2. 职业资格
  3. 阅读下列材料，完成教学设计。 材料一：高中物理某教材“弹性碰撞与非弹性碰撞”一节内容。 弹性碰撞和非弹性碰撞 从前两节的分析可以看到，碰撞过程遵从动量守恒定律。那么，碰撞过程也一定遵从能量守恒定律吗？例如，两个物体相碰，碰撞之前它们的动

阅读下列材料，完成教学设计。 材料一：高中物理某教材“弹性碰撞与非弹性碰撞”一节内容。 弹性碰撞和非弹性碰撞 从前两节的分析可以看到，碰撞过程遵从动量守恒定律。那么，碰撞过程也一定遵从能量守恒定律吗？例如，两个物体相碰，碰撞之前它们的动

admin2015-12-22  20
问题 阅读下列材料，完成教学设计。
  材料一：高中物理某教材“弹性碰撞与非弹性碰撞”一节内容。
     弹性碰撞和非弹性碰撞    从前两节的分析可以看到，碰撞过程遵从动量守恒定律。那么，碰撞过程也一定遵从能量守恒定律吗？例如，两个物体相碰，碰撞之前它们的动能之和与碰撞之后的动能纸盒箱等吗？
  思考与讨论
       在本章第1节开始的演示中，一个钢球与另一个静止的钢球相碰，如果两个钢球的质量相等，第一个钢球停止运动，第二个钢球能摆到同样的高度，说明这个碰撞过程中没有能量损失，碰撞过程能量守恒。
       碰撞过程中能量总是能守恒吗？我们分析一个例子。
       如图16.4-1，两个物体的质量都是m，碰撞以前一个物体静止，另一个以速度v向它撞去。碰撞以后两个物体黏在一起，成为一个质量为2m的物体，以速度vˊ继续前进。
      
       这个碰撞过程中能量(总动能)守恒吗？
       可以先根据动量守恒定律求出碰撞后的共同速度vˊ，也就是用v表示vˊ，然后分别计算碰撞前后的总动能。
      如果碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞(elastic collision)；如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫做非弹性碰撞(inelastic collision)。
      近代物理学中，经常遇到的是微观粒子间的碰撞。微观粒子碰撞时没有能量损失，所以我们重点研究弹性碰撞。
思考与讨论
     我们考虑一维弹性碰撞。在本章第1节开始时的演示中，大家已经观察了两个质量相等物体的碰撞、两个质量相差悬殊的物体的碰撞，了解了它们碰撞前后速度变化的特点。现在把它们的碰撞看做弹性碰撞，从理论上分析不同情况下碰撞前后速度的变化情况。
     假设物体m1以速度v1与原来静止的物体m2碰撞，碰撞后它们的速度分别为v1ˊ和v2ˊ。我们的任务是得出用m1、m2、v1表达v1ˊ和v2ˊ的公式。
     碰撞过程遵从动量守恒定律，据此可以列出包含上述各已知量和未知量的方程，弹性碰撞中没有机械能损失，于是可以列出另一个方程。两个方程联立，把v1ˊ和v2ˊ作为未知量解出来就可以了。
     图16.4-2所示的碰撞发生后，两个物体的速度分别为
         
    我们对几种情况下这两个式子的结果作些分析。
    m1=m2，即两个物体的质量相等
    这时m1-m2=0，m1+m2=2m1。根据(1)、(2)两式，有
              v1=v
              v2ˊ=v1
    这表示第一个物体的速度由v1变为0，而第二个物体由静止开始运动，运动的速度等于第一个物体原来的速度。
    若m1＞＞m2，即第一个物体的质量比第二个物体大得多
    这时m1-m2=m1.m1+m2=m1。根据(1)、(2)两式，有
             v1ˊ=v1
             v1ˊ=2v1
    这表示碰撞后第一个物体的速度没有改变，而第二个物体以2v1的速度被撞出去。
    若m1＜＜m2，即第一个物体的质量比第二个物体小得多
    这时。根据(1)、(2)两式，有
          v1ˊ=-v1
          v2ˊ=0
    这表示碰撞以后第一个物体被撞了回去，以原来的速率向反方向运动，而第二个物体仍然静止。
   这里从理论上那个讨论了本章第1节开始是的实验，如果在这些讨论之后再做那个实验，你是不是对科学理论与实验的关系有新的体验？
材料二：《普通高中物理课程标准(实验)》与“弹性碰撞与非弹性碰撞”相关的内容标准：
(1)探究物体弹性碰撞的一些特点。知道弹性碰撞和非弹性碰撞。
(2)通过实验，理解动量和动量守恒定律。能用动量守恒定律定量分析一维碰撞问题。知道动量守恒定律的普遍意义。
(3)通过物理学中的守恒定律，体会自然界的和谐与统一。
材料三：教学对象是普通高中二年级学生，已掌握动量守恒定律和能量守恒定律。
根据上述材料，设计本课的教学过程。
选项
答案教学重点：用动量守恒定律、机械能守恒定律讨论碰撞问题。 教学难点：对各种碰撞问题的理解。 教学方法：教师启发、引导，学生讨论、交流。 教学用具：投影片，多媒体辅助教学设备。 教学过程 (一)引入新课 碰撞过程是物体之间相互作用时间非常短暂的一种特殊过程，因而碰撞过程中动量守恒。 提问：(1)守恒的原因是什么?(因相互作用时间短暂，因此一般满足F内》F外的条件) (2)碰撞过程中，物体没有宏观的位移，但每个物体的速度可在短暂的时间内发生改变。 (3)碰撞过程中，系统的总动能只能不变或减少，不可能增加。 (4)碰撞中，总动能减少最多的情况是什么?(在发生完全非弹性碰撞时总动能减少最多) (二)进行新课 1．展示投影片1，内容如下： 如图所示，质量为M的重锤自h高度由静止开始下落，砸到质量为m的木楔上没有弹起，二者一起向下运动。设地层给它们的平均阻力为F，则木楔可进入的深度L是多少? [*] 组织学生认真读题，并给三分钟时间思考。 (1)提问学生解题方法。可能出现的错误是：认为过程中只有地层阻力F做负功使机械 能损失，因而解之为 Mg(h+L)+mgL=FL=0。 (2)归纳：第一阶段，M做自由落体运动机械能守恒，m不动，直到M开始接触m为止。再下面一个阶段，M与仇以共同速度开始向地层内运动，阻力F做负功，系统机械能损失。 提问：第一阶段结束时，M有速度，[*]，而m速度为零。下一阶段开始时，M与m就具有共同速度，即m的速度不为零了，这种变化是如何实现的呢?(在上述前后两个阶段中间，还有一个短暂的阶段，在这个阶段中，M和m发生了完全非弹性碰撞，这个阶段中，机械能是有损失的) (3)让学生独立地写出完整的方程组 第一阶段，对重锤有[*]； 第二阶段，对重锤及木楔有Mv+0=(M+m)vˊ； 第三阶段，对重锤及木楔有[*]。 (4)小结：在这类问题中，没有出现碰撞两个字，碰撞过程是隐含在整个物理过程之中的，在做题中，要认真分析物理过程，发掘隐含的碰撞问题。 2．展示内容如下： 如图所示，在光滑水平地面上，质量为M的滑块上用轻杆及轻绳悬吊质量为m的小球，此装置一起以速度v0向右滑动，另一质量也为M的滑块静止于上述装置的右侧。当两滑块相撞后，便粘在一起向右运动，则小球此时的运动速度是多少? [*] (1)提问学生解答方案。可能出现的错误有：在碰撞过程中水平动量守恒，设碰后共同速度为v，则有 (M+m)v0+0=(2M+m)v。 解得小球速度[*]。 (2)明确表示此种解法是错误的。提醒学生注意碰撞的特点，即宏观没有位移，速度发生变化，然后要求学生们寻找错误的原因。 (3)归纳 明确以下的内容： ①碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动，悬线处于竖直方向； ②两个滑块碰撞时间极其短暂，碰撞前、后瞬间相比，滑块及小球的宏观位置都没有发生改变，因此悬线仍保持竖直方向； ③碰撞前后悬线都保持竖直方向，因此碰撞过程中，悬线不可能给小球以水平方向的作用力，因此小球的水平速度不变。 ④结论是小球未参与滑块之间的完全非弹性碰撞，小球的速度保持为v0。 小结：由于碰撞中宏观无位移，所以在有些问题中，不是所有物体都参与了碰撞过程，在遇到具体问题时一定要注意分析与区别。 3．展示内容如下： 在光滑水平面上，有A、B两个小球向右沿同一直线运动，取向右为正，两球的动量分别是pA=5kg.m／s，PB=7kg.m／s，如图所示，若能发生正碰，则碰后两球的动量增量△pA、△pB可能是( )。 [*] A：△pA=-3kg.m／s；△pB=3kg.m／s B：△pA=3kg.m／s；△pB=3kg.m／s C：△pA=-10kg. m／s；△pB=10kg.m／s D：△pA=3kg.m／s；△pB=-3kg.m／s (1)提问：解决此类问题的依据是什么? 归纳：①系统动量守恒；②系统的总能量不能增加；③系统总能量的减少量不能大于发生完全非弹性碰撞时的能量减少量；④碰撞中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同；⑤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。 (2)提问：题目仅给出两球的动量，如何比较碰撞过程中的能量变化?(帮助学生回忆[*]的关系) (3)提问：题目没有直接给出两球的质量关系，如何找到质量关系? 要求学生认真读题，挖掘隐含的质量关系，即A追上B并相碰撞，所以vA＞vB，即[*]，最后得到正确答案为A。 4．展示内容如下： 如图所示，质量为m的小球被长为L的轻绳拴住，轻绳的一端固定在O点，将小球拉到绳子拉直并与水平面成θ角的位置上，将小球由静止释放，则小球经过最低点时的瞬时速度是多大?组织学生认真读题，并给三分钟思考时间。 [*] (1)提问学生解答方法。可能出现的错误有：认为轻绳的拉力不做功，因此过程中机械能守恒，以最低点为重力势能的零点，则[*]。 (2)引导学生分析物理过程 第一阶段，小球做自由落体运动，直到轻绳位于水平面以下，与水平面成θ角的位置处为止。在这一阶段，小球只受重力作用，机械能守恒成立。 下一阶段，轻绳绷直，拉住小球做竖直向上的圆周运动，直到小球到最低点，在此过程中，轻绳拉力不做功，机械能守恒成立。 提问：在第一阶段终止的时刻，小球的瞬时速度是什么方向?在下一阶段初始的时刻，小球的瞬时速度是什么方向? 在学生找到这两个速度方向的不同后，要求学生解释其原因，总结归纳学生的解释，明确以下观点： 在第一阶段终止时刻，小球的速度竖直向下，既有沿下一步圆周运动轨道切线方向(即与轻绳相垂直的方向)的分量，又有沿轨道半径方向(即沿轻绳方向)的分量。在轻绳绷直的一瞬间，轻绳给小球一个很大的冲量，使小球沿绳方向的动量减小到零，此过程类似于悬挂轻绳的物体(例如天花板)与小球在沿绳的方向上发生了完全非弹性碰撞，由于天花板的质量无限大(相对小球)，因此碰后共同速度趋向于零。在这个过程中，小球沿绳方向分速度所对应的一份动能全部损失了。因此，整个运动过程按机械能守恒来处理就是错误的。 (3)要求学生重新写出正确的方程组 [*] 小结：很多实际问题都可以类比为碰撞，建立合理的碰撞模型可以很简洁、直观地解决问题，下面继续看例题。 5．展示内容如下： 如图所示，质量分别为mA和mB的滑块之间用轻质弹簧相连，水平地面光滑，mA、mB原来静止，在瞬间给mB一很大的冲量，使mB获得初速度v0，则在以后的运动中，弹簧的最大势能是多少? [*] (1)mA、mB与弹簧所构成的系统在下一步运动过程中能否类比为一个mA、mB发生碰撞的模型?(因系统水平方向动量守恒，所以可类比为碰撞模型) (2)当弹性势能最大时，系统相当于发生了什么样的碰撞?(势能最大，动能损失就最大，因此可建立完全非弹性碰撞模型)经过讨论，得到正确结论以后，要求学生据此而正确解答问题，得到结果为[*]。
解析
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