1、高中物理选修35全套教案人教版【推荐】高中物理选修3-5全套教案(人教版) 161 实验探究碰撞中的不变量新课标要求一知识与技能1明确探究碰撞中的不变量的基本思路2掌握同一条直线上运动的两个物体碰撞前后的速度的测量方法3掌握实验数据处理的方法二过程与方法1学习根据实验要求设计实验完成某种规律的探究方法2学习根据实验数据进行猜测探究发现规律的探究方法三情感态度与价值观1通过对实验方案的设计培养学生积极主动思考问题的习惯并锻炼其思考的全面性准确性与逻辑性2通过对实验数据的记录与处理培养学生实事求是的科学态度能使学生灵活地运用科学方法来研究问题解决问题提高创新意识3在对实验数据的猜测过程中提高学生合
2、作探究能力4在对现象规律的语言阐述中提高了学生的语言表达能力还体现了各学科之间的联系可引伸到各事物间的关联性使自己溶入社会教学重点碰撞中的不变量的探究教学难点实验数据的处理教学方法教师启发引导学生自主实验讨论交流学习成果教学用具投影片多媒体辅助教学设备完成该实验实验室提供的实验器材如气垫导轨滑块等课时安排1 课时 教学过程一引入新课课件演示1台球由于两球碰撞而改变运动状态2微观粒子之间由于相互碰撞而改变状态甚至使得一种粒子转化为其他粒子师碰撞是日常生活生产活动中常见的一种现象两个物体发生碰撞后速度都发生变化师两个物体的质量比例不同时它们的速度变化也不一样师物理学中研究运动过程中的守恒量具有特别
3、重要的意义本节通过实验探究碰撞过程中的什么物理量保持不变守恒二进行新课1实验探究的基本思路11 一维碰撞师我们只研究最简单的情况两个物体碰撞前沿同一直线运动碰撞后仍沿同一直线运动这种碰撞叫做一维碰撞课件碰撞演示如图所示AB是悬挂起来的钢球把小球A拉起使其悬线与竖直线夹一角度a放开后A球运动到最低点与B球发生碰撞碰后B球摆幅为角如两球的质量mA mB碰后A球静止B球摆角 这说明AB两球碰后交换了速度如果mA mB碰后AB两球一起向右摆动 如果mA mB碰后A球反弹B球向右摆动师以上现象可以说明什么问题结论以上现象说明AB两球碰撞后速度发生了变化当AB两球的质量关系发生变化时速度变化的情况也不同1
4、2 追寻不变量师在一维碰撞的情况下与物体运动有关的量只有物体的质量和物体的速度设两个物体的质量分别为m1m2碰撞前它们速度分别为v1v2碰撞后的速度分别为规定某一速度方向为正碰撞前后速度的变化和物体的质量m的关系我们可以做如下猜测 123分析碰撞前后物体质量不变但质量并不描述物体的运动状态不是我们追寻的不变量必须在各种碰撞的情况下都不改变的量才是我们追寻的不变量2实验条件的保证实验数据的测量21 实验必须保证碰撞是一维的即两个物体在碰撞之前沿同一直线运动碰撞之后还沿同一直线运动22 用天平测量物体的质量23 测量两个物体在碰撞前后的速度师测量物体的速度可以有哪些方法生讨论总结速度的测量可以充分
5、利用所学的运动学知识如利用匀速运动平抛运动并借助于斜槽气垫导轨打点计时器和纸带等来达到实验目的和控制实验条件课件参考案例一种测速原理如图所示图中滑块上红色部分为挡光板挡光板有一定的宽度设为L气垫导轨上黄色框架上安装有光控开关并与计时装置相连构成光电计时装置 当挡光板穿入时将光挡住开始计时穿过后不再挡光则停止计时设记录的时间为t则滑块相当于在L的位移上运动了时间t所以滑块匀速运动的速度v Lt 3实验方案31 用气垫导轨作碰撞实验如图所示 实验记录及分析a-1m1 4 m2 4 m1 4 m2 4 速度 v1 9 v2 0 3 6 mv mv2 vm 实验记录及分析a-2m1 4 m2 2 m1
6、 4 m2 2 速度 v1 9 v2 0 45 9 mv mv2 vm 实验记录及分析a-3 m1 2 m2 4 m1 2 m2 4 速度 v1 6 v2 0 -2 4 mv mv2 vm 实验记录及分析bm1 4 m2 2 m1 4 m2 2 速度 v1 0 v2 0 2 - 4 mv mv2 vm 实验记录及分析cm1 4 m2 2 m1 4 m2 2 速度 v1 9 v2 0 6 6 mv mv2 vm 32 用小车研究碰撞 将打点计时器固定在光滑桌面的一端把纸带穿过打点计时器连在小车的后面让小车A运动小车B静止在两小车的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥碰撞时撞针插入橡皮泥中把两个小车连接成一
7、体 三课堂小结1基本思路碰撞前后哪个物理量可能是不变的2需要考虑的问题 碰撞必须包括各种情况的碰撞物体质量的测量 教学体会思维方法是解决问题的灵魂是物理教学的根本亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键离开了思维方法和实践活动物理教学就成了无源之水无本之木学生素质的培养就成了镜中花水中月 162 动量守恒定律一新课标要求一知识与技能理解动量守恒定律的确切含义和表达式知道定律的适用条件和适用范围二过程与方法 在理解动量守恒定律的确切含义的基础上正确区分内力和外力三情感态度与价值观培养逻辑思维能力会应用动量守恒定律分析计算有关问题教学重点动量的概念和动量守恒定律教学难点动量的变化和动量守恒的
8、条件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课时安排1 课时 教学过程一引入新课上节课的探究使我们看到不论哪一种形式的碰撞碰撞前后m的矢量和保持不变因此m很可能具有特别的物理意义二进行新课1动量momentum及其变化1动量的定义物体的质量与速度的乘积称为 物体的 动量记为p mv 单位kgms读作千克米每秒理解要点状态量动量包含了参与运动的物质与运动速度两方面的信息反映了由这两方面共同决定的物体的运动状态具有瞬时性师大家知道速度也是个状态量但它是个运动学概念只反映运动的快慢和方向而运动归根结底是物质的运动没有了物质便没有运动显然地动量包含了参与运动的物质和运动速度两方
9、面的信息更能从本质上揭示物体的运动状态是一个动力学概念矢量性动量的方向与速度方向一致师综上所述我们用动量来描述运动物体所能产生的机械效果强弱以及这个效果发生的方向动量的大小等于质量和速度的乘积动量的方向与速度方向一致2动量的变化量定义若运动物体在某一过程的始末动量分别为p和p则称p pp为物体在该过程中的动量变化强调指出动量变化p是矢量方向与速度变化量v相同一维情况下p m m2- m1 矢量差例1投影一个质量是01kg的钢球以6ms的速度水平向右运动碰到一个坚硬的障碍物后被弹回沿着同一直线以6ms的速度水平向左运动碰撞前后钢球的动量有没有变化变化了多少学生讨论自己完成老师重点引导学生分析题意
10、分析物理情景规范答题过程详细过程见教材解答略2系统 内力和外力学生阅读讨论什么是系统什么是内力和外力1系统相互作用的物体组成系统2内力系统内物体相互间的作用力3外力外物对系统内物体的作用力教师对上述概念给予足够的解释引发学生思考和讨论加强理解分析上节课两球碰撞得出的结论的条件两球碰撞时除了它们相互间的作用力系统的内力外还受到各自的重力和支持力的作用使它们彼此平衡气垫导轨与两滑块间的摩擦可以不计所以说m1和m2系统不受外力或说它们所受的合外力为零3动量守恒定律law of conservation of momentum1内容一个系统不受外力或者所受外力的和为零这个系统的总动量保持不变这个结论叫
11、做动量守恒定律公式m11 m22 m11 m222注意点 研究对象几个相互作用的物体组成的系统如碰撞 矢量性以上表达式是矢量表达式列式前应先规定正方向 同一性即所用速度都是相对同一参考系同一时刻而言的 条件系统不受外力或受合外力为0要正确区分内力和外力当F内如图所示子弹打进与固定于墙壁的弹簧相连的木块此系统从子弹开始入射木块到弹簧压缩到最短的过程中子弹与木块作为一个系统动量是否守恒说明理由分析此题重在引导学生针对不同的对象系统对应不同的过程中受力情况不同总动量可能变化可能守恒通过此题让学生明白在学习物理的过程中重要的一项基本功是正确恰当地选取研究对象研究过程根据实际情况选用对应的物理规律不能生
12、搬硬套例2投影质量为30kg的小孩以8ms的水平速度跳上一辆静止在水平轨道上的平板车已知平板车的质量为90kg求小孩跳上车后他们共同的速度解取小孩和平板车作为系统由于整个系统所受合外为为零所以系统动量守恒规定小孩初速度方向为正则相互作用前v1 8msv2 0设小孩跳上车后他们共同的速度速度为v由动量守恒定律得m1v1 m1m2 v 解得 v 2ms数值大于零表明速度方向与所取正方向一致三课堂小结教师活动让学生概括总结本节的内容请一个同学到黑板上总结其他同学在笔记本上总结然后请同学评价黑板上的小结内容学生活动认真总结概括本节内容并把自己这节课的体会写下来比较黑板上的小结和自己的小结看谁的更好好在
13、什么地方点评总结课堂内容培养学生概括总结能力教师要放开让学生自己总结所学内容允许内容的顺序不同从而构建他们自己的知识框架 四作业问题与练习234题课后补充练习1一爆竹在空中的水平速度为若由于爆炸分裂成两块质量分别为m1和m2其中质量为m1的碎块以1速度向相反的方向运动求另一块碎片的速度2小车质量为200kg车上有一质量为50kg的人小车以5ms的速度向东匀速行使人以1ms的速度向后跳离车子求人离开后车的速度56ms 163 动量守恒定律二新课标要求一知识与技能掌握运用动量守恒定律的一般步骤二过程与方法 知道运用动量守恒定律解决问题应注意的问题并知道运用动量守恒定律解决有关问题的优点三情感态度与
14、价值观学会用动量守恒定律分析解决碰撞爆炸等物体相互作用的问题培养思维能力教学重点运用动量守恒定律的一般步骤教学难点动量守恒定律的应用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课时安排1 课时 教学过程一引入新课1动量守恒定律的内容是什么2分析动量守恒定律成立条件有哪些答F合 0严格条件F内 远大于F外近似条件某方向上合力为0在这个方向上成立二进行新课1动量守恒定律与牛顿运动定律师给出问题投影教材11页第二段学生用牛顿定律自己推导出动量守恒定律的表达式教师巡回指导及时点拨提示推导过程根据牛顿第二定律碰撞过程中12两球的加速度分别是 根据牛顿第三定律F1F2等大反响即F1 -
15、 F2所以 碰撞时两球间的作用时间极短用表示则有 代入并整理得 这就是动量守恒定律的表达式教师点评动量守恒定律的重要意义从现代物理学的理论高度来认识动量守恒定律是物理学中最基本的普适原理之一另一个最基本的普适原理就是能量守恒定律从科学实践的角度来看迄今为止人们尚未发现动量守恒定律有任何例外相反每当在实验中观察到似乎是违反动量守恒定律的现象时物理学家们就会提出新的假设来补救最后总是以有新的发现而胜利告终例如静止的原子核发生衰变放出电子时按动量守恒反冲核应该沿电子的反方向运动但云室照片显示两者径迹不在一条直线上为解释这一反常现象1930年泡利提出了中微子假说由于中微子既不带电又几乎无质量在实验中极
16、难测量直到1956年人们才首次证明了中微子的存在2000年高考综合题23 就是根据这一历史事实设计的又如人们发现两个运动着的带电粒子在电磁相互作用下动量似乎也是不守恒的这时物理学家把动量的概念推广到了电磁场把电磁场的动量也考虑进去总动量就又守恒了2应用动量守恒定律解决问题的基本思路和一般方法1分析题意明确研究对象在分析相互作用的物体总动量是否守恒时通常把这些被研究的物体总称为系统对于比较复杂的物理过程要采用程序法对全过程进行分段分析要明确在哪些阶段中哪些物体发生相互作用从而确定所研究的系统是由哪些物体组成的2要对各阶段所选系统内的物体进行受力分析弄清哪些是系统内部物体之间相互作用的内力哪些是系
17、统外物体对系统内物体作用的外力在受力分析的基础上根据动量守恒定律条件判断能否应用动量守恒3明确所研究的相互作用过程确定过程的始末状态即系统内各个物体的初动量和末动量的量值或表达式注意在研究地面上物体间相互作用的过程时各物体运动的速度均应取地球为参考系4确定好正方向建立动量守恒方程求解3动量守恒定律的应用举例例1投影见教材12页学生讨论自己完成老师重点引导学生分析题意分析物理情景规范答题过程详细过程见教材解答略补充例2如图所示在光滑水平面上有AB两辆小车水平面的左侧有一竖直墙在小车B上坐着一个小孩小孩与B车的总质量是A车质量的10倍两车开始都处于静止状态小孩把A车以相对于地面的速度v推出A车与墙
18、壁碰后仍以原速率返回小孩接到A车后又把它以相对于地面的速度v推出每次推出A车相对于地面的速度都是v方向向左则小孩把A车推出几次后A车返回时小孩不能再接到A车 分析此题过程比较复杂情景难以接受所以在讲解之前教师应多带领学生分析物理过程创设情景降低理解难度解取水平向右为正方向小孩第一次推出A车时mBv1mAv 0即 v1 第n次推出A车时mAv mBvn1 mAvmBvn则vnvn1所以vnv1n1当vnv时再也接不到小车由以上各式得n55 取n6点评关于n的取值也是应引导学生仔细分析的问题告诫学生不能盲目地对结果进行四舍五入一定要注意结论的物理意义三课堂小结教师活动让学生概括总结本节的内容请一个
19、同学到黑板上总结其他同学在笔记本上总结然后请同学评价黑板上的小结内容学生活动认真总结概括本节内容并把自己这节课的体会写下来比较黑板上的小结和自己的小结看谁的更好好在什么地方点评总结课堂内容培养学生概括总结能力教师要放开让学生自己总结所学内容允许内容的顺序不同从而构建他们自己的知识框架 四作业问题与练习47题课后补充练习12002年全国春季高考试题在高速公路上发生一起交通事故一辆质量为15000 kg向南行驶的长途客车迎面撞上了一辆质量为3000 kg向北行驶的卡车碰后两车接在一起并向南滑行了一段距离后停止根据测速仪的测定长途客车碰前以20 ms的速度行驶由此可判断卡车碰前的行驶速率为 A小于1
20、0 ms B大于10 ms小于20 ms C大于20 ms小于30 ms D大于30 ms小于40 ms2如图所示AB两物体的质量比mAmB 32它们原来静止在平板车C上AB间有一根被压缩了的弹簧AB与平板车上表面间动摩擦因数相同地面光滑当弹簧突然释放后则有 AAB系统动量守恒BABC系统动量守恒 C小车向左运动D小车向右运动 3把一支枪水平固定在小车上小车放在光滑的水平面上枪发射出一颗子弹时关于枪弹车下列说法正确的是 A枪和弹组成的系统动量守恒 B枪和车组成的系统动量守恒 C三者组成的系统因为枪弹和枪筒之间的摩擦力很小使系统的动量变化很小可以忽略不计故系统动量近似守恒 D三者组成的系统动量守
21、恒因为系统只受重力和地面支持力这两个外力作用这两个外力的合力为零 4甲乙两船自身质量为120 kg都静止在静水中当一个质量为30 kg的小孩以相对于地面6 ms的水平速度从甲船跳上乙船时不计阻力甲乙两船速度大小之比v甲v乙 _52001年高考试题质量为M的小船以速度v0行驶船上有两个质量皆为m的小孩a和b分别静止站在船头和船尾现在小孩a沿水平方向以速率v相对于静止水面向前跃入水中然后小孩b沿水平方向以同一速率v相对于静止水面向后跃入水中求小孩b跃出后小船的速度 6如图所示甲车的质量是2 kg静止在光滑水平面上上表面光滑右端放一个质量为1 kg的小物体乙车质量为4 kg以5 ms的速度向左运动与
22、甲车碰撞以后甲车获得8 ms的速度物体滑到乙车上若乙车足够长上表面与物体的动摩擦因数为02则物体在乙车上表面滑行多长时间相对乙车静止g取10 ms2 参考答案1A 2BC 3D 454 5因均是以对地即题中相对于静止水面的水平速度所以先后跃入水中与同时跃入水中结果相同 设小孩b跃出后小船向前行驶的速度为v取v0为正向根据动量守恒定律有 M2mv0 Mvmv-mv 解得v 1v0 6乙与甲碰撞动量守恒 m乙v乙 m乙v乙m甲v甲 小物体m在乙上滑动至有共同速度v对小物体与乙车运用动量守恒定律得 m乙v乙 mm乙v 对小物体应用牛顿第二定律得a g 所以t vg 代入数据得t 04 s 164 碰
23、 撞新课标要求一知识与技能1认识弹性碰撞与非弹性碰撞认识对心碰撞与非对心碰撞2了解微粒的散射二过程与方法通过体会碰撞中动量守恒机械能守恒与否体会动量守恒定律机械能守恒定律的应用三情感态度与价值观感受不同碰撞的区别培养学生勇于探索的精神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课时安排1 课时 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具有如下特点1碰撞过程中动量守恒提问守恒的原因是什么F内 F外23碰撞过程中系统的总动能只能不变或减少不可能增加提问碰撞中总动能减
24、少最多的情况是什么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1F做负功使机械能损失因而解之为MghLmgL-FL 0将此结论写在黑板上然后再组织学生分析物理过程2M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m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引导学生分析出来在上述前后两个阶段中间还有一个
25、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3第一阶段对重锤有 第二阶段对重锤及木楔有Mv0 Mm第三阶段对重锤及木楔有 42展示投影片2其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组织学生认真读题并给三分钟思考时间1v则有Mmv002Mmv23碰撞之前滑块与小球做匀速直线运动悬线处于竖直方向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碰撞前后悬线都保持竖直方向因
26、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v043展示投影片3其内容如下在光滑水平面上有AB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 5kgmspB 7kgms如图所示若能发生正碰则碰后两球的动量增量pApB可能是 ApA -3kgmspB 3kgmsBpA 3kgmspB 3kgmsCpA -10kgmspB 10kgmsDpA 3kgmspB -3kgms组织学生认真审题1在学生回答的基础上总结归纳为系统动量守恒系统的总动能不能增加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碰撞
27、中每个物体动量的增量方向一定与受力方向相同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的关系3要求学生认真读题挖掘隐含的质量关系即A追上B并相碰撞所以即 4A4展示投影片4其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角的位置上将小球由静止释放则小球经过最低点时的即时速度是多大组织学生认真读题并给三分钟思考时间1得2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面上的圆周运动直到小球来到最低点在此过程中轻绳拉力不做功机械能守恒成立
28、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3 解得45展示投影片5其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mAmB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 在学生认真读题后教师引导学生讨论1mmB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mAmB发生碰撞的模型2 三课堂小结教师活动让学生概括总结本节的内容请一个
29、同学到黑板上总结其他同学在笔记本上总结然后请同学评价黑板上的小结内容学生活动认真总结概括本节内容并把自己这节课的体会写下来比较黑板上的小结和自己的小结看谁的更好好在什么地方点评总结课堂内容培养学生概括总结能力教师要放开让学生自己总结所学内容允许内容的顺序不同从而构建他们自己的知识框架四作业 问题与练习15题教学体会思维方法是解决问题的灵魂是物理教学的根本亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键离开了思维方法和实践活动物理教学就成了无源之水无本之木学生素质的培养就成了镜中花水中月 教学资料一维弹性碰撞的普适性结论新课标人教版选修3-5第15页讨论了一维弹性碰撞中的一种特殊情况运动的物体撞击静止的物体本文旨在在此基础之上讨论一般性情况从而总结出普遍适用的一般性结论在一光滑水平面上有两个质量分别为的刚性小球A和B以初速度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和我们的任务是得出用表达和的公式是以地面为参考系的将A和B看作系统由碰撞过程中系统动量守恒有 有弹性碰撞中没有机械能损失有 由得由得将上两式左右相比可得 即或 碰撞前B相对于A的速度为碰撞后B相对于A的速度为同理碰撞前A相对于B的速度为碰撞后A相对于B的速度为故式为或其物理意义是碰撞后B相对于A的速度与碰撞前B相对于A的速度大小相等方向相反碰撞后A相对于B的速度与碰撞前A相对于B的速度
