2019-2020年新課標(biāo)教科版3-5選修三1.1《碰撞》WORD教案1.doc
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2019-2020年新課標(biāo)教科版3-5選修三1.1《碰撞》WORD教案1 三維教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)與技能 (1)認(rèn)識(shí)彈性碰撞與非彈性碰撞,認(rèn)識(shí)對(duì)心碰撞與非對(duì)心碰撞; (2)了解微粒的散射。 2、過(guò)程與方法:通過(guò)體會(huì)碰撞中動(dòng)量守恒、機(jī)械能守恒與否,體會(huì)動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用。 3、情感、態(tài)度與價(jià)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(diǎn):用動(dòng)量守恒定律、機(jī)械能守恒定律討論碰撞問(wèn)題 教學(xué)難點(diǎn):對(duì)各種碰撞問(wèn)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 (一)引入新課 碰撞過(guò)程是物體之間相互作用時(shí)間非常短暫的一種特殊過(guò)程,因而碰撞具有如下特點(diǎn): (1)碰撞過(guò)程中動(dòng)量守恒。 提問(wèn):守恒的原因是什么?(因相互作用時(shí)間短暫,因此一般滿足F內(nèi)>>F外的條件) (2)碰撞過(guò)程中,物體沒(méi)有宏觀的位移,但每個(gè)物體的速度可在短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生改變。 (3)碰撞過(guò)程中,系統(tǒng)的總動(dòng)能只能不變或減少,不可能增加。 提問(wèn):碰撞中,總動(dòng)能減少最多的情況是什么?(在發(fā)生完全非彈性碰撞時(shí)總動(dòng)能減少最多) (二)進(jìn)行新課 1、展示投影片1,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(méi)有彈起,二者一起向下運(yùn)動(dòng).設(shè)地層給它們的平均阻力為F,則木楔可進(jìn)入的深度L是多少? 組織學(xué)生認(rèn)真讀題,并給三分鐘時(shí)間思考。 (1)提問(wèn)學(xué)生解題方法:可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤是:認(rèn)為過(guò)程中只有地層阻力F做負(fù)功使機(jī)械能損失,因而解之為 Mg(h+L)+mgL-FL=0。 (2)歸納:第一階段,M做自由落體運(yùn)動(dòng)機(jī)械能守恒,m不動(dòng),直到M開始接觸m為止。再下面一個(gè)階段,M與m以共同速度開始向地層內(nèi)運(yùn)動(dòng),阻力F做負(fù)功,系統(tǒng)機(jī)械能損失。 提問(wèn):第一階段結(jié)束時(shí),M有速度,,而m速度為零。下一階段開始時(shí),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(shí)現(xiàn)的呢?(在上述前后兩個(gè)階段中間,還有一個(gè)短暫的階段,在這個(gè)階段中,M和m發(fā)生了完全非彈性碰撞,這個(gè)階段中,機(jī)械能(動(dòng)能)是有損失的) (3)讓學(xué)生獨(dú)立地寫出完整的方程組 第一階段,對(duì)重錘有: 第二階段,對(duì)重錘及木楔有: Mv+0=(M+m). 第三階段,對(duì)重錘及木楔有: (4)小結(jié):在這類問(wèn)題中,沒(méi)有出現(xiàn)碰撞兩個(gè)字,碰撞過(guò)程是隱含在整個(gè)物理過(guò)程之中的,在做題中,要認(rèn)真分析物理過(guò)程,發(fā)掘隱含的碰撞問(wèn)題。 2、展示內(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(dòng),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(yùn)動(dòng),則小球此時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度是多少? (1)提問(wèn)學(xué)生解答方案:可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤有:在碰撞過(guò)程中水平動(dòng)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)明確表示此種解法是錯(cuò)誤的。提醒學(xué)生注意碰撞的特點(diǎn):即宏觀沒(méi)有位移,速度發(fā)生變化,然后要求學(xué)生們尋找錯(cuò)誤的原因. (3)歸納,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(yùn)動(dòng),懸線處于豎直方向。 ②兩個(gè)滑塊碰撞時(shí)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(méi)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(guò)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 小結(jié):由于碰撞中宏觀無(wú)位移,所以在有些問(wèn)題中,不是所有物體都參與了碰撞過(guò)程,在遇到具體問(wèn)題時(shí)一定要注意分析與區(qū)別。 3、展示內(nèi)容如下: 在光滑水平面上,有A、B兩個(gè)小球向右沿同一直線運(yùn)動(dòng),取向右為正,兩球的動(dòng)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(dòng)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 (1)提問(wèn):解決此類問(wèn)題的依據(jù)是什么? 歸納:①系統(tǒng)動(dòng)量守恒;②系統(tǒng)的總動(dòng)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(shí)的能量減少量;④碰撞中每個(gè)物體動(dòng)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(yùn)動(dòng),則后面物體的速度不能大于前面物體的速度。 (2)提問(wèn):題目?jī)H給出兩球的動(dòng)量,如何比較碰撞過(guò)程中的能量變化?(幫助學(xué)生回憶的關(guān)系) (3)提問(wèn):題目沒(méi)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(rèn)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 , 最后得到正確答案為A 4、展示內(nèi)容如下: 如圖所示,質(zhì)量為m的小球被長(zhǎng)為L(zhǎng)的輕繩拴住,輕繩的一端固定在O點(diǎn),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(guò)最低點(diǎn)時(shí)的即時(shí)速度是多大?組織學(xué)生認(rèn)真讀題,并給三分鐘思考時(shí)間。 (1)提問(wèn)學(xué)生解答方法:可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤有:認(rèn)為輕繩的拉力不做功,因此過(guò)程中機(jī)械能守恒,以最低點(diǎn)為重力勢(shì)能的零點(diǎn),則: 得 (2)引導(dǎo)學(xué)生分析物理過(guò)程 第一階段,小球做自由落體運(yùn)動(dòng),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(jī)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(yùn)動(dòng),直到小球來(lái)到最低點(diǎn),在此過(guò)程中,輕繩拉力不做功,機(jī)械能守恒成立。 提問(wèn):在第一階段終止的時(shí)刻,小球的瞬時(shí)速度是什么方向?在下一階段初始的時(shí)刻,小球的瞬時(shí)速度是什么方向? 在學(xué)生找到這兩個(gè)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(diǎn): 在第一階段終止時(shí)刻,小球的速度豎直向下,既有沿下一步圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)很大的沖量,使小球沿繩方向的動(dòng)量減小到零,此過(guò)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(wú)限大(相對(duì)小球),因此碰后共同速度趨向于零.在這個(gè)過(guò)程中,小球沿繩方向分速度所對(duì)應(yīng)的一份動(dòng)能全部損失了.因此,整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程按機(jī)械能守恒來(lái)處理就是錯(cuò)誤的. (3)要求學(xué)生重新寫出正確的方程組 解得: 小結(jié):很多實(shí)際問(wèn)題都可以類比為碰撞,建立合理的碰撞模型可以很簡(jiǎn)潔直觀地解決問(wèn)題,下面繼續(xù)看例題。 5、展示內(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(lái)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(yùn)動(dòng)中,彈簧的最大勢(shì)能是多少? (1)mA、mB與彈簧所構(gòu)成的系統(tǒng)在下一步運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能否類比為一個(gè)mA、mB發(fā)生碰撞的模型?(因系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒,所以可類比為碰撞模型) (2)當(dāng)彈性勢(shì)能最大時(shí),系統(tǒng)相當(dāng)于發(fā)生了什么樣的碰撞?(勢(shì)能最大,動(dòng)能損失就最大,因此可建立完全非彈性碰撞模型)經(jīng)過(guò)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(wèn)題,得到結(jié)果為: 教學(xué)資料 一維彈性碰撞的普適性結(jié)論: 新課標(biāo)人教版選修3-5第15頁(yè)討論了一維彈性碰撞中的一種特殊情況(運(yùn)動(dòng)的物體撞擊靜止的物體),本文旨在在此基礎(chǔ)之上討論一般性情況,從而總結(jié)出普遍適用的一般性結(jié)論。 在一光滑水平面上有兩個(gè)質(zhì)量分別為、的剛性小球A和B,以初速度、運(yùn)動(dòng),若它們能發(fā)生碰撞(為一維彈性碰撞),碰撞后它們的速度分別為和。我們的任務(wù)是得出用、、、表達(dá)和的公式。 、、、是以地面為參考系的,將A和B看作系統(tǒng)。 由碰撞過(guò)程中系統(tǒng)動(dòng)量守恒,有……① 有彈性碰撞中沒(méi)有機(jī)械能損失,有……② 由①得 由②得 將上兩式左右相比,可得 即或……③ 碰撞前B相對(duì)于A的速度為,碰撞后B相對(duì)于A的速度為,同理碰撞前A相對(duì)于B的速度為,碰撞后A相對(duì)于B的速度為,故③式為或, 其物理意義是: 碰撞后B相對(duì)于A的速度與碰撞前B相對(duì)于A的速度大小相等,方向相反; 碰撞后A相對(duì)于B的速度與碰撞前A相對(duì)于B的速度大小相等,方向相反; 故有: 結(jié)論1:對(duì)于一維彈性碰撞,若以其中某物體為參考系,則另一物體碰撞前后速度大小不變,方向相反(即以原速率彈回)。 聯(lián)立①②兩式,解得 ……④ ……⑤ 下面我們對(duì)幾種情況下這兩個(gè)式子的結(jié)果做些分析。 若,即兩個(gè)物體質(zhì)量相等 , ,表示碰后A的速度變?yōu)?,B的速度變?yōu)?。 故有: 結(jié)論2:對(duì)于一維彈性碰撞,若兩個(gè)物體質(zhì)量相等,則碰撞后兩個(gè)物體互換速度(即碰后A的速度等于碰前B的速度,碰后B的速度等于碰前A的速度)。 若,即A的質(zhì)量遠(yuǎn)大于B的質(zhì)量 這時(shí),,。根據(jù)④、⑤兩式, 有 , 表示質(zhì)量很大的物體A(相對(duì)于B而言)碰撞前后速度保持不變……⑥ 若,即A的質(zhì)量遠(yuǎn)小于B的質(zhì)量 這時(shí),,。根據(jù)④、⑤兩式, 有 , 表示質(zhì)量很大的物體B(相對(duì)于A而言)碰撞前后速度保持不變……⑦ 綜合⑥⑦,可知: 結(jié)論3: 對(duì)于一維彈性碰撞,若其中某物體的質(zhì)量遠(yuǎn)大于另一物體的質(zhì)量,則質(zhì)量大的物體碰撞前后速度保持不變。 至于質(zhì)量小的物體碰后速度如何,可結(jié)合結(jié)論1和結(jié)論3得出。 以為例,由結(jié)論3可知,由結(jié)論1可知,即,將代入,可得,與上述所得一致。 以上結(jié)論就是關(guān)于一維彈性碰撞的三個(gè)普適性結(jié)論。 練習(xí):如圖所示,乒乓球質(zhì)量為m,彈性鋼球質(zhì)量為M(M>>m),它們一起自高度h高處自由下落,不計(jì)空氣阻力,設(shè)地面上鋪有彈性鋼板,球與鋼板之間的碰撞及乒乓球與鋼球之間的碰撞均為彈性碰撞,試計(jì)算鋼球著地后乒乓球能夠上升的最大高度。 解析:乒乓球和彈性鋼球自狀態(tài)1自由下落,至彈性鋼球剛著地(狀態(tài)2)時(shí),兩者速度相等 則 彈性鋼球跟彈性鋼板碰撞后瞬間(狀態(tài)3),彈性鋼球速率仍為v,方向變?yōu)樨Q直向上,緊接著,彈性鋼球與乒乓球碰,碰后瞬間(狀態(tài)4)乒乓球速率變?yōu)関′,由結(jié)論3可知,彈性鋼球與乒乓球碰后彈性鋼球速度保持不變(速率仍為v,方向?yàn)樨Q直向上); 由結(jié)論1可知,彈性鋼球與乒乓球碰前瞬間(狀態(tài)3)乒乓球相對(duì)于彈性鋼球的速度為2v,方向?yàn)樨Q直向下,彈性鋼球與乒乓球碰后瞬間(狀態(tài)4)乒乓球相對(duì)于彈性鋼球的速度為2v,方向?yàn)樨Q直向上。 則: v′=3v 由 得:- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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