人教版高中物理選修必修1第一章第五節(jié)彈性碰撞與非彈性碰撞教學(xué)設(shè)計(jì)專題彈性碰撞與非彈性碰撞單元1學(xué)科物理年級(jí)高中2教材分析通過(guò)前面四節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)到理論，再?gòu)睦碚摰綄?shí)驗(yàn)，對(duì)碰撞中的動(dòng)量守恒定律有了較為清晰的認(rèn)識(shí)。碰撞是生活中常見(jiàn)的現(xiàn)象，在碰撞過(guò)程中，物體間相互作用時(shí)間較短，相互作用力很大，滿足動(dòng)量守恒定律的條件。本節(jié)的設(shè)計(jì)以碰撞實(shí)例為載體，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探索與理論推導(dǎo)，建立真實(shí)情境中彈性碰撞與非彈性碰撞的相關(guān)概念。教材創(chuàng)設(shè)兩個(gè)小球發(fā)生彈性碰撞的情境，先引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律解決典型碰撞問(wèn)題，推導(dǎo)出彈性碰撞后兩個(gè)小球的速度表達(dá)式。 隨后引導(dǎo)學(xué)生由一般到特殊，討論了三種特殊情況，得到了碰撞后兩球最終速度的表達(dá)式，便于快速判斷和評(píng)價(jià)與生活中實(shí)際現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的碰撞類型。通過(guò)彈性與非彈性碰撞的討論，學(xué)生可以進(jìn)一步加深對(duì)動(dòng)量和動(dòng)能的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互作用、能量的看法。本課的重點(diǎn)內(nèi)容是理解彈性與非彈性碰撞的概念和特點(diǎn)，并運(yùn)用兩條定律解決生產(chǎn)生活中相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng) 1.理解彈性與非彈性碰撞。 2.能分析具體例子中碰撞的特點(diǎn)和類型。 3.能運(yùn)用動(dòng)量和能量的視角解決生產(chǎn)生活中與一維碰撞相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。
物理概念：學(xué)習(xí)彈性碰撞和非彈性碰撞，理解迎面碰撞（中心碰撞）。 科學(xué)思維：通過(guò)案例分析，能運(yùn)用動(dòng)量和能量的角度解決一維碰撞問(wèn)題。 科學(xué)探究：應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和機(jī)械能守恒定律解決典型碰撞問(wèn)題，推導(dǎo)出兩個(gè)小球彈性碰撞后的速度表達(dá)式。 科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀：通過(guò)了解彈性碰撞和非彈性碰撞的概念和特點(diǎn)，能運(yùn)用兩定律解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。重點(diǎn)將結(jié)合具體事例分析碰撞的特點(diǎn)和類型。難點(diǎn)將運(yùn)用動(dòng)量和能量的角度解決生產(chǎn)生活中一維碰撞的實(shí)際問(wèn)題。 教學(xué)過(guò)程 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖 新課介紹 碰撞是自然界中常見(jiàn)的現(xiàn)象，隕石撞擊地球造成表面破壞、網(wǎng)球被球拍擊中而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)……物體碰撞時(shí)動(dòng)量的變化，以前都已經(jīng)研究過(guò)。 那么，各種碰撞中能量是如何變化的呢？思考自然界中碰撞情景中能量的變化情況。 提出問(wèn)題，設(shè)定問(wèn)題。 引入新課。 教授新課 一、彈性碰撞與非彈性碰撞 1、碰撞：物體間在很短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的相互作用。 二、碰撞的特點(diǎn)： （1）作用時(shí)間很短 （2）內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力 （3）幾乎在原位進(jìn)行動(dòng)量守恒 3、碰撞過(guò)程分析：A球初速度為V0，B球靜止，mAmB。在光滑的水平面上發(fā)生迎面碰撞。 （1）兩球間的力如何變化？ （2）兩球的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何變化？ （3）什么時(shí)候兩球靠得最近？系統(tǒng)的動(dòng)能與彈性勢(shì)能有什么特點(diǎn)？ （4）當(dāng)彈簧回復(fù)原長(zhǎng)時(shí)，系統(tǒng)的動(dòng)能與彈性勢(shì)能有什么特點(diǎn)？ 結(jié)論：①力F先增大后減小；②兩球間距離先減小后增大；③動(dòng)量守恒；系統(tǒng)減小的動(dòng)能先轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，勢(shì)能再轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
4、碰撞種類： （1）完全非彈性碰撞：VA=VBΔEK最大，兩球靠得最近， （2）非彈性碰撞：P=P？，EK≥EK？，兩球不能回到原來(lái)狀態(tài) （3）彈性碰撞：P=P？，EK=EK？，兩球回到原來(lái)狀態(tài)。 例：兩物體的質(zhì)量都是m。碰撞前，一個(gè)物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，另一個(gè)物體以速度v向其運(yùn)動(dòng)。碰撞后，兩物體粘在一起，變成一個(gè)質(zhì)量為2m的物體，繼續(xù)以速度v'向前運(yùn)動(dòng)。 這次碰撞過(guò)程中能量守恒嗎？ 根據(jù)動(dòng)量守恒定律，碰撞后的共同速度就是碰撞前的總動(dòng)能和碰撞后的總動(dòng)能。能量不守恒。 課堂練習(xí) 1.冰球運(yùn)動(dòng)員A，質(zhì)量為80.0kg。 當(dāng)他以5.0米/秒的速度向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，與另一迎面而來(lái)的運(yùn)動(dòng)員B相碰撞，B的質(zhì)量為100公斤高中物理的彈性碰撞問(wèn)題，速度為3.0米/秒。碰撞后，A恰好處于靜止?fàn)顟B(tài)。假設(shè)碰撞時(shí)間極短暫，求：（1）碰撞后B的速度大小；（2）碰撞中總的機(jī)械能損失。思考：若兩球碰撞后粘在一起，各球的速度是多少？動(dòng)能的損失是多少？ 1.二者均屬于哪一類碰撞？非彈性碰撞與完全非彈性碰撞 2.彈性碰撞例析：一維彈性碰撞碰撞后速度的確定 課堂練習(xí)2.光滑水平面上有兩個(gè)球A、B，質(zhì)量分別為mA和mB。兩球在t0時(shí)刻迎面相撞，碰撞過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械能損失。 圖中所示為碰撞前后兩球的速度-時(shí)間圖像，下列各項(xiàng)關(guān)系中正確的是（ ） A. mAmBB. mAmBC. mA＝mB D. 無(wú)法確定答案：B 擴(kuò)展：畫出mA＝mB兩種情況下A、B的vt圖； mAmB 彈性碰撞（機(jī)械能守恒）——“一動(dòng)一靜模型” ① 若m1=m2，則等質(zhì)量物體在彈性碰撞中交換速度（比如打臺(tái)球） ② 若m1 m2，則大的撞擊小的，沿同一方向運(yùn)動(dòng)（如運(yùn)動(dòng)的鋼球撞擊靜止的玻璃球） ③ 若m1 m2，則 ④ 若m1 m2，則小的撞擊大的被反彈回來(lái)（如運(yùn)動(dòng)的玻璃球撞擊靜止的鋼球） ⑤ 若m1 m2，則 思考討論 設(shè)光滑水平面上有兩個(gè)剛性球A、B，質(zhì)量分別為m1和m2，以初速度v1和v2運(yùn)動(dòng)，若它們能夠碰撞（一維彈性碰撞），碰撞后它們的速度v1'、v2'分別為多少？ 碰撞過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒 彈性碰撞中機(jī)械能不損失 解：若v2=0，結(jié)論是否和以前一樣？ 課堂練習(xí)3.兩球A、B在光滑水平面上沿同一直線、同一方向運(yùn)動(dòng)。mA=1千克，mB=2千克，vA=6米/秒，vB=2米/秒。當(dāng)A球追上B發(fā)生碰撞時(shí)，A、B兩球的速度可能取值（取碰撞前運(yùn)動(dòng)方向?yàn)檎ǎ?A.vA′=5米/秒，vB′=2.5米/秒B.vA′=2米/秒，vB′=4米/秒C.vA′=-4米/秒，vB′=7米/秒D. vA′ = 7 m/s, vB′ = 1.5 m/s 1.碰撞前后動(dòng)量守恒：P = mAvA + mBvB = 10kg.m/s2.碰撞后若運(yùn)動(dòng)方向相同，則后方物體的速度不可能大于前方物體的速度。即碰撞后：A的速度減小，或反向運(yùn)動(dòng)，B的速度增大。
3.系統(tǒng)的總動(dòng)能不能增加。 答案：B。 判斷碰撞可能性的三個(gè)依據(jù)： 分析碰撞問(wèn)題時(shí)要注意的要點(diǎn) （1）遵守動(dòng)量守恒定律。 （2）系統(tǒng)動(dòng)能不能增加。 （3）碰撞后各物體的運(yùn)動(dòng)要符合實(shí)際情況。 回憶碰撞的概念和特點(diǎn)。 分析碰撞過(guò)程中的受力情況。 通過(guò)分析碰撞過(guò)程中的能量變化，對(duì)碰撞進(jìn)行分類。 完成課本例題。 完成課堂練習(xí)。 分析彈性碰撞的例題。 完成課堂練習(xí)。 分析“一動(dòng)一靜”模型中的幾種情況。 完成思考討論。 完成課堂練習(xí)。 總結(jié)碰撞的三個(gè)約束條件。 通過(guò)分析碰撞過(guò)程中的力和能量的轉(zhuǎn)化，下一步就是計(jì)算碰撞中的能量。 通過(guò)例題，更好地理解碰撞過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化。 分析彈性碰撞的例題，提高學(xué)生的科學(xué)推理能力。 讓學(xué)生結(jié)合例題分析幾種彈性碰撞的情況，加深印象。 通過(guò)思考和討論，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力和擴(kuò)展知識(shí)面的能力。 延伸與提高 1.（多選）在光滑的水平面上，兩個(gè)球沿球心連線以相同的速度相向運(yùn)動(dòng)并發(fā)生碰撞。可能發(fā)生以下現(xiàn)象：（）A.若兩球質(zhì)量相同，碰撞后它們會(huì)以相同的速度分離B.若兩球質(zhì)量相同，碰撞后它們會(huì)以相同的速度朝同一方向運(yùn)動(dòng)C.若兩球質(zhì)量不同，碰撞后它們會(huì)以相同的速度分離D.若兩球質(zhì)量不同，碰撞后它們會(huì)以相同的速度朝同一方向運(yùn)動(dòng)分析：碰撞前后，兩球組成的系統(tǒng)的總動(dòng)量守恒。
兩球總動(dòng)量在碰撞前為零，碰撞后也為零，故A選項(xiàng)可能；若兩球碰撞后以一定的均等速度同向運(yùn)動(dòng)高中物理的彈性碰撞問(wèn)題，則兩球總動(dòng)量不為零，故B選項(xiàng)不可能；碰撞前后系統(tǒng)總動(dòng)量方向不同，故動(dòng)量不守恒，C選項(xiàng)不可能；碰撞前總動(dòng)量不為零，碰撞后也不為零，方向可能相同，故D選項(xiàng)可能。 答案：AD2.如圖所示，在光滑水平面上，用大小相等、方向相反的F1、F2同時(shí)作用于兩個(gè)靜止物體A、B，已知mAmB，經(jīng)過(guò)相同時(shí)間后，兩個(gè)力同時(shí)撤去，之后兩物體碰撞并粘在一起。 那么粘著體最終會(huì)（）A.靜止 B.向右運(yùn)動(dòng) C.向左運(yùn)動(dòng) D.無(wú)法確定解析：選取A、B兩個(gè)物體組成的系統(tǒng)作為研究對(duì)象，在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，系統(tǒng)所受外力總和為零，因此動(dòng)量變化為零。初始時(shí)刻，系統(tǒng)靜止，總動(dòng)量為零，最后粘著體的動(dòng)量也為零，即粘著體靜止，所以選項(xiàng)A正確。答案：A3.沙堆上放著一個(gè)木塊。