人教版高中物理选择性必修1第1章第5节弹性碰撞和非弹性碰撞教学设计

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人教版高中物理选择性必修1第1章第5节弹性碰撞和非弹性碰撞教学设计
课题
弹性碰撞和非弹性碰撞
单元
1
学科
物理
年级
高二
教材分析
经过前面四节的学习，学生已经从实验到理论，再从理论到实验，对碰撞中的动量守恒有了较为清晰的认识。碰撞是生活中常见的现象。碰撞时物体间相互作用持续时间很短，相互作用力很大，满足动量守恒条件。本节的设计以碰撞实例为载体，经历实验探究、理论推导，在真实情境中建立弹性碰撞和非弹性碰撞的相关概念。教材创设了两个小球弹性碰撞的情境，先引导学生应用动量守恒定律和机械能守恒定律去解决典型的碰撞问题，推导两个小球在弹性碰撞后的速度表达式。随后，又引导学生从一般到特殊，对三种特殊情况展开讨论，得出碰后两球末速度的表达式，便于快速判断与评估生活中实际现象对应的碰撞类型。学生通过对弹性碰撞和非弹性碰撞的讨论，进步加深对动量和动能的理解，提升运动与相互作用观及能量观。
本节课的重点内容是理解弹性碰撞与非弹性碰撞的概念及特点，并能应用两个定律解决与生产生活相关的实际问题。
教学目标与核心素养
1、了解弹性碰撞和非弹性碰撞。
2、会分析具体实例中的碰撞特点及类型。
3、会用动量、能量的观点解决生产生活中与一维碰撞相关的实际问题。
物理观念：通过学习理解弹性碰撞、非弹性碰撞，了解正碰(对心碰撞)。
科学思维：通过实例分析，会应用动量、能量的观点解决一维碰撞问题。
科学探究：应用动量守恒定律和机械能守恒定律去解决典型的碰撞问题，推导两个小球在弹性碰撞后的速度表达式。
科学态度与价值观：通过理解弹性碰撞与非弹性碰撞的概念及特点，并能应用两个定律解决与生产生活相关的实际问题。
重点
会分析具体实例中的碰撞特点及类型。
难点
会用动量、能量的观点解决生产生活中与一维碰撞相关的实际问题。

教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
碰撞是自然界中常见的现象。陨石撞击地球而对地表产生破坏，网球受球拍撞击而改变运动状态……物体碰撞中动量的变化情况，前面已进行了研究。那么，在各种碰撞中能量又是如何变化的？


思考自然界的碰撞情景中发生的能量变化。

提出问题，设置疑问。引出新课。
讲授新课
一、弹性碰撞和非弹性碰撞
1、碰撞：物体之间在极短时间内的相互作用。

2、碰撞的特点：
（1）作用时间极短
（2）内力远大于外力
（3）几乎在原位置进行
动量守恒
3、碰撞过程分析:
A小球初速度为V0,B小球静止,且mA>mB .在光滑水平面上发生正碰.
（1）两球间作用力如何变化？
（2）两球运动状态如何变化？
（3）什么时候两球相距最近?系统动能和弹性势能分别有什么特点？
（4）当弹簧恢复原长时，系统动能和弹性势能分别有什么特点？

结论：①作用力F先变大后变小;
②两球距离先减小后增大
③动量守恒;系统减小的动能先转化为势能，势能又转化为动能。
4、碰撞的种类:
（1）完全非弹性碰撞:VA=VB ΔEK最大，两球相距最近，
（2）非弹性碰撞 : P=P΄ ，EK> EK΄， 两球不能恢复原状
（3）弹性碰撞:P=P΄ ，EK= EK΄ ，两球恢复原状。
例题：两个物体的质量都是m，碰撞以前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。碰撞以后两个物体粘在一起，成为一个质量为2m的物体，以速度v’继续前进。这个碰撞过程中能量守恒吗？

根据动量守恒定律
碰撞后的共同速度
碰撞前的总动能
碰撞后的总动能
能量不守恒
课堂练习1、冰球运动员甲的质量为80.0kg。当他以5.0 m/s的速度向前运动时，与另一质量为100 kg、速度为3.0 m/s的迎面而来的运动员乙相撞。碰撞后甲恰好静止。假设碰撞时间极短，求：
(1)碰撞后乙的速度的大小；
(2)碰撞中总机械能的损失。
思考：如果碰撞后两球粘连在一起，则各球速度又是多少？动能的损失又是多少？一，两次分别属于什么碰撞？
属于非弹性碰撞和完全非弹性碰撞
二、弹性碰撞的实例分析：
一维弹性碰撞的碰后速度的确定





课堂练习2、在光滑的水平面上有A、B两球，其质量分别为mA、mB，两球在t0时刻发生正碰，并且在碰撞过程中无机械能损失，两球在碰撞前后的速度—时间图象如图所示，下列关系式正确的是（ ）
A．mA>mB　　　 B．mA C．mA＝mB D．无法判断
答案：B
拓展：
画出mA＝mB；mA>mB这两种情况下A、B的v-t图象

弹性碰撞（机械能守恒）——“一动一静模型”

①若m1=m2，则 ，等质量物体弹性碰撞速度交换（如打台球）
②若 m1 >m2 , 则，大撞小，同向跑(如运动钢球碰静止玻璃球)
③若 m1 >>m2 , 则
④若 m1 ⑤若 m1 < 思考讨论
若在一光滑水平面上有两个质量分别为m1、m2的刚性小球A和B，以初速度v1、v2运动，若它们能发生碰撞（为一维弹性碰撞），碰撞后它们的速度分别为v1’和v2’分别是多大？
碰撞过程中系统动量守恒

弹性碰撞中没有机械能损失

解得：

若v2=0时，结论与前面的是否相同？
课堂练习3、两球A、B在光滑水平面上沿同一直线、同一方向运动，mA＝1 kg，mB＝2 kg，vA＝6 m/s，vB＝2 m/s，当球A追上B并发生碰撞后，两球A、B速度的可能值是(取两球碰撞前的运动方向为正)(　　)
A．vA′＝5 m/s，vB′＝2.5 m/s
B．vA′＝2 m/s，vB′＝4 m/s
C．vA′＝－4 m/s，vB′＝7 m/s
D．vA′＝7 m/s，vB′＝ 1.5 m/s

1.碰撞前后动量守恒：P=mAvA+mBvB=10kg.m/s
2.如碰撞后向同方向运动，则后面物体的速度不能大于前面物体的速度．即碰撞后：A的速度减小，或反向，B的速度增大。
3.系统的总动能不能增加
答案：B
碰撞可能性判断的三个依据:
分析碰撞问题时的关键点
（1）遵守动量守恒定律。
（2）系统的动能应不增加。
（3）碰撞后各物体的运动情况要符合实际情况。



回忆碰撞的概念和特点。




分析碰撞过程中的受力情况。



















通过对碰撞中能量变化的分析，对碰撞进行分类。



完成课本例题。








完成课堂练习。









分析弹性碰撞的实例。










完成课堂练习。













分析“一动一静模型”中的几种情况。









完成思考讨论。











完成课堂练习。

















总结碰撞发生的三个约束条件。
















通过对碰撞过程中的受力和能量转化分析，引出下一步对碰撞中能量的计算。






















通过例题，更好的理解碰撞过程中的能量转化情况。

















对弹性碰撞的实例进行分析，提高学生的科学推导能力。






















让学生级和实例分析弹性碰撞的几种情况，加深印象。









通过思考讨论，提升学生解决问题的能力和结合所学知识拓展的能力。














拓展提高
1、(多选)在光滑水平面上,两球沿球心连线以相等速率相向而行,并发生碰撞,下列现象可能的是(　　)
A.若两球质量相同,碰后以某一相等速率互相分开
B.若两球质量相同,碰后以某一相等速率同向而行
C.若两球质量不同,碰后以某一相等速率互相分开
D.若两球质量不同,碰后以某一相等速率同向而行
解析：碰撞前、后两小球组成的系统总动量守恒。碰撞前两球总动量为零,碰撞后也为零,所以选项A是可能的;若碰撞后两球以某一相等速率同向而行,则两球的总动量不为零,所以选项B不可能;碰撞前、后系统的总动量的方向不同,所以动量不守恒,选项C不可能;碰撞前总动量不为零,碰后也不为零,方向可能相同,所以,选项D是可能的。
答案：AD
2、如图所示,在光滑水平面上,用等大异向的F1、F2分别同时作用于A、B两个静止的物体上,已知mA A.静止 B.向右运动
C.向左运动 D.无法确定

解析:选取A、B两个物体组成的系统为研究对象,整个运动过程中,系统所受的合外力为零,所以动量改变量为零。初始时刻系统静止,总动量为零,最后黏合体的动量也为零,即黏合体静止,所以选项A正确。
答案：A
3、在沙堆上有一木块,质量m0=5 kg,木块上放一爆竹,质量m=0.10 kg。点燃爆竹后木块陷入沙中深5 cm,若沙对木块运动的阻力恒为58 N,不计爆竹中火药质量和空气阻力。求爆竹上升的最大高度。(g取10 m/s2)
解析：火药爆炸时内力远大于重力,所以爆炸时动量守恒,设v、v'分别为爆炸后爆竹和木块的速率,取向上的方向为正方向,
由动量守恒定律得mv-m0v'=0①
木块陷入沙中做匀减速运动到停止,其加速度为a=1.6m/s2
木块做匀减速运动的初速度v’=0.4m/s
②代入①式,得v=20 m/s
爆竹以初速度v做竖直上抛运动,上升的最大高度为20m

完成拓展提高练习题。

通过完成练习题，总结基础知识。
课堂小结
一、 弹性碰撞：动量守恒，能量守恒
二、 非弹性碰撞：动量守恒，能量不守恒
三、 碰撞发生的原则
总结本节课所学知识。
帮助学生梳理基础知识，构建知识框架。
板书