2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-5選修三1.1《物體的碰撞》WORD教案1.doc
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1.1 物體的碰撞 新課標(biāo)要求 1.內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) (1)探究物體彈性碰撞的一些特點。知道彈性碰撞和非彈性碰撞。 (2)通過實驗,理解動量和動量守恒定律。能用動量守恒定律定量分析一維碰撞問題。知道動量守恒定律的普遍意義。 例1 火箭的發(fā)射利用了反沖現(xiàn)象。 例2 收集資料,了解中子是怎樣發(fā)現(xiàn)的。討論動量守恒定律在其中的作用。 (3)通過物理學(xué)中的守恒定律,體會自然界的和諧與統(tǒng)一。 2.活動建議 制作“水火箭”。 新課程學(xué)習(xí) 2019-2020年新課標(biāo)粵教版3-5選修三1.1《物體的碰撞》WORD教案1 ★新課標(biāo)要求 (一)知識與技能 1.認識彈性碰撞與非彈性碰撞,認識對心碰撞與非對心碰撞 2.了解微粒的散射 (二)過程與方法 通過體會碰撞中動量守恒、機械能守恒與否,體會動量守恒定律、機械能守恒定律的應(yīng)用。 (三)情感、態(tài)度與價值觀 感受不同碰撞的區(qū)別,培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的精神。 ★教學(xué)重點 用動量守恒定律、機械能守恒定律討論碰撞問題 ★教學(xué)難點 對各種碰撞問題的理解. ★教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo),學(xué)生討論、交流。 ★教學(xué)用具: 投影片,多媒體輔助教學(xué)設(shè)備 ★課時安排 1 課時 ★教學(xué)過程 (一)引入新課 碰撞過程是物體之間相互作用時間非常短暫的一種特殊過程,因而碰撞具有如下特點: 1.碰撞過程中動量守恒. 提問:守恒的原因是什么?(因相互作用時間短暫,因此一般滿足F內(nèi)>>F外的條件) 2.碰撞過程中,物體沒有宏觀的位移,但每個物體的速度可在短暫的時間內(nèi)發(fā)生改變. 3.碰撞過程中,系統(tǒng)的總動能只能不變或減少,不可能增加. 提問:碰撞中,總動能減少最多的情況是什么?(在發(fā)生完全非彈性碰撞時總動能減少最多) 熟練掌握碰撞的特點,并解決實際的物理問題,是學(xué)習(xí)動量守恒定律的基本要求. (二)進行新課 一、彈性碰撞和非彈性碰撞 1.彈性碰撞 在彈性力作用下,碰撞過程只產(chǎn)生機械能的轉(zhuǎn)移,系統(tǒng)內(nèi)無機械能的損失的碰撞,稱為彈性碰撞。 舉例:通常情況下的鋼球、玻璃球等堅硬物體之間的碰撞及分子、原子等之間的碰撞皆可視為彈性碰撞。 分析:物體m1以速度v1與原來靜止的物體m2碰撞,若碰撞后他們的速度分別為v1/ 、 v2/。試根據(jù)動量守恒定律和能量守恒定律推導(dǎo)出v1/ 、 v2/的表達式。 注意:彈性碰撞后的物體不發(fā)生永久性的形變,不裂成碎片,不粘在一起,不發(fā)生熱傳遞及其他變化。 【例1】 質(zhì)量m1=10g的小球在光得的水平面上以v1=30cm/s的速度向右運動,恰遇上質(zhì)量m2=50 g的小球以v2=10cm/s的速度向左運動。碰撞后,小球m2恰好靜止。那么碰撞后小球m1的速度多大?方向如何? [解析] 設(shè)v1的方向為正方向(向右),則各球的速度為v1=30cm/s,v2= —10cm/s,v2/=0, 據(jù)m1v1+m2v2=m1v1 /+m2v2 / 解得v1 /= —20cm/s,負號表示碰撞后m1的運動方向 與v1的方向相反,即向左。 [答案] 20cm/s 方向向左 [點評] 本題中的速度方向雖在同一直線上,但有的向右,有的向左,運用動量守恒定律求解時,一定要規(guī)定正方向。 2.非彈性碰撞 (1)非彈性碰撞:受非彈性力作用,使部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的碰撞稱為非彈性碰撞。 (2)完全非彈性碰撞:是非彈性磁撞的特例,這種碰撞的特點是碰后粘在—起(或碰后具有共同的速度),其動能損失最大。(試試如何推導(dǎo)?) 注意:碰撞后發(fā)生永久性形變、粘在一起、摩擦生熱等的碰撞往往為非彈性碰撞。 【例2】如圖所示,P物體與一個連著彈簧的Q物體正碰,碰撞后P物體靜止,Q物體以P物體碰撞前速度v離開,已知P與Q質(zhì)量相等,彈簧質(zhì)量忽略不計,那么當(dāng)彈簧被壓縮至最短時,下列的結(jié)論中正確的應(yīng)是 ( ) A.P的速度恰好為零 B.P與Q具有相同速度 C.Q剛開始運動 D.Q的速度等于v [解析] P物體接觸彈簧后,在彈簧彈力的作用下,P做減速 運動,Q物體做加速運動,P、Q間的距離減小,當(dāng)P、Q兩物體 速度相等時,彈簧被壓縮到最短,所以B正確,A、C錯誤。由 于作用過程中動量守恒,設(shè)速度相等時速度為v/,則mv=(m+m) v/,所以彈簧被壓縮至最短時,P、Q的速度v/=v/2,故D錯誤。 [答案] B [點評] 用彈簧連著的物體間相互作用時,可類似于彈性碰撞,此類題目常見的有相互作用的物體中出現(xiàn)恰好“最近”“最遠”等臨界問題,求解的關(guān)鍵點是速度相等 【例3】.展示投影片,內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量為M的重錘自h高度由靜止開始下落,砸到質(zhì)量為m的木楔上沒有彈起,二者一起向下運動.設(shè)地層給它們的平均阻力為F,則木楔可進入的深度L是多少? 組織學(xué)生認真讀題,并給三分鐘時間思考. (1)提問學(xué)生解題方法,可能出現(xiàn)的錯誤是:認為過程中只有地層阻力F做負功使機械能損失,因而解之為 Mg(h+L)+mgL-FL=0. 將此結(jié)論寫在黑板上,然后再組織學(xué)生分析物理過程. (2)引導(dǎo)學(xué)生回答并歸納:第一階段,M做自由落體運動機械能守恒.m不動,直到M開始接觸m為止.再下面一個階段,M與m以共同速度開始向地層內(nèi)運動.阻力F做負功,系統(tǒng)機械能損失. 提問:第一階段結(jié)束時,M有速度,,而m速度為零。下一階段開始時,M與m就具有共同速度,即m的速度不為零了,這種變化是如何實現(xiàn)的呢? 引導(dǎo)學(xué)生分析出來,在上述前后兩個階段中間,還有一個短暫的階段,在這個階段中,內(nèi)力遠大于外力,M和m發(fā)生了完全非彈性碰撞,這個階段中,機械能(動能)是有損失的. (3)讓學(xué)生獨立地寫出完整的方程組. 第一階段,對重錘有: 第二階段,對重錘及木楔有 Mv+0=(M+m). 第三階段,對重錘及木楔有 (4)小結(jié):在這類問題中,沒有出現(xiàn)碰撞兩個字,碰撞過程是隱含在整個物理過程之中的,在做題中,要認真分析物理過程,發(fā)掘隱含的碰撞問題. 【例4】展示投影片,其內(nèi)容如下: 在光滑水平面上,有A、B兩個小球向右沿同一直線運動,取向右為正,兩球的動量分別是pA=5kgm/s,pB=7kgm/s,如圖所示.若能發(fā)生正碰,則碰后兩球的動量增量△pA、△pB可能是( ) A.△pA=-3kgm/s;△pB =3kgm/s B.△pA=3kgm/s;△pB =3kgm/s C.△pA=-10kgm/s;△pB =10kgm/s D.△pA=3kgm/s;△pB =-3kgm/s 組織學(xué)生認真審題. (1)提問:解決此類問題的依據(jù)是什么? 在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納為: ①系統(tǒng)動量守恒;②系統(tǒng)的總動能不能增加;③系統(tǒng)總能量的減少量不能大于發(fā)生完全非彈性碰撞時的能量減少量;④碰撞中每個物體動量的增量方向一定與受力方向相同;⑤如碰撞后向同方向運動,則后面物體的速度不能大于前面物體的速度. (2)提問:題目僅給出兩球的動量,如何比較碰撞過程中的能量變化? 幫助學(xué)生回憶的關(guān)系。 (3)提問:題目沒有直接給出兩球的質(zhì)量關(guān)系,如何找到質(zhì)量關(guān)系? 要求學(xué)生認真讀題,挖掘隱含的質(zhì)量關(guān)系,即A追上B并相碰撞, 所以,,即 , (4)最后得到正確答案為A. 二、對心碰撞和非對心碰撞 1.對心碰撞 兩球碰撞時,碰撞之前球的運動速度與兩球心的連線在同—條直線上,碰撞之后兩球的速度仍沿著這條直線,這種碰撞稱為對心碰撞,也叫正碰。 注意:發(fā)生對心碰撞的兩個物體,碰撞前后的速度都沿同一條直線,它們的動量也都沿這條直線,在這個方向上動量守恒。 2.非對心碰撞 兩球碰撞時,碰撞之前的運動速度與兩球心的連線不在同—條直線上,碰撞之后兩球的速度都會偏離原來兩球心的連線。這種碰撞稱為非對心碰撞,也叫斜碰。斜碰也遵循動量守恒定律,但情況較復(fù)雜,中學(xué)階段不作要求。 注意:發(fā)生非對心碰撞的兩個小球,可以將小球速度沿球心連線和垂直球心連線兩個方向分解,在這兩個方向上應(yīng)用動量守恒定律列式求解。 三、散射 1、散射:在粒產(chǎn)物理和核物理中,常常使一束粒子射人物體,粒子與物體中的微粒碰撞。這些微觀粒子相互接近時并不發(fā)生直接接觸,這種微觀粒子的碰撞叫做散射。 由于粒子與物質(zhì)微粒發(fā)生對心碰撞的概率很小,所以多數(shù)粒子在磁撞后飛向四面八方。 2、如何正確理解非對心碰撞與散射? 詮釋 (1)非對心碰撞的兩個物體,碰撞前后速度不在同一條直線上,屬于二維碰撞問題.如果系統(tǒng)碰撞過程中所受合外力為零,則仍然滿足動量守恒,這時通常將動量守恒用分量式表示.如: m1v1x+m2v2x=m1v1x /+m2v2x /, m1v1y+m2v2y=m1v1y /+m2v2y /, (2)在用α粒子轟擊金箔時,α粒子與金原子核碰撞(并不直接接觸)后向各個方向飛出,即發(fā)生散射.其散射角θ滿足以下關(guān)系式 cotθ/2=4πε0Mv2b/2Ze2. 其中Z為金原子的原子序數(shù),M是α粒子的質(zhì)量,εo為真空中的介電常數(shù),其他物理量見圖所示.從上式可以看出,b越小,θ越大.當(dāng)b=o時,θ=1800,α粒子好像被彈回來一樣. 微觀粒子之間的碰撞通常被視為完全彈性碰撞,遵從動量守恒及前后動能相等.英國物理學(xué)家查德威克利用彈性碰撞理論成功地發(fā)現(xiàn)了中子. (三)課堂小結(jié) 教師活動:讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié),其他同學(xué)在筆記本上總結(jié),然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動:認真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容,并把自己這節(jié)課的體會寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié),看誰的更好,好在什么地方。 點評:總結(jié)課堂內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。 教師要放開,讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容,允許內(nèi)容的順序不同,從而構(gòu)建他們自己的知識框架。 (四)作業(yè) “問題與練習(xí)”1~5題 ★教學(xué)體會 思維方法是解決問題的靈魂,是物理教學(xué)的根本;親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵,離開了思維方法和實踐活動,物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花,水中月。 ★補充例題 1.展示投影片,其內(nèi)容如下: 如圖所示,在光滑水平地面上,質(zhì)量為M的滑塊上用輕桿及輕繩懸吊質(zhì)量為m的小球,此裝置一起以速度v0向右滑動.另一質(zhì)量也為M的滑塊靜止于上述裝置的右側(cè).當(dāng)兩滑塊相撞后,便粘在一起向右運動,則小球此時的運動速度是多少? 組織學(xué)生認真讀題,并給三分鐘思考時間. (1)提問學(xué)生解答方案,可能出現(xiàn)的錯誤有:在碰撞過程中水平動量守恒,設(shè)碰后共同速度為v,則有 (M+m)v0+0=(2M+m)v. 解得,小球速度 (2)教師明確表示此種解法是錯誤的,提醒學(xué)生注意碰撞的特點:即宏觀沒有位移,速度發(fā)生變化,然后要求學(xué)生們尋找錯誤的原因. (3)總結(jié)歸納學(xué)生的解答,明確以下的研究方法: ①碰撞之前滑塊與小球做勻速直線運動,懸線處于豎直方向. ②兩個滑塊碰撞時間極其短暫,碰撞前、后瞬間相比,滑塊及小球的宏觀位置都沒有發(fā)生改變,因此懸線仍保持豎直方向. ③碰撞前后懸線都保持豎直方向,因此碰撞過程中,懸線不可能給小球以水平方向的作用力,因此小球的水平速度不變. ④結(jié)論是:小球未參與滑塊之間的完全非彈性碰撞,小球的速度保持為v0. (4)小結(jié):由于碰撞中宏觀無位移,所以在有些問題中,不是所有物體都參與了碰撞過程,在遇到具體問題時一定要注意分析與區(qū)別. 2.展示投影片,其內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量為m的小球被長為L的輕繩拴住,輕繩的一端固定在O點,將小球拉到繩子拉直并與水平面成θ角的位置上,將小球由靜止釋放,則小球經(jīng)過最低點時的即時速度是多大? 組織學(xué)生認真讀題,并給三分鐘思考時間. (1)提問學(xué)生解答方法,可能出現(xiàn)的錯誤有:認為輕繩的拉力不做功,因此過程中機械能守恒,以最低點為重力勢能的零點,有 得 (2)引導(dǎo)學(xué)生分析物理過程. 第一階段,小球做自由落體運動,直到輕繩位于水平面以下,與水平面成θ角的位置處為止.在這一階段,小球只受重力作用,機械能守恒成立. 下一階段,輕繩繃直,拉住小球做豎直面上的圓周運動,直到小球來到最低點,在此過程中,輕繩拉力不做功,機械能守恒成立. 提問:在第一階段終止的時刻,小球的瞬時速度是什么方向?在下一階段初始的時刻,小球的瞬時速度是什么方向? 在學(xué)生找到這兩個速度方向的不同后,要求學(xué)生解釋其原因,總結(jié)歸納學(xué)生的解釋,明確以下觀點: 在第一階段終止時刻,小球的速度豎直向下,既有沿下一步圓周運動軌道切線方向(即與輕繩相垂直的方向)的分量,又有沿軌道半徑方向(即沿輕繩方向)的分量.在輕繩繃直的一瞬間,輕繩給小球一個很大的沖量,使小球沿繩方向的動量減小到零,此過程很類似于懸掛輕繩的物體(例如天花板)與小球在沿繩的方向上發(fā)生了完全非彈性碰撞,由于天花板的質(zhì)量無限大(相對小球),因此碰后共同速度趨向于零.在這個過程中,小球沿繩方向分速度所對應(yīng)的一份動能全部損失了.因此,整個運動過程按機械能守恒來處理就是錯誤的. (3)要求學(xué)生重新寫出正確的方程組. . 解得 (4)小結(jié):很多實際問題都可以類比為碰撞,建立合理的碰撞模型可以很簡潔直觀地解決問題.下面繼續(xù)看例題. 3.展示投影片,其內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量分別為mA和mB的滑塊之間用輕質(zhì)彈簧相連,水平地面光滑.mA、mB原來靜止,在瞬間給mB一很大的沖量,使mB獲得初速度v0,則在以后的運動中,彈簧的最大勢能是多少? 在學(xué)生認真讀題后,教師引導(dǎo)學(xué)生討論. (1)mA、mB與彈簧所構(gòu)成的系統(tǒng)在下一步運動過程中能否類比為一個mA、mB發(fā)生碰撞的模型?(因系統(tǒng)水平方向動量守恒,所以可類比為碰撞模型) (2)當(dāng)彈性勢能最大時,系統(tǒng)相當(dāng)于發(fā)生了什么樣的碰撞?(勢能最大,動能損失就最大,因此可建立完全非彈性碰撞模型) 經(jīng)過討論,得到正確結(jié)論以后,要求學(xué)生據(jù)此而正確解答問題,得 到結(jié)果為- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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