2022安徽省普通高中物理新課程新教材優(yōu)質(zhì)選課及精品課案例征集活動課時教學(xué)設(shè)計教材版人教高中物理教材教學(xué)章節(jié)選修必修第一卷第一章《1.5彈性碰撞與非彈性碰撞》任教老師顏阿偉學(xué)校名稱合肥168中學(xué)2022年11月16日2022年安徽省普通高中物理新課程新教材精品選課暨精品課征集活動1 1《1.5彈性碰撞與非彈性碰撞》 《非彈性碰撞》教學(xué)設(shè)計 1.教材分析。本部分教學(xué)內(nèi)容選自人民教育出版社出版的高中物理選修教材第一卷第一章第五節(jié)。前四部分本章從實驗到理論，再從理論到實驗，從多個角度解釋了“動量”、“動量定理”、“動量守恒定律”等概念和定律。 后兩節(jié)是基于“動量守恒定律”在兩個真實、典型且有意義的情境中的應(yīng)用。 前面的課程主要是從能量和動量的角度研究碰撞現(xiàn)象。 同學(xué)們對碰撞物種的能量變化也有了一定的了解，但還不清楚。 本節(jié)進(jìn)一步研究碰撞能量的變化。 教材的編寫思路是以碰撞實例為載體，通過實驗探索和理論推導(dǎo)，建立真實情況下彈性碰撞和非彈性碰撞的相關(guān)概念。 教科書創(chuàng)造了兩個小球之間彈性碰撞的場景。 首先引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用動量守恒定律和機械能守恒定律解決典型的碰撞問題，推導(dǎo)出兩個小球彈性碰撞后的速度表達(dá)式。 隨后，引導(dǎo)學(xué)生從一般到特殊討論了三種特殊情況，得到了兩個球碰撞后最終速度的表達(dá)式，便于快速判斷和評估與生活中實際現(xiàn)象對應(yīng)的碰撞類型。
通過彈性碰撞和非彈性碰撞的討論，學(xué)生可以進(jìn)一步加深對動量和動能的理解，提高運動、相互作用和能量的概念。 二、學(xué)業(yè)情況分析 1.已有基礎(chǔ)。 經(jīng)過前面四節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)從動量的角度討論和分析了各種碰撞現(xiàn)象，例如汽車的碰撞、隕石的撞擊，從實驗到理論，再從理論到實驗。 等人建立了動量變化與相互作用時間累積之間的關(guān)系。 另一方面，通過上一節(jié)驗證動量守恒定律的實驗，培養(yǎng)了學(xué)生獨立設(shè)計實驗方案、收集和分析數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)探究的能力。 2.需要改進(jìn)。 雖然學(xué)生對碰撞過程中能量的傳遞和轉(zhuǎn)化有了一定的了解，但還不清楚。 同時，他們對碰撞過程的動力學(xué)分析相對陌生，不了解彈性碰撞規(guī)律。 另外三、教學(xué)目標(biāo) （1）物理概念 通過研究碰撞前后的能量變化，了解彈性碰撞和非彈性碰撞的碰撞特性，并能對生活中的碰撞進(jìn)行分類。 （2）科學(xué)思維通過非彈性碰撞和彈性碰撞的案例分析，提高模型構(gòu)建、抽象概括、演繹推理和科學(xué)論證的能力，學(xué)會用能量、動量和動力學(xué)視角解釋一維碰撞問題。 （3）科學(xué)探究通過實驗探究和碰撞球?qū)嶒炑b置的制作，讓學(xué)生體驗觀察現(xiàn)象、提出問題、實驗探究、理論推導(dǎo)的科學(xué)探究過程，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。 （四）科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感 通過本課的學(xué)習(xí)，我們將了解碰撞的科學(xué)性，了解生產(chǎn)生活中的各種碰撞現(xiàn)象，樹立珍惜生命、保護(hù)資源等社會責(zé)任感。
四、教學(xué)重點和難點 教學(xué)重點： 1．了解彈性碰撞和非彈性碰撞的物理過程和特點； 2． 2.能夠運用機械能守恒定律和動量守恒定律解決生產(chǎn)、生活中的實際問題。 教學(xué)難點：1.掌握碰撞過程的動量、能量及動力學(xué)分析； 2.彈性碰撞定律的推導(dǎo)與理解。 5. 教學(xué)資源 實驗設(shè)備：軌道、小車、光電門和數(shù)字定時器、自制碰撞實驗裝置等多媒體資源：實驗視頻、多媒體課件 6. 方法與策略 本部分主要采用基于大單元的問題導(dǎo)向教學(xué)教學(xué)方法，具體教學(xué)方法包括：問題引導(dǎo)、實驗探究、小組討論、合作學(xué)習(xí)、教學(xué)與評價等。現(xiàn)實問題始終是教學(xué)的主線，在提出驅(qū)動性問題和每項任務(wù)的學(xué)習(xí)； 探究規(guī)則體現(xiàn)在學(xué)生自主設(shè)計實驗方案； 學(xué)生通過小組討論的方法獲得彈性碰撞和非線性。 彈性碰撞概念的內(nèi)容； 教師的教學(xué)和評價貫穿于項目實施的各個補充環(huán)節(jié)。 以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法最大限度地保證了學(xué)生的主體性和教師的主導(dǎo)性，整個教學(xué)過程始終圍繞教學(xué)目標(biāo)展開。 7.教學(xué)過程教學(xué)線索設(shè)計本課大體上貫穿兩條線索。 首先是物理概念線索：碰撞前后能量變化的實驗探索→彈性碰撞和非彈性碰撞的概念特征→具體碰撞過程分析→碰撞實例動量和總能量分析； 科學(xué)思維與探究線索：觀察現(xiàn)象→提出問題→實驗探索→抽象概括→演繹推理→反思交流→深入拓展。
學(xué)習(xí)活動旨在創(chuàng)造真實情境，引入新課程【創(chuàng)造情境】從宇宙中的天體到生活中的物體再到微觀世界中的粒子，碰撞無處不在。 學(xué)生活動：舉例生活中的碰撞現(xiàn)象，回顧碰撞的特點以及碰撞中蘊含的物理定律。 駕駛問題：物體碰撞時動量守恒。 那么，能量在各種碰撞中如何變化呢？ 設(shè)計意圖是一方面回顧現(xiàn)有知識，另一方面啟發(fā)學(xué)生從能量角度思考碰撞問題，從而引出駕駛問題，從而引入新的課程。 任務(wù)1：實驗探索碰撞前后動能的變化。 問題情況：本章第一節(jié)教材圖1.1-2所示的實驗中，移動滑塊與靜止滑塊發(fā)生碰撞。 碰撞后，兩車粘在一起并移動。 獲取實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 【問題1】根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，可以得出碰撞后總動能減小的結(jié)論。 是否存在碰撞前后系統(tǒng)總動能保持不變的情況？ 學(xué)生活動：發(fā)表自己的看法 【問題2】請學(xué)生思考以下問題，分組討論如何設(shè)計實驗方案： 1. 仔細(xì)觀察實驗裝置和碰撞過程，思考一下，什么是實驗裝置？總動能減少的原因是什么？ 2、如何改進(jìn)實驗裝置，使總動能的損失最小化？ 師：播放碰撞的慢動作視頻。 學(xué)生：繼續(xù)討論問題2，從改進(jìn)碰撞裝置的角度設(shè)計實驗方案。 學(xué)生可以總結(jié)一下使用面團(tuán)彈簧或其他碰撞物體的方案：老師在這三組滑塊上安裝了面團(tuán)、橡皮泥、彈性碰撞框作為碰撞介質(zhì)。 我們可以依次對氣墊導(dǎo)軌進(jìn)行3次碰撞。 實驗。
面團(tuán)橡皮泥彈性碰撞架的設(shè)計意圖是通過分析第一課的實驗數(shù)據(jù)，創(chuàng)設(shè)一個問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考碰撞中的能量變化。 通過問題1和問題2，引導(dǎo)學(xué)生做出猜想，完善實驗方案，進(jìn)行實驗探索。 讓學(xué)生體驗觀察現(xiàn)象、提出問題、進(jìn)行實驗研究的科學(xué)探究過程。 培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。 【問題3】為了獲得碰撞前后系統(tǒng)的動能，我們需要測量哪些實驗數(shù)據(jù)？ 如何測量？ 學(xué)生：需要測量碰撞前后汽車的質(zhì)量和速度。 質(zhì)量可以用天平測量，速度仍然可以用光電門測量。 師：我已經(jīng)提前量好了滑塊的質(zhì)量，填在表中。 只要我們測出擋光時間，輸入到表中，就可以計算出碰撞前后的總動能。 教師活動：指導(dǎo)學(xué)生依次進(jìn)行三個實驗，通過excel表格計算碰撞前后系統(tǒng)的總動能以及動能損失比例。 學(xué)生活動：2名學(xué)生進(jìn)行實驗操作，1名學(xué)生在電腦上記錄實驗數(shù)據(jù)，其他學(xué)生在學(xué)習(xí)任務(wù)單上記錄實驗數(shù)據(jù)。 【實驗一】使用帶有面團(tuán)的滑塊進(jìn)行碰撞實驗 【實驗二】使用帶有橡皮泥的滑塊進(jìn)行碰撞實驗 【實驗三】使用帶有彈性碰撞框的滑塊進(jìn)行碰撞實驗 設(shè)計意向通題3指導(dǎo)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行數(shù)據(jù)測量和實驗操作，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。 通過設(shè)計對比實驗，我們探索了不同條件下?lián)p失的動能量。 【問題4】分析實驗數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)了什么？ 為什么三個實驗中動能損失越來越少？ 學(xué)生活動：猜測可能與碰撞介質(zhì)的變形有關(guān)。 實驗1 實驗2 實驗3 教師活動：播放3次碰撞的慢動作視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察碰撞介質(zhì)的變形及變形恢復(fù)。
學(xué)生結(jié)論：3次碰撞中，碰撞介質(zhì)變形明顯，但面團(tuán)的變形基本沒有恢復(fù)，橡皮泥的變形部分恢復(fù)，彈性碰撞架的變形基本完全恢復(fù)。 面團(tuán)變形恢復(fù)最少，碰撞中損失的動能最多； 彈性碰撞架恢復(fù)變形最多，碰撞時損失的動能最少。 這表明碰撞中損失的動能的大小與碰撞介質(zhì)的變形恢復(fù)程度有關(guān)。 變形恢復(fù)越多，動能損失越少。 指導(dǎo)：根據(jù)上述實驗，不難想象，如果碰撞的變形能完全恢復(fù)，則可以認(rèn)為碰撞前后系統(tǒng)的動能不變。 設(shè)計意圖是通過問題4引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)物理資源網(wǎng)，并讓學(xué)生觀察碰撞過程的慢動作視頻，引導(dǎo)學(xué)生找到動能損失與變形恢復(fù)之間的關(guān)系，逐步構(gòu)建彈性模型碰撞，從而建立彈性碰撞和非彈性碰撞的概念。 鋪平道路并了解碰撞的本質(zhì)。 任務(wù)2：建立并理解彈性碰撞和非彈性碰撞的概念。 根據(jù)碰撞前后總動能的變化，提出彈性碰撞和非彈性碰撞的概念，并舉例討論，加深理解。 在物理學(xué)中，如果系統(tǒng)在碰撞前后動能保持不變，則這種類型的碰撞稱為彈性碰撞。 老師舉了個例子：在宏觀世界中，鋼球、玻璃球、臺球碰撞時，動能損失很小，它們的碰撞可以視為彈性碰撞。 在微觀世界中，分子、原子和更小的粒子之間的碰撞也可以視為彈性碰撞。 如果碰撞后系統(tǒng)的動能減少，則這種碰撞稱為非彈性碰撞。 小結(jié)：比如，沾滿橡皮泥的滑塊碰撞、安全實驗中的汽車碰撞、天體碰撞等都是典型的非彈性碰撞。
非彈性碰撞中有一個特殊情況。 理論分析和大量實驗表明，如果物體碰撞后完全粘在一起而不反彈，則系統(tǒng)的動能損失將是最大的。 在物理學(xué)中，我們的碰撞被稱為完全非彈性碰撞。 例如，在含有面團(tuán)的滑塊碰撞中，碰撞后兩者粘在一起，面團(tuán)變形基本不恢復(fù)，可以認(rèn)為是完全非彈性碰撞。 設(shè)計意圖是通過總結(jié)碰撞中的動能變化，從能量的角度對碰撞進(jìn)行分類，實現(xiàn)抽象和概括的科學(xué)方法。 【問題5】非彈性碰撞中系統(tǒng)損失的動能去哪里了？ 生：轉(zhuǎn)化為熱能 總結(jié)：是的，主要是轉(zhuǎn)化為物體的內(nèi)能。 人們觀察到彗星碎片與木星猛烈相撞。 碰撞引發(fā)的爆炸相當(dāng)于數(shù)億顆原子彈的威力，木星上留下的“傷痕”幾乎有地球直徑那么大。 雖然我們在生活中利用很多碰撞來改善我們的生活，但有些碰撞會給我們的財產(chǎn)甚至生命帶來損害。 例如，我們必須注意交通安全，避免碰撞。 設(shè)計意圖是通過問題1加深學(xué)生對非彈性碰撞中能量轉(zhuǎn)化的理解，提高學(xué)生的安全意識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。 [例子] 假設(shè)實驗1中粘有面團(tuán)的兩個滑塊的質(zhì)量為m。 打開氣泵后，讓一個滑塊以速度v與另一個靜止的滑塊碰撞。碰撞后高中物理彈性碰撞視頻講解，兩個滑塊粘在一起，繼續(xù)以一定的速度向前移動。 請計算碰撞后系統(tǒng)損失的總動能是多少？ 學(xué)生活動：進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出結(jié)論：碰撞后的總動能E k′ = 1/2Ek，碰撞后系統(tǒng)的總動能小于碰撞前系統(tǒng)的總動能。
教師活動：投影屏幕顯示學(xué)生的計算結(jié)果高中物理彈性碰撞視頻講解，并根據(jù)以往的實驗數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生將理論推導(dǎo)與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。 設(shè)計意圖理論推演了碰撞前后動能是否發(fā)生變化，加深了概念的理解和規(guī)律的應(yīng)用。 將理論推導(dǎo)結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，讓學(xué)生體會到理論與實驗的統(tǒng)一。 （4）任務(wù)三：彈性碰撞實例分析體驗活動1 在桌面上，向某個方向彈出一個鋼球，與另一個相同的靜止鋼球碰撞。 要求：靜止的球碰撞后沿同一方向運動。 活動結(jié)束后，學(xué)生們分享了他們的成功秘訣。 教師活動：介紹積極碰撞的概念。 設(shè)計意圖是讓學(xué)生通過體驗活動1中的小游戲，建立積極碰撞的概念。 體驗活動2 在桌子上，向某個方向彈出一個鋼球，與另一個相同的靜止鋼球碰撞。 要求：靜止的球碰撞后沿同一方向運動。 活動結(jié)束后，同學(xué)們分享了自己的實驗現(xiàn)象。 教師活動：總結(jié)現(xiàn)象并提出以下驅(qū)動性問題：由于質(zhì)量不同而發(fā)生彈性碰撞的兩個物體的碰撞后速度有何特點？ 設(shè)計意圖是讓學(xué)生通過體驗活動2觀察三種不同的一維彈性碰撞現(xiàn)象，思考質(zhì)量對速度的影響，為彈性碰撞實例分析做好準(zhǔn)備。 創(chuàng)設(shè)一種情況：物體m1以速度v1與原來靜止的物體m2發(fā)生彈性碰撞后，它們的速度分別為v1'和v2'。 請推導(dǎo)出碰撞后速度v1'和v2'的表達(dá)式。 'v1' v1 學(xué)生活動：根據(jù)動量守恒定律和碰撞前后系統(tǒng)動能恒定，推導(dǎo)出碰撞后球的速度表達(dá)式： 教師活動：投影屏幕顯示引導(dǎo)學(xué)生討論以下兩個問題。
【問題6】你能用表達(dá)式解釋活動2中的實驗現(xiàn)象嗎？ 學(xué)生活動：討論并給出結(jié)論：若m1=m2?v1'=0，則v2'=v1表示兩者的交換速度； 如果m1>m2?v1'>0，v2'>0，則說明碰撞后兩者相同。如果m10，則說明碰撞后m1反彈，m2與v1移動方向相同。 教師活動：利用不等質(zhì)量滑塊在氣墊導(dǎo)軌上的碰撞來演示這三種情況。 設(shè)計意圖：一個人在滑板車上滑行，一個人在滑板車上滑行【問題7】討論m1>>m2，m1 m2，然后v1？ = v1，v2？ = 2v1（質(zhì)量大的球速度不變，質(zhì)量小的球以2倍速度運動） （2）如果m2>>m1，則v1？ =-v1，v2？ = 0 （質(zhì)量小的球以原來的速度反彈，質(zhì)量大的球不動） 教師活動：用乒乓球和臺球演示（1）和（2）。 設(shè)計意圖引導(dǎo)分析表達(dá)式得到三種情況下的碰撞后速度關(guān)系，并解釋活動二中的實驗現(xiàn)象。培養(yǎng)學(xué)生解釋和交流的能力。 【問題8】如果m2也有碰撞前的速度，那么我們應(yīng)該在這兩個表達(dá)式中添加什么來計算碰撞后的速度？ 學(xué)生：需要考慮它的初動量和初動能。 老師：只要發(fā)生彈性碰撞，我們就可以根據(jù)系統(tǒng)動量守恒和碰撞后總動能保持不變來解決問題。 需要提醒的是，動量守恒方程是矢量形式，建立該方程時必須注意速度的符號。
然后研究質(zhì)量差異很大的物體之間的碰撞，最后在實踐中檢驗該理論。 培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識。 （五）課堂小結(jié)本課我們首先通過實驗探究了碰撞中總動能的變化，然后從能量的角度將碰撞分為彈性碰撞和非彈性碰撞。 最后，我們分析了一個彈性碰撞的例子，并用計算結(jié)果解釋了生活中一些有趣的碰撞現(xiàn)象。 八、黑板設(shè)計 九、學(xué)習(xí)評價與作業(yè)設(shè)計 【評價設(shè)計】 1、過程評價：對學(xué)生在課堂教學(xué)活動中的表現(xiàn)進(jìn)行及時的評價和反饋，糾正學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)步。 評價依據(jù)包括：學(xué)生口頭報告、實驗操作過程、實驗報告完成情況等。 2.形成性評價：評價學(xué)生課后活動作業(yè)和課堂作業(yè)【作業(yè)設(shè)計】定量探究臺球打球后的速度關(guān)系擊打乒乓球； 完成課本上的課后練習(xí)。 十、教學(xué)反思 1、根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教材和學(xué)業(yè)情況，始終以學(xué)生為中心進(jìn)行教、學(xué)、評一體化設(shè)計，注重學(xué)科核心能力在學(xué)習(xí)活動中的落實; 實施基于PBL教學(xué)法的教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、進(jìn)行實驗、得出結(jié)論、最終應(yīng)用規(guī)則。 從教學(xué)效果來看，本課通過多次學(xué)習(xí)活動，很好地實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，突破了教學(xué)重點和難點。 2. 為了讓學(xué)生體驗概念生成過程，設(shè)計了實驗方案，通過三種不同的介質(zhì)進(jìn)行碰撞，并利用手機的慢動作功能拍攝碰撞過程并觀察介質(zhì)的變形在碰撞過程中。 本實驗首先研究了三種不同彈性介質(zhì)的碰撞，發(fā)現(xiàn)三種碰撞中損失的動能持續(xù)減少。 然后通過合理的外推，逐步構(gòu)建出理想的彈性碰撞模型，充分讓學(xué)生體驗到通過實驗的體驗。 構(gòu)建模型和建立概念的過程。
通過對慢動作視頻中介質(zhì)變形及變形恢復(fù)過程的觀察和研究，學(xué)生可以了解碰撞的本質(zhì)以及碰撞中能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律，同時培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析的能力問題。 另外，通過控制三對滑塊在碰撞前具有相同的質(zhì)量和相同的初速度，消除了質(zhì)量和速度對動能損失的影響，只考慮了碰撞介質(zhì)對動能損失的影響。研究過，很好地體現(xiàn)了控制變量的實驗思想。 總而言之，這個實驗計劃不僅彌補了教材實驗的不足，而且很好地培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究等核心素質(zhì)。 3.本部分有大量可擴展的內(nèi)容，豐富的生活實例，還有很多演示實驗可供選擇。 教師要懂得選擇，不能貪得無厭。 要始終把握教學(xué)主線，控制教學(xué)難度和深度，突出教學(xué)重點，突破教學(xué)難點。