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(diǎn)。知道彈性碰撞和非彈性碰撞。 （2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律。能用動(dòng)量守恒定律定量分析一維碰撞問(wèn)題。知道動(dòng)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(dòng)量守恒定律在其中的作用。 （3）通過(guò)物理學(xué)中的守恒定律，體會(huì)自然界的和諧與統(tǒng)一。 2．活動(dòng)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(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 （二）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。 （三）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 ★課時(shí)安排 1 課時(shí) ★教學(xué)過(guò)程 （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） 熟練掌握碰撞的特點(diǎn)，并解決實(shí)際的物理問(wèn)題，是學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒定律的基本要求． （二）進(jìn)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(guò)程只產(chǎn)生機(jī)械能的轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)內(nèi)無(wú)機(jī)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(jiān)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(lái)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(dòng)量守恒定律和能量守恒定律推導(dǎo)出v1/ 、 v2/的表達(dá)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(yùn)動(dòng)，恰遇上質(zhì)量m2=50 g的小球以v2=10cm／s的速度向左運(yùn)動(dòng)。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?yàn)檎较?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(fù)號(hào)表示碰撞后m1的運(yùn)動(dòng)方向 與v1的方向相反，即向左。 [答案] 20cm／s 方向向左 [點(diǎn)評(píng)] 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(yùn)用動(dòng)量守恒定律求解時(shí)，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(jī)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(diǎn)是碰后粘在—起(或碰后具有共同的速度)，其動(dòng)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(gè)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(kāi)，已知P與Q質(zhì)量相等，彈簧質(zhì)量忽略不計(jì)，那么當(dāng)彈簧被壓縮至最短時(shí)，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(kāi)始運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)，Q物體做加速運(yùn)動(dòng)，P、Q間的距離減小，當(dāng)P、Q兩物體 速度相等時(shí)，彈簧被壓縮到最短，所以B正確，A、C錯(cuò)誤。由 于作用過(guò)程中動(dòng)量守恒，設(shè)速度相等時(shí)速度為v/，則mv=(m+m) v/，所以彈簧被壓縮至最短時(shí)，P、Q的速度v/=v/2，故D錯(cuò)誤。 [答案] B [點(diǎn)評(píng)] 用彈簧連著的物體間相互作用時(shí)，可類似于彈性碰撞，此類題目常見(jiàn)的有相互作用的物體中出現(xiàn)恰好“最近”“最遠(yuǎn)”等臨界問(wèn)題，求解的關(guān)鍵點(diǎn)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(kāi)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． 將此結(jié)論寫在黑板上，然后再組織學(xué)生分析物理過(guò)程． （2）引導(dǎo)學(xué)生回答并歸納：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(kāi)始接觸m為止．再下面一個(gè)階段，M與m以共同速度開(kāi)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(kāi)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？ 引導(dǎo)學(xué)生分析出來(lái)，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，內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，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． 【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(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 組織學(xué)生認(rèn)真審題． （1）提問(wèn)：解決此類問(wèn)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(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 ， （4）最后得到正確答案為A． 二、對(duì)心碰撞和非對(duì)心碰撞 1．對(duì)心碰撞 兩球碰撞時(shí)，碰撞之前球的運(yùn)動(dòng)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(duì)心碰撞，也叫正碰。 注意：發(fā)生對(duì)心碰撞的兩個(gè)物體，碰撞前后的速度都沿同一條直線，它們的動(dòng)量也都沿這條直線，在這個(gè)方向上動(dòng)量守恒。 2．非對(duì)心碰撞 兩球碰撞時(shí)，碰撞之前的運(yùn)動(dòng)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(huì)偏離原來(lái)兩球心的連線。這種碰撞稱為非對(duì)心碰撞，也叫斜碰。斜碰也遵循動(dòng)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(duì)心碰撞的兩個(gè)小球，可以將小球速度沿球心連線和垂直球心連線兩個(gè)方向分解，在這兩個(gè)方向上應(yīng)用動(dòng)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(shí)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(duì)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(duì)心碰撞與散射? 詮釋 (1)非對(duì)心碰撞的兩個(gè)物體，碰撞前后速度不在同一條直線上，屬于二維碰撞問(wèn)題．如果系統(tǒng)碰撞過(guò)程中所受合外力為零，則仍然滿足動(dòng)量守恒，這時(shí)通常將動(dòng)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(shí)，α粒子與金原子核碰撞(并不直接接觸)后向各個(gè)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(jiàn)圖所示．從上式可以看出，b越小，θ越大．當(dāng)b＝o時(shí)，θ＝1800，α粒子好像被彈回來(lái)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(dòng)量守恒及前后動(dòng)能相等．英國(guó)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(dòng)：讓學(xué)生概括總結(jié)本節(jié)的內(nèi)容。請(qǐng)一個(gè)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(qǐng)同學(xué)評(píng)價(jià)黑板上的小結(jié)內(nèi)容。 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的體會(huì)寫下來(lái)、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰(shuí)的更好，好在什么地方。 點(diǎn)評(píng)：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(kāi)，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(shí)框架。 （四）作業(yè) “問(wèn)題與練習(xí)”1～5題 ★教學(xué)體會(huì) 思維方法是解決問(wèn)題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過(guò)程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開(kāi)了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無(wú)源之水、無(wú)本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。 ★補(bǔ)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(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？ 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）教師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）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(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． （4）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． 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(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)，有 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 （4）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． 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(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？ 在學(xué)生認(rèn)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(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