《§16.4 碰 撞》教学设计

《§16.4 碰 撞》教学设计

天津市实验中学滨海学校 金文洋

★教材分析

本节课的最大认识困难在于对碰撞过程中系统的能量是否守恒（动量守恒较容易），以

及对碰撞中瞬时的过程性理解——即此过程从发生到结束虽然时间很短但依然是一个有初、末态的过程。为了深化学生对这个问题的认识，本节课从问题的提出、分析、讨论，再到应用，一以贯之的以定量的实验现象为基础去丰富学生的感知，以促进学生对这个问题的有效认识并借此发展他们的抽象思维能力

★学情分析

学生已经学习了运动学和牛顿定律；动能定理和机械能守恒；动量定理和动

量守恒等基础知识，已具备了一定的运动状态和受力分析的意识和能力，但是能把物体的受力与运动状态有机的结合，进而根据原理的特征对过程进行有机分解的意识和能力还有待提高。

★教学目标（培养学生物理核心素养）

1、培养学生根据物体的受力和状态变化对运动过程进行有机分割的意识和能力 2、通过实验增强学生对碰撞过程中动量和机械能的守恒或不守恒的深层理解 3、培养学生由特殊到一般，再由一般到特殊的思维方法，培养学生的应用能力 ★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：

牛顿摆、气垫导轨、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、复习上节课《动量守恒定律》的内容，请学生回答动量守恒定律的内容、前提条件

以及近似条件。动量守恒定律的内容是：如果一个系统不受外力，或者所受的外力的矢量和

天津市实验中学滨海学校TIANJIN EXPERIMENTAL BINHAI HIGH SCHOOL

为0，这个系统的总动量保持不变。而适用条件是：（1）系统不受外力，或者所受的外力的矢量和为0；（2）系统中的内力远远大于外力；（3）某一方向上合外力为0，该方向上动量守恒。

2、通过亲自录制的台球视频引发学生学习兴趣，随后给出汽车对撞实验、碰碰车、冰

壶和碰碰球的照片，让学生根据上述实例探究碰撞过程中的特点：（1）内力远远大于外力；（2）相互作用时间极短；（3）瞬时位移为0。进而揭示碰撞的过程是可以近似视为动量守恒的。随后提出问题：既然动量守恒，那机械能是否守恒呢？接下来引出新课的讲解。

（二）进行新课

1、首先讲解碰撞的分类，第一种是按照碰撞后机械能是否守恒来划分。如果在碰撞过

程中机械能守恒，这样的碰撞就称之为弹性碰撞。如果在碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞就称之为非弹性碰撞，损失的机械能要转化为其他形式的能量，比如最常见的就是转化为内能。如果在碰撞过程中机械能损失到达最大，这样的碰撞就称之为完全非弹性碰撞，这类碰撞最大的特点就是撞后二者合二为一，达到共速的状态。然后通过一组动画展示碰撞过程中能量与形变量的演变，深入理解不同碰撞类型的特点。

2、强调弹性碰撞的特点：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。而碰撞

过程中动量一定是守恒的，所以对一种特定的碰撞进行探究：如下图所示，一动撞一静。

根据弹性碰撞动量守恒、动能守恒列出方程组：

同时给处求解的结论：

根据结论进行讨论分析：

根据质量相同的物体发生弹性碰撞时交换速度的结论，观看视频：台球中的定杆技巧和冰壶运动中的打定技巧。

3、强调弹性碰撞的特点：如果碰撞过程中机械能不守恒，这样的碰撞叫非弹性碰撞。通过动画展示非弹性碰撞的过程，让学生更好的理解非弹性碰撞形成的原因：碰撞过程中由于物

天津市实验中学滨海学校TIANJIN EXPERIMENTAL BINHAI HIGH SCHOOL

体不能恢复原来的形状，机械能损失转化为其他形式的能量。接下来同样列出动量守恒和能量守恒的表达式，强调能量守恒中机械能的损失不要丢掉。

4、强调完全非弹性碰撞的特点：碰撞后两物体连在一起运动的现象，该过程机械能损失最大。列出动量守恒和能量守恒表达式：

5、通过气垫导轨的实验，近似的模拟质量相同的物体在发生弹性碰撞和完全非弹性碰撞的撞后特点。根据弹性碰撞特点，质量相同的物体在发生弹性碰撞时交换速度；而一动撞一静的模型在发生完全非弹性碰撞的时撞后，根据结论共速的速度应为初速度的一半，这些现象学生们都可以通过观察气垫导轨的实验观察得到。

6、介绍碰撞的第二种分类方式：从碰撞速度方向分类。（1）对心碰撞——正碰：碰前运动速度与两球心连线处于同一直线上。这类碰撞也是我们高中阶段最常见的类型。

（2）非对心碰撞——斜碰：碰前运动速度与两球心连线不在同一直线上。由于撞后的速度与初速度不共线，所以在高中阶段不做详细的研究。

7、总结碰撞规律：（1）动量制约——守恒（在不同类型碰撞过程中动量都视为守恒）；（2）动能制约——不增（在不同类型的碰撞中，动能守恒或者亏损）；（3）运动制约——合理（撞后同向运动的物体，后者的速度不会超过前者的速度）。因此在计算时一定要同时满足上述三点注意事项。

（三）随堂练习：

天津市实验中学滨海学校TIANJIN EXPERIMENTAL BINHAI HIGH SCHOOL

练习一：在光滑水平面上，动能为 E0、动量大小为 P0 的小钢球 1 与静止的小钢球 2 发生碰撞，碰撞前后球 1 的运动方向相反，将碰撞后球 1 的动能和动量的大小分别记为 E1、P1，球 2 的动能和动量的大小分别记为 E2、P2，则必有（ ）

A、E1E0 D、P2>P0

练习二：质量相等 A、B两球在光滑水平桌面上沿同一直线，同一方向运动，A球的动

量是 7kg·m/s，B 球的动量是5kg·m/s，当A球追上B球发生碰撞，则碰撞后两球的动量可能值是（ ）

A. pA‘=6kg·m/s，pB'=6kg·m/s B. pA‘=3kg·m/s，pB'=9kg·m/s C. pA‘=－2kg·m/s，pB'=14kg·m/s D. pA‘=－5kg·m/s，pB'=17kg·m/s

在学生做题过程中反复强调，碰撞必须同时满足上述的三个注意事项。

（四）课后小节：

一、弹性碰撞：碰撞过程中机械能守恒，这样的碰撞叫做弹性碰撞。 1、规律：动量守恒、机械能守恒 2、能量转化情况：系统动能没有损失

二、完全非弹性碰撞：碰撞后两物体连在一起运动的现象。 1、规律:动量守恒，机械能减少 2、能量转化情况：系统动能损失最大

三、注意三个制约因素：动量守恒，动能不增，运动合理。

（五）课后练习：

练习三：如图所示，一质量为m的子弹以水平速度 v0飞向小球，小球的质量为M，悬

挂小球的绳长为L，子弹击中小球并留在其中。 求：

（1）子弹打小球过程中所产生的热量 （2）小球向右摆起的最大高度。