碰撞后某一瞬間AB速度相同，問此刻該系統(tǒng)的總動(dòng)能是否會(huì)有損失？損失的總動(dòng)能為多少？變式：若碰撞后某時(shí)A的速度為13（1）此時(shí)B的速度；（2）此刻A、B的總動(dòng)能，這種情況損失的動(dòng)能比原題中損失的動(dòng)能大還是小？小結(jié)：1、非彈性碰撞前后動(dòng)能損失量的計(jì)算方法：2、非彈性碰撞中，哪種情況下?lián)p失動(dòng)能最多？變式1.在氣墊導(dǎo)軌上，一個(gè)質(zhì)量為400g的滑塊以15cm/s的速度與另一質(zhì)量為200g、速度為10cm/s并沿相反方向運(yùn)動(dòng)的滑塊迎面相撞，碰撞后兩個(gè)滑塊粘在一起。（1）求碰撞后滑塊速度的大小和方向。（2）這次碰撞，兩滑塊共損失了多少機(jī)械能？變式2：A、B兩個(gè)粒子都帶正電，B的電荷量是A的2倍，B的質(zhì)量是A的4倍。A以已知速度v向靜止的B粒子飛去。由于靜電力，它們之間的距離縮短到某一極限值后又被彈開，然后各自以新的速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)。設(shè)作用前后它們的軌跡都在同一直線上，計(jì)算A、B之間的距離最近時(shí)它們各自的速度。任務(wù)三：運(yùn)動(dòng)彈性碰撞前后動(dòng)量守恒、動(dòng)能守恒解決簡單的問題 下面我們分析一下，發(fā)生彈性碰撞的兩個(gè)物體，由于質(zhì)量不同，碰撞后的速度將有哪些特點(diǎn)。 我們假設(shè)質(zhì)量為m1的物體以速度v1與質(zhì)量為m2靜止的物體發(fā)生正碰，如圖所示。碰撞后它們的速度分別為v1′和v2′。試推導(dǎo)v1′和v2′與m1、m2、v1的關(guān)系。幾種特殊情況的討論：v1′v2′若m1=m2若m1>>m2若m1<<m2 例2：速度為10m/s的塑料球與靜止的鋼球發(fā)生正碰，鋼球的質(zhì)量是塑料球的4倍，碰撞是彈性的，求：碰撞后兩球的速度。課堂練習(xí)1.一種未知粒子跟靜止的氫原子核正碰，測出碰撞后氫原子核的速度是3.3×107m/s。該未知粒子跟靜止的氮原子核正碰時(shí)，測出碰撞后氮原子核的速度是4.4×106m/s。已知?dú)湓雍说馁|(zhì)量是mH，氮原子核的質(zhì)量是14mH，上述碰撞都是彈性碰撞，求未知粒子的質(zhì)量。這實(shí)際是歷史上查德威克測量中子質(zhì)量從而發(fā)現(xiàn)中子的實(shí)驗(yàn)，請你根據(jù)以上查德威克的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算：中子的質(zhì)量與氫核的質(zhì)量mH有什么關(guān)系？2.在光滑水平地面上有兩個(gè)相同的彈性小球A、B，質(zhì)量都為m，現(xiàn)B球靜止，A球向B球運(yùn)動(dòng)，發(fā)生正碰。已知碰撞過程中總機(jī)